一种超导量子芯片及其耦合调控方法与流程

本申请涉及超导量子芯片，特别是涉及一种超导量子芯片及其耦合调控方法。

背景技术：

1、在现有超导量子芯片中，传统的插指（finger）耦合器被广泛应用于实现两个量子电路元件之间的耦合。插指耦合器通过微带线或平面耦合电容，以实现能量在两个量子电路元件之间的传递。

2、然而，在对现有的插指耦合器进行耦合强度的设计调节时，通常需要同时调整多个耦合相关的结构参数。示例性地，相关技术中采用平面耦合电容进行耦合设计调控的方法需要同步调整电容极板宽度、电容极板长度、电容极板间隙、耦合路径长度、微带线间距、电感/电容叠层关系等多种参数，且上述多个参数对耦合强度的影响呈现显著的非线性特征，导致进行耦合设计调控时需要进行多次迭代，操作者难以在多个参数的调节过程中快速预测耦合结果，调控流程复杂、耗时长、调控结果的稳定性低。

技术实现思路

1、为解决相关技术中耦合设计调控的流程复杂、耗时长、稳定性低的技术问题，本申请提供了一种超导量子芯片及其耦合调控方法。

2、第一方面，本申请提供了一种超导量子芯片的耦合调控方法，所述超导量子芯片包括多个量子电路元件和可调耦合器，所述可调耦合器用于实现多个所述量子电路元件之间的耦合，所述耦合调控方法包括：提供所述可调耦合器，所述可调耦合器包括呈螺旋状并行延伸以形成耦合圈层的多个导电元件，所述耦合圈层具有用于调节所述可调耦合器的耦合强度的第一结构参数、第二结构参数以及第三结构参数；设置所述可调耦合器的目标耦合强度；调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，以使所述可调耦合器的当前耦合强度趋近于所述目标耦合强度。

3、在一些实施例中，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，以使所述可调耦合器的当前耦合强度趋近于所述目标耦合强度，包括：获取所述可调耦合器的当前耦合强度；根据所述当前耦合强度与所述目标耦合强度的偏差，迭代反馈调节至少一个结构参数，直至所述当前耦合强度收敛于所述目标耦合强度。

4、在一些实施例中，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，以使所述可调耦合器的当前耦合强度趋近于所述目标耦合强度，包括：根据预设的映射关系，确定与所述目标耦合强度对应的至少一个结构参数的设定值；将所述至少一个结构参数设定为所述设定值。

5、在一些实施例中，所述第一结构参数为所述导电元件的宽度，所述第二结构参数为相邻所述导电元件之间的间隙，所述第三结构参数为所述导电元件螺旋环绕的圈层数。

6、在一些实施例中，所述可调耦合器包括间隔相对设置的第一导电元件和第二导电元件；所述第一导电元件的第一端和所述第二导电元件的第一端分别从所述可调耦合器的中心区域向外侧呈螺旋状延伸，以共同限定出所述耦合圈层；所述第一导电元件的第二端和所述第二导电元件的第二端分别与对应的所述量子电路元件耦合；其中，所述第一结构参数包括所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度，所述第二结构参数为所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的间隙，所述第三结构参数包括所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数和所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数。

7、在一些实施例中，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，包括以下至少一种方式：调节所述第一导电元件的宽度、所述第二导电元件的宽度和/或所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的间隙，以改变所述可调耦合器的耦合电容；和/或，调节所述第一导电元件的圈层数和所述第二导电元件的圈层数，以改变所述可调耦合器的耦合电容。

8、在一些实施例中，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度相同，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数与所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数相同。

9、在一些实施例中，所述第一导电元件的宽度大于所述第二导电元件的宽度，和/或，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数大于所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数。

10、在一些实施例中，所述提供可调耦合器，包括：将所述可调耦合器设置于所述超导量子芯片的固定区域，并使所述可调耦合器与所述量子电路元件的相对位置保持不变。

11、在一些实施例中，所述超导量子芯片还包括耦合调控元件；所述将所述可调耦合器设置于所述超导量子芯片的固定区域，并使所述可调耦合器与所述量子电路元件的相对位置保持不变，包括：将所述可调耦合器设置在所述超导量子芯片的固定区域；将所述耦合调控元件设置在所述耦合圈层的中心区域，并将所述耦合调控元件与各个所述导电元件电连接。

12、在一些实施例中，所述耦合调控方法还包括：调整多个所述导电元件形成的所述耦合圈层的角向跨度和/或径向环绕密度，以调节所述可调耦合器在所述超导量子芯片上的物理布局位置。

13、第二方面，本申请还提供了一种超导量子芯片，包括多个量子电路元件和可调耦合器；所述量子电路元件包括量子比特和/或控制线；所述可调耦合器包括多个间隔设置的导电元件，多个所述导电元件的第一端呈螺旋状并行延伸以形成耦合圈层，多个所述导电元件远离所述耦合圈层的第二端向外延伸，以分别与对应的所述量子电路元件耦合。

14、在一些实施例中，多个所述量子电路元件至少包括第一量子比特和第二量子比特，所述可调耦合器至少包括间隔设置的第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第一端和所述第二导电元件的第一端分别从所述可调耦合器的中心区域向外侧呈螺旋状并行延伸，以形成所述耦合圈层，所述第一导电元件的第二端与所述第一量子比特耦合，所述第二导电元件的第二端与所述第二量子比特耦合。

15、本申请提供了一种超导量子芯片及其耦合调控方法，可调耦合器包括呈螺旋状并行延伸以形成耦合圈层的多个导电元件，耦合圈层为耦合能量提供确定性的空间传输路径，有效约束了非预期方向的电磁场杂散分量，降低了邻近电路元件间的非期望串扰；耦合圈层具有独立影响耦合强度的第一、第二及第三结构参数，且各参数分别对应于螺旋耦合圈层的不同几何维度，其对耦合强度的贡献相互独立，调整任一参数不会引发其余参数的连锁变化，基于此，在将当前耦合强度调节趋近于目标强度时，仅需调节三个参数中的至少一个，即可实现单自由度或多自由度的独立调控，从物理结构层面实现耦合参数变化的解耦，避免相关技术中因多参数非线性耦合所导致的设计调控过程反复迭代；此外，各参数变化量与耦合强度变化量之间呈单调且可预测的映射关系，可实现耦合强度的平滑连续调节，仅需沿单一参数维度进行局部调整即可快速收敛至目标值，从而简化了耦合调控流程，缩短了调控周期，并提高了调控结果的稳定性与可重复性。

1.一种超导量子芯片的耦合调控方法，其特征在于，所述超导量子芯片包括多个量子电路元件和可调耦合器，所述可调耦合器用于实现多个所述量子电路元件之间的耦合，所述耦合调控方法包括：

2.根据权利要求1所述的耦合调控方法，其特征在于，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，以使所述可调耦合器的当前耦合强度趋近于所述目标耦合强度，包括：

3.根据权利要求1所述的耦合调控方法，其特征在于，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，以使所述可调耦合器的当前耦合强度趋近于所述目标耦合强度，包括：

4.根据权利要求1-3中任一项所述的耦合调控方法，其特征在于，所述第一结构参数为所述导电元件的宽度，所述第二结构参数为相邻所述导电元件之间的间隙，所述第三结构参数为所述导电元件螺旋环绕的圈层数。

5.根据权利要求2所述的耦合调控方法，其特征在于，所述可调耦合器包括间隔相对设置的第一导电元件和第二导电元件；

6.根据权利要求5所述的耦合调控方法，其特征在于，所述调节所述第一结构参数、所述第二结构参数以及所述第三结构参数中的至少一个，包括以下至少一种方式：

7.根据权利要求5所述的耦合调控方法，其特征在于，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度相同，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数与所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数相同。

8.根据权利要求5所述的耦合调控方法，其特征在于，所述第一导电元件的宽度大于所述第二导电元件的宽度，和/或，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数大于所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数。

9.根据权利要求1所述的耦合调控方法，其特征在于，所述提供可调耦合器，包括：

10.根据权利要求9所述的耦合调控方法，其特征在于，所述超导量子芯片还包括耦合调控元件；

11.根据权利要求1所述的耦合调控方法，其特征在于，所述耦合调控方法还包括：

12.一种超导量子芯片，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的超导量子芯片，其特征在于，多个所述量子电路元件至少包括第一量子比特和第二量子比特，所述可调耦合器至少包括间隔设置的第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第一端和所述第二导电元件的第一端分别从所述可调耦合器的中心区域向外侧呈螺旋状并行延伸，以形成所述耦合圈层，所述第一导电元件的第二端与所述第一量子比特耦合，所述第二导电元件的第二端与所述第二量子比特耦合。