量子处理器保护装置、量子器件、及量子计算机系统的制作方法

1.本技术属于量子领域，特别是一种量子处理器保护装置、量子器件、及量子计算机系统。


背景技术：

2.量子处理器及量子计算及其应用是国际研究的热点。量子处理器通常工作于低温环境中，例如50mk温度，并采用pcb板承载量子处理器固定在制冷机中，并通过信号连接器接收各种驱动信号。此外，pcb板上还集成有多种对驱动信号进行处理的信号处理元件，需要在室温环境中将信号处理元件和量子处理器集成在pcb板上，并对量子处理器的性能参数进行测试，测试合格后在装载入制冷机。在集成和测试过程中会产生静电，静电影会损坏量子处理器的性能，使得其装载入制冷机的极低温环境时，无法正常工作。
3.因此，如何实现量子处理器静电防护成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种量子处理器保护装置、量子器件、及量子计算机系统，本技术能实现量子处理器集成和测试时的静电防护，弥补了现有技术中的空缺。
5.本技术技术方案具体如下：
6.本技术的一方面提供了一种量子处理器保护装置，包括：
7.信号连接器，用于接收驱动量子处理器的驱动信号；
8.信号处理元件，连接所述信号连接器，用于对所述驱动信号进行处理并输出至量子处理器；
9.热敏电阻，所述热敏电阻的第一端连接所述信号连接器，所述热敏电阻的第二端接地；所述热敏电阻在室温的电阻值远低于在极低温的电阻值，其中，所述极低温为所述量子处理器的工作温度；
10.所述信号连接器、所述信号处理元件、所述热敏电阻和所述量子处理器均集成在一基板上。
11.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述信号连接器包括第一信号连接器和第二信号连接器；其中，
12.所述第一信号连接器用于接收微波驱动信号，所述微波驱动信号用于驱动所述量子处理器的量子态；
13.所述第二信号连接器用于接收直流驱动信号，所述直流驱动信号用于形成所述量子处理器的量子点。
14.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述信号处理元件用于对所述微波驱动信号和所述直流驱动信号进行合成处理，并输出处理后的合成驱动信号至所述量子处理器。
15.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述信号处理元件包括第一电容器和
电阻器；其中，
16.所述第一电容器的一端连接所述第一信号连接器，所述第一电容器的另一端连接所述量子处理器；
17.所述电阻器的一端连接所述第二信号连接器，所述电阻器的另一端连接所述量子处理器。
18.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述第一信号连接器和所述第二信号连接器均包括内导体和外导体，其中，
19.所述第一信号连接器的内导体连接所述热敏电阻的第一端，用于接收所述微波驱动信号；
20.所述第二信号连接器的内导体连接所述热敏电阻的第一端，用于接收所述直流驱动信号；
21.所述第一信号连接器的外导体和所述第二信号连接器的外导体均接地。
22.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述第一信号连接器包括sma连接器或smp连接器或ssmp连接器。
23.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述信号处理元件还包括第二电容器，所述第二电容器的一端连接所述第二信号连接器，所述第二电容器的另一端接地。
24.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述热敏电阻在室温的电阻值不大于20欧姆。
25.如上所述的量子处理器保护装置，优选的，所述热敏电阻在极低温的电阻值不小于10吉欧姆。
26.本技术另一方面提供一种量子器件，包括上述任一项的量子处理器保护装置和量子处理器，所述量子处理器保护装置用于传输所述驱动信号至所述量子处理器。
27.本技术另一方面提供一种量子计算机系统，包括上述的量子器件、信号源，所述信号源用于为所述量子器件提供驱动信号。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
28.与现有技术相比，本技术提出一种量子处理器保护装置，包括：信号连接器，用于接收驱动量子处理器的驱动信号；信号处理元件，连接所述信号连接器，用于对所述驱动信号进行处理并输出至量子处理器；热敏电阻，所述热敏电阻的第一端连接所述信号连接器，所述热敏电阻的第二端接地；所述热敏电阻在室温的电阻值远低于在极低温的电阻值，其中，所述极低温为所述量子处理器的工作温度，所述信号连接器、所述信号处理元件、所述热敏电阻和所述量子处理器均集成在一基板上。本技术通过在信号连接器上连接一个热敏电阻，热敏电阻的另一端接地，热敏电阻为负温度系数的电阻，其在室温环境下的电阻值非常低，相当于短路，使得在室温环境对量子处理器和信号处理元件进行集成和测试时产生的静电可以直接通过热敏电阻接地去除，避免静电损坏量子处理器。此外，当量子处理器保护装置和量子处理器集成在基板上装载入制冷设备中时，热敏电阻的阻值变得非常大，可以理解为断路，确保各种驱动信号正常传输至量子处理器。
附图说明
29.图1为本技术实施例提供的一种量子处理器集成示意图；
30.图2为本技术实施例提供的一种量子处理器保护装置的示意图1；
31.图3为本技术实施例提供的一种量子处理器保护装置的示意图2；
32.图4为本技术实施例提供的一种信号处理元件的组成示意图；
33.图5为本技术实施例提供的一种量子处理器保护装置的示意图3。
34.附图标记说明：
35.1－信号连接器，2－热敏电阻，3－信号处理元件，4－量子处理器，
36.11－第一信号连接器，12－第二信号连接器，31－第一电容器，32－电阻器，33－第二电容器。
具体实施方式
37.以下详细描述仅是说明性的，并不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，无意受到前面的“背景技术”或“实用新型内容”部分或“具体实施方式”部分中呈现的任何明示或暗示信息的约束。
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
39.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.如图1所示，量子处理器通常工作于低温环境中，例如50mk温度，并采用pcb板承载量子处理器固定在制冷机中，并通过信号连接器接收各种驱动信号。此外，pcb板上还集成有多种对驱动信号进行处理的信号处理元件，需要在室温环境中将信号处理元件和量子处理器集成在pcb板上，并对量子处理器的性能参数进行测试，测试合格后在装载入制冷机。在集成和测试过程中会产生静电，静电影会损坏量子处理器的性能，使得其装载入制冷机的极低温环境时，无法正常工作。
41.如图2所示，作为本技术实施例的一种实施方式，量子处理器保护装置，包括：信号连接器1，用于接收驱动量子处理器4的驱动信号；信号处理元件3，连接所述信号连接器1，用于对所述驱动信号进行处理并输出至量子处理器4；热敏电阻2，所述热敏电阻2的第一端连接所述信号连接器1，所述热敏电阻2的第二端接地；所述热敏电阻2在室温的电阻值远低于在极低温的电阻值，其中，所述极低温为所述量子处理器4的工作温度；所述信号连接器1、所述信号处理元件3、所述热敏电阻2和所述量子处理器4均集成在一基板上。
42.信号处理元件3通过信号连接器1接收用于驱动量子处理器4的驱动信号，并对驱动信号进行处理，将处理后的驱动信号传输至量子处理器4，构成信号传输链路。量子处理器4和信号处理元件3均为集成器件，通常在室温环境下采用焊接或者贴片或者键合的方式
集成在基板上，在集成后对量子处理器4的性能进行测试、也需要对量子处理器4连接的信号传输链路进行测试。可以想象的是，在对量子处理器4和信号处理元件3进行集成和测试时均有可能在信号传输链路中产生静电。通过热敏电阻2的第一端连接信号连接器1，第二端连接地；而且热敏电阻2在室温环境时电阻值非常低，相当于短路，使得在室温环境对量子处理器4和信号处理元件3进行集成和测试时信号传输链路中产生的静电可以直接通过热敏电阻2接地消除，避免静电损坏量子处理器4。
43.此外，当在室温环境对基板上集成的量子处理器4和信号传输链路测试合格后，将基板上装载入制冷设备中的极低温区，其中，极低温为量子处理器4的工作温度，例如50mk。本技术采用的热敏电阻2为负温度系数的电阻，其在极低温下阻值变得非常大，可以理解为断路，确保信号连接器1接收的各种驱动信号正常传输至量子处理器4。
44.本技术通过在信号连接器1上连接一个热敏电阻2，热敏电阻2的另一端接地，热敏电阻2为负温度系数的电阻，其在室温环境下的电阻值非常低，相当于短路，使得在室温环境对量子处理器4和信号处理元件3进行集成和测试时产生的静电可以直接通过热敏电阻2接地消除，避免静电损坏量子处理器4。此外，当量子处理器4保护装置和量子处理器4集成在基板上装载入制冷设备中时，热敏电阻2的阻值变得非常大，可以理解为断路，确保各种驱动信号正常传输至量子处理器4。
45.如图3所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述信号连接器1包括第一信号连接器11和第二信号连接器12；其中，所述第一信号连接器11用于接收微波驱动信号，所述微波驱动信号用于驱动所述量子处理器4的量子态；所述第二信号连接器12用于接收直流驱动信号，所述直流驱动信号用于形成所述量子处理器4的量子点。
46.量子处理器4通常包括超导体系、半导体系、离子井或其他体系，本技术实施例的量子处理器4器以半导体量子处理器为示例。半导体量子处理器是在半导体材料上通过直流驱动信号束缚形成若干个量子点的处理器，并通过微波驱动信号操控量子点实现量子运算，因此为了确保半导体量子处理器的正常工作，需要提供直流驱动信号和微波驱动信号，采用第一信号连接器11和第二信号连接器12分别用于接收微波驱动信号和直流驱动信号，将驱动信号依据信号类型分别接收和传输，易于集成。
47.需要补充的是，每个第一信号连接器11和第二信号连接器12上均连接有热敏电阻2，确保在对量子处理器进行测试时信号传输链路中的静电可以及时消除。
48.结合图3所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述信号处理元件3用于对所述微波驱动信号和所述直流驱动信号进行合成处理，并输出处理后的合成驱动信号至所述量子处理器4。信号处理元件3的输入端分别连接第一信号连接器11和第二信号连接器12用于接收微波驱动信号和直流驱动信号并进行信号合成处理，通过输出端输出合成后的驱动信号传输至量子处理器4，实现对量子处理器4的驱动。
49.如图4所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述信号处理元件3包括第一电容器31和电阻器32；其中，所述第一电容器31的一端连接所述第一信号连接器11，所述第一电容器31的另一端连接所述量子处理器4；所述电阻器32的一端连接所述第二信号连接器12，所述电阻器32的另一端连接所述量子处理器4。采用第一电容器31的一端连接第一信号连接器11接收微波驱动信号，利用电容的隔直流作用确保直流驱动信号沿着电阻器32的另一端流向量子处理器4；并采用电阻器32的一端连接第二信号连接器12接收直流驱动信号，
利用电阻的阻抗匹配使得微波驱动信号沿着第一电容器31的另一端流向量子处理器4，确保直流驱动信号和微波驱动信号均传输至量子处理器4。通过采用rc电路实现直流驱动信号和微波驱动信号合成和传输，成本低、易于集成。
50.继续如图4所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述信号处理元件3还包括第二电容器33，所述第二电容器33的一端连接所述第二信号连接器12，所述第二电容器33的另一端接地。电阻器32的第一端用于接收第一直流驱动信号，采用第二电容器33连接电阻器32的第一端，并将第二电容器33的第二端接地，实现对直流驱动信号的滤波作用，确保直流驱动信号的稳定性。
51.如图5所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述第一信号连接器11和所述第二信号连接器12均包括内导体和外导体，其中，所述第一信号连接器11的内导体连接所述热敏电阻2的第一端，用于接收所述微波驱动信号；所述第二信号连接器12的内导体连接所述热敏电阻2的第一端，用于接收所述直流驱动信号；所述第一信号连接器11的外导体和所述第二信号连接器12的外导体均接地。第一信号连接器11和第二信号连接器12均为通信领域常用的信号连接器，均由内导体和外导体组成，其中，内导体通常用于传输信号，外导体用于接地。
52.在本实施例中，第一信号连接器11和第二信号连接器12的内导体上均连接了热敏电阻2，确保在室温环境下对量子处理器4进行集成、并通过第一信号连接器11和第二信号连接器12施加驱动信号对量子处理器4进行测试时产生的静电均可以及时的消除，保护量子处理器4不受损坏。
53.作为本技术实施例的一种实施方式，所述第一信号连接器11包括sma连接器或smp连接器或ssmp连接器。在通信领域，信号连接器1的种类有多种，在本实施例中，第一信号连接器11优先smp连接器或sma连接器或ssma连接器，尺寸小，易于集成在基板上，而且结构、性能稳定，在其他实施例中还可选用其它具有类似功能的器件，在此不做限制。
54.作为本技术实施例的一种实施方式，所述热敏电阻2在室温的电阻值不大于20欧姆，且所述热敏电阻2在极低温的电阻值不小于10吉欧姆。通过对热敏电阻2的性能参数进行选择，使得其在室温环境的电阻值不大于20欧姆，电阻值非常小，相当于短路，信号传输线路中的静电可以通过热敏电阻2传输至地；同时其在极低温环境的电阻值大于10吉欧姆(10gω)，电阻值非常大，相当于断路，无论是微波驱动信号还是直流驱动信号均无法通过热敏电阻2，可以正常的传输至量子处理器4。在本实施例中，热敏电阻2在室温环境的阻值通常在18欧姆－20欧姆。
55.基于同一申请构思，本技术实施例还提供一种量子器件，包括上述任一项的量子处理器保护装置和量子处理器，所述量子处理器保护装置用于传输所述驱动信号至所述量子处理器。
56.基于同一申请构思，本技术实施例还提供一种量子计算机系统，包括上述的量子器件、信号源，所述信号源用于为所述量子器件提供驱动信号。
57.以上依据图式所示的实施例详细说明了本技术的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本技术的较佳实施例，但本技术不以图面所示限定实施范围，凡是依照本技术的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本技术的保护范围内。