[发明专利]模块化、频率灵活的超导量子处理器架构

说明书

一种模块化超导量子处理器，包括：第一超导芯片，其包括第一多个量子位和第二多个量子位，第一多个量子位各自基本上具有第一谐振频率，第二多个量子位各自基本上具有第二谐振频率，第一谐振频率不同于第二谐振频率；以及第二超导芯片，其包括第三多个量子位和第四多个量子位，第三多个量子位各自基本上具有第一谐振频率，第四多个量子位各自基本上具有第二谐振频率。该量子处理器进一步包括连接到第一超导芯片和第二超导芯片上的内插体芯片。内插体芯片具有被配置为将第二多个量子位耦合到第四多个量子位的内插体耦合器元件。

背景技术

本发明涉及超导量子处理器，更具体地涉及模块化超导量子处理器和使用模块化超导量子处理器的量子计算机以及制造模块化超导量子处理器的方法。

量子计算是基于量子位(本文中通篇称为qubits)的可靠控制。实现量子算法所需的基本运算是在两个分离的量子位之间建立关联的一组单量子位运算和双量子位运算。为了达到量子计算的误差阈值和实现可靠的量子模拟，可能需要实现高保真双量子比特操作。

超导量子处理器(或超导量子位)包括在绝缘衬底(例如，Si或高电阻率Si、Al₂O₃等)上的超导金属(例如，Al、Nb等)。量子处理器通常是由耦合器以不同晶格对称性(例如，正方形、六边形等)连接的单独量子位的平面二维晶格结构，以及位于倒装芯片上的读出结构。耦合器可以由电容器、谐振器、线圈或提供量子位之间耦合的任何微波组件构成。

为了连接输入/输出信号电缆或线路，量子处理器被封装在衬底(例如，印刷电路板(PCB))中。用于PCB的材料可以是例如FR4层压板、陶瓷等。FR4是多用途的玻璃增强环氧树脂层压板材料。FR4是具有编织玻璃纤维布和环氧树脂粘合剂的复合材料。名称FR4由美国电气制造商协会(NEMA)创建。

当量子过程放大时，由于未来的量子计算机可能使用大量的量子位(几百到几千或更多)，可能需要解决由于缩放因子而可能出现的许多问题。可能出现的各种问题包括可能与芯片尺寸相关的杂散谐振模式、导致串扰的量子位之间的频率安排，以及处理大量不断增长的芯片尺寸的有限制造技术。

常规的倒装芯片技术可以与量子位芯片一起使用。然而，常规的倒装芯片方法在连接量子位时不能提供频率灵活性。因此，仍然需要改进的量子处理器和生产或组装量子处理器的方法。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种模块化超导量子处理器。该模块化超导量子处理器包括：第一超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第一多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；第二超导芯片，其包括各自基本上具有第一谐振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位；以及连接到第一超导芯片和第二超导芯片的内插体芯片，其中，内插体芯片包括被配置为将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件。

本发明的另一个方面是提供一种制造模块化超导量子处理器的方法。该方法包括：提供第一超导芯片，第一超导芯片包括各自基本上具有第一谐振频率的第一多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位，第一谐振频率不同于第二谐振频率；提供第二超导芯片，第二超导芯片包括各自基本上具有第一谐振频率的第三多个量子位和各自基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位；提供内插体芯片，其包括被配置为将基本上具有第二谐振频率的第二多个量子位耦合到基本上具有第二谐振频率的第四多个量子位的内插体耦合器元件的；将第一超导芯片和第二超导芯片安装在衬底上；以及将内插体芯片安装在第一超导芯片的至少一部分上、第二超导芯片的至少一部分上、以及衬底的至少一部分上，使得第一多个量子位、第二多个量子位、第三多个量子位以及第四多个量子位可是从与面向衬底的一侧相反的一侧可访问的。