一种超导量子计算芯片版图生成方法及设备与流程

1.本技术涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种超导量子计算芯片版图生成方法及设备。


背景技术：

2.量子计算技术研发环境日趋浓厚，对量子计算的研发工具需求也随之更专业更旺盛。目前，量子计算的版图设计工具大多为商业化软件，集成有多种功能，以满足软件的普适性功能，导致软件使用成本高。
3.而且，当前的量子计算科研人员为物理专业背景的人才居多，为了搭建量子芯片版图，科研人员需要耗费大量精力学习版图设计工具所需的计算机语言，耗费人才资源。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种超导量子计算芯片版图生成方法及设备，用于解决现有技术中：量子计算的版图设计工具的使用成本高，搭建量子芯片版图，科研人员需要耗费大量精力学习版图设计工具所需的计算机语言，耗费人才资源的技术问题。
5.一方面，本技术提供了一种超导量子计算芯片版图生成方法，该方法包括：
6.基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性。其中，预设量子芯片器件通过开发二维和三维几何建模应用程序opencascade生成，器件属性至少包括器件名称、器件功能、器件位置。根据各器件属性，确定待定芯片版图。其中，待定芯片版图为将各预设量子芯片器件添加至器件版图图层得到的，器件版图图层为预先创建的超导量子计算芯片的器件版图图层。基于待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图。
7.在本技术的一种实现方式中，基于用户在图形用户界面对opencascade的操作，生成封装量子芯片器件。将封装量子芯片器件的封装信息，发送至图形用户界面所关联的器件数据库，以将封装量子芯片器件的封装信息，存储在器件数据库。其中，封装信息至少包括器件名称、器件图形。
8.在本技术的一种实现方式中，根据第一信号，确定器件数据库。确定器件数据库中，是否存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件。若存在，将封装量子芯片器件添加至器件版图图层。将添加至器件版图图层的封装量子芯片器件，作为预设量子芯片器件，以确定预设量子芯片器件的器件属性。
9.在本技术的一种实现方式中，在器件数据库中，不存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件的情况下，生成器件创建信息，并将器件创建信息发送至用户终端。基于用户终端的反馈信息，展示opencascade相应的生成界面，以根据用户对用户终端的操作，确定器件创建信息相应的新建量子芯片器件。将新建量子芯片器件，更新至器件数据库，并将新建量子芯片器件作为预设量子芯片器件，以确定预设量子芯片器件的器件属性。
10.在本技术的一种实现方式中，将待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，进行布
尔运算。将布尔运算后的待定芯片版图，作为超导量子计算芯片版图。
11.在本技术的一种实现方式中，根据各器件属性，在器件版图图层相应的器件位置上，建立预设量子芯片器件。生成预设量子芯片器件的尺寸信息，并发送尺寸信息至用户终端。基于来自用户终端的尺寸输入信息，调整预设量子芯片器件的器件尺寸，以使器件尺寸满足预设要求。其中，预设要求根据尺寸输入信息确定。在器件尺寸满足预设要求的情况下，确定待定芯片版图。
12.在本技术的一种实现方式中，接收第二信号。根据第二信号，确定超导量子计算芯片的器件版图图层。
13.在本技术的一种实现方式中，预设量子芯片器件至少包括：约瑟夫森结、xmon量子比特、谐振器、磁通偏置线、微波控制线、电极。
14.在本技术的一种实现方式中，调用工程创建、代码编辑、编译链接、集成调试和运行打包各功能模块，完成功能模块集成，生成可执行的超导量子计算芯片版图的应用安装软件。
15.另一方面，本技术实施例还提供了一种超导量子计算芯片版图生成设备，该设备包括：
16.至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器。其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
17.基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性。其中，预设量子芯片器件通过开发二维和三维几何建模应用程序opencascade生成，器件属性至少包括器件名称、器件功能、器件位置。根据各器件属性，确定待定芯片版图。其中，待定芯片版图为将各预设量子芯片器件添加至器件版图图层得到的，器件版图图层为预先创建的超导量子计算芯片的器件版图图层。基于待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图。
18.本技术通过上述方案，可以节省科研人员的代码输入操作，降低超导量子计算芯片版图的建立复杂度，科研人员不必花费大量精力学习版图设计工具所需的计算机语言，同时降低了版图设计工具的使用成本，避免人才资源的不必要浪费。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成方法的超导量子计算芯片版图设计工具软件的一种结构示意图；
21.图2为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成方法的一种流程示意图；
22.图3为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成方法中的一种示意图；
23.图4为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成方法中的另一种流程示意图；
24.图5为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成方法中的再一种流程示意图；
25.图6为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成设备的结构示意图。
具体实施方式
26.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.目前，科研人员需依靠芯片版图设计工具进行制作芯片版图的工作，由于超导量子芯片为基于约瑟夫森结的超导电路物理体系，其制备工艺与已有的半导体微加工工艺有较强的兼容性，因此研发人员还是可以通过传统的芯片版图设计工具进行设计超导量子计算芯片版图。
28.但是，目前的芯片版图设计工具大多数还是商业化软件，其成本高，而且大多采用计算机语言进行使用，对物理专业背景的科研人员的使用，不友好。而且若科研人员使用了不同版图设计工具，各版图设计工具的计算机语言可能不统一，可能给后续的研发造成困扰。
29.基于此，本技术实施例提供了一种超导量子计算芯片版图生成方法及设备，用来降低当前量子计算的版图设计工具的使用成本高，解决搭建量子芯片版图，科研人员需要耗费大量精力学习版图设计工具所需的计算机语言，耗费人才资源的技术问题。
30.以下结合附图，详细说明本技术的各个实施例。
31.本技术实施例通过开发二维和三维几何建模应用程序(open computer aided software forcomputer aided design and engineering，opencascade)、图形用户界面、数据库如mysql，实现了本技术超导量子计算芯片版图生成方法，如图1所示，图1为超导量子计算芯片版图生成方法相应的超导量子计算芯片版图设计工具软件的结构示意图，其中，通过应用程序开发框架qt重构，并将opencascade与数据库相关联，实现界面交互操作。opencascade中包括用visualization实现的数据可视化模块、数据建模(modeling data)及建模算法(modeling algorithm)组成的数据创建模块以及包含有约瑟夫森结、xmon量子比特、谐振器、磁通偏置线、微波控制线、电极等封装量子芯片器件的基本量子器件库。
32.本技术实施例提供了一种超导量子计算芯片版图生成方法，如图2所示，该方法可以包括步骤s201-s203，本技术实施例具体如下：
33.s201，服务器基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性。
34.其中，预设量子芯片器件通过开发二维和三维几何建模应用程序opencascade生成，器件属性至少包括器件名称、器件功能、器件位置。
35.需要说明的是，服务器作为超导量子计算芯片版图生成方法的执行主体，仅为示例性存在，执行主体不仅限于服务器，本技术对此不作具体限定。
36.在本技术实施例中，用户可以通过操作用户终端，产生第一信号，例如用户在用户终端显示界面，拖动一个控件，该控件用于控制预设量子芯片器件的生成或调用。用户操作也可以是用户在显示界面输入了一段文字或指令，根据该文字或指令产生了第一信号。此外，本技术对于用户操作的具体类型或实现方式，不作具体限定。预设量子芯片器件至少包
括：约瑟夫森结、xmon量子比特、谐振器、磁通偏置线、微波控制线、电极。
37.用户终端可以是手机、笔记本电脑、台式电脑等终端设备，本技术对此不作具体限定。
38.在本技术实施例中，服务器基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性之前，还包括：
39.首先，服务器基于用户在图形用户界面对opencascade的操作，生成封装量子芯片器件。
40.用户可以在图形用户界面，根据opencascade提供的二维和三维建模功能、布尔操作、可视化等功能，制作满足需求的封装量子芯片器件，封装量子芯片器件包括但不限于：约瑟夫森结、xmon量子比特、谐振器、磁通偏置线、微波控制线、电极等基本量子器件，封装量子芯片器件还可以是用户在实际使用过程中添加的量子芯片器件。
41.图形用户界面可以包括文件、编辑、查看、显示、工具、添加文件等基本功能，还包括图层设置、参数设置、图形创建(如线段、圆、矩形、矩面、圆面和弧等)、图形修改(如选择、复制、移动、删除、旋转、镜像等)、布尔融合等功能，以根据用户操作完成几何体创建、修改及布尔操作。
42.然后，服务器将封装量子芯片器件的封装信息，发送至图形用户界面所关联的器件数据库，以将封装量子芯片器件的封装信息，存储在器件数据库。
43.其中，封装信息至少包括器件名称、器件图形。
44.在本技术实施例中，封装量子芯片器件生成后，服务器可以确定该封装量子芯片器件的器件名称，如a、b等，以及该封装量子芯片器件的器件图形，服务器将器件名称、器件图像等发送至器件数据库，器件数据库可以是mysql数据库。
45.通过上述方案，无需当前的芯片版图设计工具，节省成本，科研人员也不必耗费大量精力学习计算机语言，节省科研人员的科研成果产出时间。
46.在本技术的一个实施例中，上述将封装量子芯片器件的封装信息，存储在器件数据库的操作，可以是建立用于超导量子计算芯片版图方法的超导量子计算芯片版图设计工具软件的应用安装软件的实施例。
47.在将封装量子芯片器件的封装信息，存储在器件数据库之后，服务器可以：调用工程创建、代码编辑、编译链接、集成调试和运行打包各功能模块，完成功能模块集成，生成可执行的所述超导量子计算芯片版图的应用安装软件。
48.通过上述方案，可以建立如图1所示，用于超导量子计算芯片版图生成的应用安装软件，本技术的应用安装软件相应的超导量子计算芯片版图设计工具软件可以节省使用当前商业化的芯片版图设计工具的使用成本，并无需学习工具所需计算机语言，提高量子计算芯片版图的生成效率。并且，通过上述方案建立的超导量子计算芯片版图设计工具软件，实现了专业小型化、用户界面交互友好、集成超导量子计算芯片的封装量子芯片器件，具有高软件性价比，并能够提高科研人员的使用效率，可以提高科研人员的使用体验。
49.在本技术实施例中，服务器基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性，具体包括：
50.首先，服务器根据第一信号，确定器件数据库。
51.在服务器接收到用户终端发送的第一信号后，解析该第一信号，并确定第一信号
为使用预设量子芯片器件的信号之后，可以确定器件数据库，以使用器件数据库中的预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图。
52.其次，服务器确定器件数据库中，是否存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件。
53.在本技术实施例中，第一信号可以是图形数据信号、文字数据信号，第一信号可以包含用户要使用的预设量子芯片器件信息，例如包含预设量子芯片器件的器件名称、器件图形。
54.接着，服务器在确定器件数据库中，存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件的情况下，将封装量子芯片器件添加至器件版图图层。
55.在本技术实施例中，器件版图图层通过执行以下方法确定：
56.服务器接收第二信号，并根据第二信号，确定超导量子计算芯片的器件版图图层。
57.例如，用户在开启图形用户界面后，图像用户界面显示有创建器件版图图层控件，用户点击该控件，将产生第二信号，进而创建器件版图图层。
58.最后，服务器将添加至器件版图图层的封装量子芯片器件，作为预设量子芯片器件，以确定预设量子芯片器件的器件属性。
59.在本技术实施例中，服务器可以根据用户的第一信号，将若干各封装量子芯片器件添加在器件版图图层，并将器件版图图层上的封装量子芯片器件作为预设量子芯片器件。用户可以在界面将预设量子芯片器件进行移动位置、选择方向等操作，在对预设量子芯片器件完成操作后，服务器可以确定预设量子芯片器件的器件名称、器件功能、器件位置等。
60.在本技术的一个实施例中，服务器在确定器件数据库中，不存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件的情况下，可以执行以下方法：
61.首先，服务器在器件数据库中，不存在与第一信号匹配的封装量子芯片器件的情况下，生成器件创建信息，并将器件创建信息发送至用户终端。
62.在本技术实施例中，服务器可以生成器件创建信息，例如文字“是否创建量子器件”，发送至用户终端，或者将用户界面中的图形创建控件的亮度状态转换为高亮状态。
63.然后，服务器基于用户终端的反馈信息，展示opencascade相应的生成界面，以根据用户对用户终端的操作，确定器件创建信息相应的新建量子芯片器件。
64.用户可以通过用户终端的操作界面，操作界面如触摸屏、键盘，对器件创建信息进行反馈，用户终端将反馈信息发送至服务器，从而在用户终端的显示界面，展示opencascade相应的生成界面，该生成界面包含于图形用户界面。该生成界面用于调用opencascade中相应的功能，如可视化、建模、仿真功能。服务器根据用户操作，如在界面滑动或点击或拖动多个图形控件，生成若干线段、圆、矩形，并进行选择、复制等操作，建立新建量子芯片器件。
65.最后，服务器将新建量子芯片器件，更新至器件数据库，并将新建量子芯片器件作为预设量子芯片器件，以确定预设量子芯片器件的器件属性。
66.在本技术实施例中，用户在完成新建量子芯片器件后，服务器可以根据用户的完成操作指令，将新建量子芯片器件更新至器件数据库，将新建量子芯片器件作为预设量子芯片器件，以确定预设量子芯片器件的器件属性。
67.在本技术的一个实施例中，用户也可以选择不将新建量子芯片器件，更新至器件
数据库，是否将新建量子芯片器件更新至器件数据库，用户可以是在实际使用过程中进行选择。
68.s202，服务器根据各器件属性，确定待定芯片版图。
69.其中，待定芯片版图为将各预设量子芯片器件添加至器件版图图层得到的，器件版图图层为预先创建的超导量子计算芯片的器件版图图层。
70.在本技术实施例中，服务器根据各器件属性，确定待定芯片版图，具体包括：
71.首先，服务器根据各器件属性，在器件版图图层相应的器件位置上，建立预设量子芯片器件。
72.在本技术实施例中，服务器可以根据用户在用户终端的图形用户界面的操作，确定用户选中的封装量子芯片器件或新建量子芯片器件，并根据器件属性，如：器件名称、器件功能、器件位置，在器件版图图层的器件位置，建立预设量子芯片器件。例如器件版图图层以平面中心点为原点，建立平面坐标系，若预设量子芯片器件处于四边形区域，那么器件位置坐标为(x1，y1)(x2，y2)(x3，y3)(x4，y4)，其中四个位置坐标分别为预设量子芯片器件301的四边形区域的区域边角坐标，如图3所示。
73.然后，服务器生成预设量子芯片器件的尺寸信息，并发送尺寸信息至用户终端。
74.在本技术实施例中，尺寸信息可以是文字提示信息，例如：“请设置器件长宽高比例”，再例如：“请拖动尺寸设置控件，调整器件尺寸”。
75.接着，服务器基于来自用户终端的尺寸输入信息，调整预设量子芯片器件的器件尺寸，以使器件尺寸满足预设要求。
76.其中，预设要求根据尺寸输入信息确定。
77.在本技术实施例中，用户可以通过用户终端输入如“长：20毫米，宽20毫米”的尺寸输入信息，也可以通过用户终端进行拖动尺寸设置控件，生成尺寸输入信息。该预设要求仅为尺寸输入信息中所包含的器件尺寸。
78.最后，服务器在器件尺寸满足预设要求的情况下，确定待定芯片版图。
79.在本技术实施例中，若器件版图图层中的各预设量子芯片器件的器件尺寸，满足预设要求的情况下，服务器将确定包括各预设量子芯片器件的器件版图图层为待定芯片版图。
80.通过上述方案，可以将超导量子计算芯片版图中的预设量子芯片器件的器件尺寸调整为预设要求，满足科研人员的使用要求，提高科研人员的科研成果产出效率。
81.s203，服务器基于待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图。
82.在本技术实施例中，基于待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图，具体包括：
83.首先，服务器将待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，进行布尔运算。
84.在本技术实施例中，用户可以通过布尔运算，将各预设量子芯片器件进行连接，并合并各预设量子芯片器件。
85.然后，服务器将布尔运算后的待定芯片版图，作为超导量子计算芯片版图。
86.本技术通过上述方案，可以生成成本低的超导量子计算芯片版图设计工具软件，同时可以使科研人员在搭建量子芯片版图时，不需耗费大量精力学习版图设计工具所需的
计算机语言，避免科研人才资源的浪费。
87.图4为本技术实施例中超导量子计算芯片版图生成的流程示意图，如图4所示，包括以下步骤：
88.s401，基于用户操作，启动超导量子计算芯片版图设计工具软件。
89.s402，创建超导量子计算芯片版图设计工程。
90.s403，创建并激活器件版图图层。
91.s404，将各预设量子芯片器件添加至器件版图图层。
92.s405，布局各预设量子芯片器件。
93.s406，基于布尔运算，将各预设量子芯片器件进行连接，并合并各预设量子芯片器件。
94.s407，完成超导量子计算芯片版图的设计。
95.图5为本技术实施例中，生成超导量子计算芯片版图设计工具软件的流程示意图，如图5所示，包括以下步骤：
96.s501，在visual studio 2017开发环境下，编译下载的opencascade源码。
97.s502，导入opencascade库文件，完成相关环境配置。
98.本技术实施例中，在opencascade使用前，可以使用visual studio 2017开发环境下，将编译下载的opencascade源码，生成.dll动态库文件和.lib静态库文件，并存放到visual studio 2017的lib及bind目录中。设置项目的路径、开发环境、头文件等引入opencascade库文件。
99.s503，qt开源软件重构，并与opencascade和mysql数据库关联，完成图形用户界面开发。
100.s504，基于opencascade的几何实体与数据实体创建超导量子芯片器件。
101.其中，创建的超导量子芯片器件可以存储于mysql。
102.s505，量子器件封装库开发及超导量子芯片器件封装。
103.s506，集成调试和运行打包各功能模块，完成功能模块集成，生成可执行的应用安装软件。
104.图6为本技术实施例中一种超导量子计算芯片版图生成设备的结构示意图，如图6所示，该设备包括：
105.至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器。其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
106.基于用户操作产生的第一信号，确定若干预设量子芯片器件的器件属性。其中，预设量子芯片器件通过开发二维和三维几何建模应用程序opencascade生成，器件属性至少包括器件名称、器件功能、器件位置。根据各器件属性，确定待定芯片版图。其中，待定芯片版图为将各预设量子芯片器件添加至器件版图图层得到的，器件版图图层为预先创建的超导量子计算芯片的器件版图图层。基于待定芯片版图中的各预设量子芯片器件，生成超导量子计算芯片版图。
107.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施
例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
108.本技术实施例提供的设备与方法是一一对应的，因此，设备也具有与其对应的方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述设备的有益技术效果。
109.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
110.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。