谐振腔的调整方法、装置及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及超导量子领域，具体而言，涉及一种谐振腔的调整方法、装置及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在相关技术中，在对超导量子器件进行调整时，如果利用分析普通金属的方法对超导量子器件的谐振腔进行分析，耗时耗力，而相关技术中通过采用公式对超导量子器件共面波导进行参数估算时，由于计算方式不够合理，因此计算结果也不够准确。
3.因此，在相关技术中，存在针对超导量子器件中谐振腔的调整效率低、结果不准确的技术问题。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种谐振腔的调整方法、装置及计算机可读存储介质，以至少解决针对超导量子器件中谐振腔的调整效率低、结果不准确的技术问题。
6.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种谐振腔的调整方法，包括：获取共面波导的构造参数；基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
7.可选地，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，包括：基于构造参数，确定共面波导在金属面的宽度方向上针对位置点的等效电感项，其中，等效电感项为以构造参数为变量的解析项；对共面波导在宽度方向上的位置点的等效电感项进行叠加，得到共面波导的等效电感。
8.可选地，基于构造参数，确定共面波导上针对位置点的等效电感项，包括：基于构造参数，确定共面波导上针对位置点的几何电感项；确定共面波导上针对位置点的动态电感项；将几何电感项和动态电感项进行叠加，得到等效电感项。
9.可选地，对共面波导在宽度方向上的位置点的等效电感项进行叠加，得到共面波导的等效电感，包括：在位置点为以共面波导的中心线为原点，在共面波导的金属面的宽度方向上的坐标点的情况下，对等效电感项基于坐标点进行积分，得到共面波导的等效电感。
10.可选地，对等效电感项基于坐标点进行积分，得到共面波导的等效电感，包括：在宽度方向上的第一方向上，将从原点至金属面的宽度一半位置处划分为第一积分段，以及将从共面波导的接地板的开始位置处至无穷远划分为第二积分段；对等效电感项基于第一积分段内的坐标点进行积分，得到第一积分结果，以及对等效电感项基于第二积分段内的坐标点进行积分，得到第二积分结果；将第一积分结果和第二积分结果进行叠加，得到叠加结果，并将叠加结果的两倍作为共面波导的等效电感。
11.可选地，基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，包括：基于构造参数，确定共面波导的等效电容；基于等效电感和等效电容，确定电磁波在共面波导构成的谐振腔的相速度；基于相速度和共面波导的长度，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率。
12.可选地，通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率，包括：通过调整构造参数中共面波导的长度的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
13.可选地，构造参数包括几何参数和材料参数。
14.可选地，在所述通过调整所述共面波导的所述构造参数的取值，将所述谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率之后，还包括：采用所述目标谐振频率的谐振腔对目标量子比特进行测量，得到测量结果，其中，所述目标量子比特包括：fluxonium量子比特。
15.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种谐振腔的调整方法，包括：在交互界面上显示参数输入控件；响应于对参数输入控制的操作，接收共面波导的构造参数；接收频率确定指令；响应于频率确定指令，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，并基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；接收参数调整指令；响应于参数调整指令，通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
16.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种谐振腔的调整装置，包括：获取模块，用于获取共面波导的构造参数；第一确定模块，用于基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；第二确定模块，用于基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；调整模块，用于通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
17.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项的谐振腔的调整方法。
18.根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器存储有计算机程序；处理器，用于执行存储器中存储的计算机程序，计算机程序运行时使得处理器执行上述任意一项的谐振腔的调整方法。
19.在本发明实施例中，采用计算共面波导的等效电感的方式，通过利用预定公式，基于共面波导的构造参数计算共面波导的等效电感，其中，由于采用预定公式计算得到的等效电感相当于包括了几何电感和动态电感，因此避免了因忽略了超导材料存在动态电感造成的估算不准确或针对动态电感计算方式不合理而造成的影响，再根据上述的等效电感确定出由上述共面波导构成的谐振腔的谐振频率，同样由于在计算等效电感时考虑了超导材料特有的动态电感，因此，也就可以保证由等效电感确定出的谐振频率函数关系是足够准确的，即，通过对该谐振频率解析函数中共面波导的构造参数进行参数调节，就可以完成对谐振腔的谐振频率的准确、高效调整，进而解决了针对超导量子器件中谐振腔的调整效率低、结果不准确的技术问题。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1示出了一种用于实现谐振腔的调整方法的计算机终端的硬件结构框图；
22.图2是根据本发明实施例的谐振腔的调整方法一的流程图；
23.图3是根据本发明实施例的谐振腔的调整方法二的流程图；
24.图4是根据本发明可选实施方式的动态电感的计算和仿真结果对比示意图；
25.图5是根据本发明可选实施方式的耦合谐振器的分布电路模型示意图；
26.图6是根据本发明可选实施方式的kim5单位长度的电容仿真结果示意图一；
27.图7是根据本发明可选实施方式的耦合谐振器的近似分布电路模型示意图；
28.图8是根据本发明可选实施方式的半解析计算结果示意图一；
29.图9是根据本发明可选实施方式的kim5单位长度的电容仿真结果示意图二；
30.图10是根据本发明可选实施方式的半解析计算结果示意图二；
31.图11是根据本发明实施例的谐振腔的调整装置一的结构框图；
32.图12是根据本发明实施例的谐振腔的调整装置二的结构框图；
33.图13是根据本发明实施例的一种计算机终端的结构框图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明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。
36.首先，在对本技术实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：
37.共面波导：在介质基底上同一个平面的一种微波传输线，由中间信号线和两侧的地组成。电磁波在共面波导中传播时，电磁能量主要集中在中间信号线与地之间。
38.谐振腔：通常指一种金属空腔，能使电磁场在其中持续振荡。将共面波导两端截断，也可实现谐振腔。
39.共面波导的电磁特性：共面波导的电磁特性可用标准的传输线模型描述，通常可用两个独立的参数表征，如有效介电常数和特征阻抗，或单位长度电感和单位长度电容。这两种表征方式是等价的。
40.几何电感：标准传输线模型中的单位长度电感，即是传输线单位长度的几何电感。几何电感表征的是在一定几何形状下的传输线存储磁场能量的能力，仅与几何形状和介质材料相关。
41.超导材料的动态电感：在超导材料中，由于库伯对的惯性和超导特性，使得材料本身表现出与电感一致的电磁学特性。这种在超导材料中体现出的电感称为动态电感。
42.解析解，半解析解：当一个方程的解可以用初等函数表达，则为解析解。半解析解是界于解析解和数值解之间的，如果不能精准地用初等函数直接表达，仅需要简单的数值计算，则可称为半解析解。
43.量子比特，在经典力学系统中，一个比特的状态是唯一的，而量子力学允许量子比特是同一时刻两个状态的叠加，这是量子计算的基本性质。从物理上来说，量子比特就是量子态，因此，量子比特具有量子态的属性。由于量子态的独特量子属性，量子比特具有许多不同于经典比特的特征，这是量子信息科学的基本特征之一。
44.fluxonium，一种超导量子比特类型，由约瑟夫森结并联电感、电容构成。该构成中，有大电感(一般使用大量约瑟夫森结(
ˉ
100)的阵列或者高动态电感材料制作)电容对应的电能ec，电感对应的磁能el，约瑟夫森能ej互相接近(大约一个数量级之内)。
45.fluxqubit:基于fluxonium的量子比特，可以称之为“磁通量子比特”。该fluxqubit由电容和数个约瑟夫森结组成。其中，电容非常小(ec比ej小一个数量级以上),只有数个约瑟夫森结，可以近似等效于较小的电感。
46.实施例1
47.根据本发明实施例，还提供了一种谐振腔的调整的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
48.本技术实施例1所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现谐振腔的调整方法的计算机终端(或移动设备)的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10(或移动设备)可以包括一个或多个处理器(图中采用102a、102b，
……
，102n来示出，处理器可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(i/o接口)、通用串行总线(usb)端口(可以作为bus总线的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
49.应当注意到的是上述一个或多个处理器和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10(或移动设备)中的其他元件中的任意一个内。如本技术实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
50.存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的谐振腔的调整方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器通过运行存储在存储器104内的软件
程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的漏洞检测方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
51.传输装置用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置包括一个网络适配器(network interface controller，nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置可以为射频(radio frequency，rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
52.显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(lcd)，该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10(或移动设备)的用户界面进行交互。
53.在上述运行环境下，本技术提供了如图2所示的谐振腔的调整方法。图2是根据本发明实施例的谐振腔的调整方法一的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
54.步骤s202，获取共面波导的构造参数；
55.步骤s204，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；
56.步骤s206，基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；
57.步骤s208，通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
58.通过上述步骤，采用计算共面波导的等效电感，并基于等效电感，确定谐振腔的谐振频率，进而得到的谐振频率是以构造参数为变量的解析函数的方式，由于计算得到的等效电感叠加了几何电感和动态电感，并且该等效电感表征了共面波导上金属面上的电流密度分布，相比于相关技术中，仅考虑几何电感，或者虽然考虑了动态电感，但没有考虑动态电感所引起的金属面上的电流密度分布而言，有效地避免了因上述情况导致的确定出的谐振频率不准确的问题。通过上述等效电感的引入，有效地提升了谐振腔的谐振频率的准确性，并且该谐振频率为以构造参数为变量的解析函数，即得到的谐振频率为准确的解析解，使得后续对谐振腔的谐振频率进行调节时，通过调整共面波导的构造参数的取值，就可以完成对谐振腔的谐振频率的准确、高效的调整，进而解决了针对超导量子器件的谐振腔的调整效率低、结果不准确的技术问题。
59.作为一种可选的实施例，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，包括：基于构造参数，确定共面波导在金属面的宽度方向上针对位置点的等效电感项，其中，等效电感项为以构造参数为变量的解析项；对共面波导在宽度方向上的位置点的等效电感项进行叠加，得到共面波导的等效电感。其中，金属面的宽度方向是相对于共面波导的金属面的长度而言的，由于在宽度方向上的不同位置点的等效电感项不同，反映出共面波导的金属面上的电流密度分布的不同，将在宽度方向上的位置点的等效电感项进行叠加，得到共面波导的等效电感也表征的是整个金属面上的电流密度分布。需要说明的是，上述位置点可以是离散的，也可以是连续的。在本发明可选实施例中，为连续地，即对应的等效电感项为以构
造参数为变量的解析项，使得得到的共面波导的等效电感准确。
60.作为一种可选的实施例，基于构造参数，确定共面波导上针对位置点的等效电感项，可以采用多种方式，例如，由于等效电感为几何电感和动态电感的叠加，因此，对应的等效电感项也可以通过对应的几何电感项和动态电感项叠加得到。比如，可以采用以下方式得到：基于构造参数，确定共面波导上针对位置点的几何电感项；基于构造参数，确定共面波导上针对位置点的动态电感项；将几何电感项和动态电感项进行叠加，得到等效电感项。需要说明的是，针对一个确定的构造参数而言，共面波导上的任意位置点处的动态电感项可以是相同的。而几何电感项参数可以是基于制备工艺的确定的，即制备工艺流程直接决定了这个几何电感项的参数。在计算时，针对任意位置点可以作为设计的一个固定参数。因此，将几何电感项与动态电感项进行叠加后，得到的等效电感项即表征为一个以共面波导的构造参数的解析项。
61.对于超导材料来说，除了通过介电常数、线宽、线-地间距等参数直接计算得到几何电感之外，还存在由于超导材料的特殊性带来的动态电感。在本实施例中，考虑了由于动态电感的引入所带来的电流分布的改变，即通过等效电感的方式来表征整个共面波导的金属表面的电流密度分布。本实施例中通过对共面波导上各位置点上的几何电感项和动态电感项进行叠加，也就相当于该位置点处的两种电感进行并联，由此得出对应位置点的等效电感项。
62.作为一种可选的实施例，对共面波导在宽度方向上的位置点的等效电感项进行叠加，得到共面波导的等效电感时，为使得得到的等效电感更为准确，可以对等效电感基于位置点进行积分得到。例如，可以采用以下积分方式来实现：在位置点为以共面波导的中心线为原点，在共面波导的金属面的宽度方向上的坐标点的情况下，对等效电感项基于坐标点进行积分，得到共面波导的等效电感。在得到共面波导在宽度方向上的各个位置点处的等效电感项之后，可以采用积分的方式得到整个共面波导的等效电感，以得到更加准确的等效电感的计算结果。
63.作为一种可选的实施例，对等效电感项基于坐标点进行积分，得到共面波导的等效电感时，依据位置点所处坐标的不同，为使得得到的积分结果，即等效电感更为准确，可以采用分段积分的处理方式。例如，在宽度方向上的第一方向上，将从原点至金属面的宽度一半位置处划分为第一积分段，以及将从共面波导的接地板的开始位置处至无穷远划分为第二积分段；对等效电感项基于第一积分段内的坐标点进行积分，得到第一积分结果，以及对等效电感项基于第二积分段内的坐标点进行积分，得到第二积分结果；将第一积分结果和第二积分结果进行叠加，得到叠加结果，并将叠加结果的两倍作为共面波导的等效电感。由于共面波导的对称性，可以直接先确定一边的积分结果，之后再依据对称性，即以倍数的方式确定共面波导的整个等效电感。另外，针对不同的位置点采用不同的积分方式来得到对应的积分结果，不仅能够使得积分结果更为准确，而且计算量小，高效。
64.作为一种可选的实施例，基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率时，可以采用多种方式，例如，可以采用以下处理方式：基于构造参数，确定共面波导的等效电容；基于等效电感和等效电容，确定电磁波在共面波导构成的谐振腔的相速度；之后，基于相速度和共面波导的长度，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率。共面波导的等效电容可以根据常规的几何参数直接确定，其中，几何参数可以是共面波导的金属面的宽度，共
面波导中心线到相邻金属面的距离，金属面至接地无线大导体的间隙，共面波导的长度，共面波导衬底的厚度，等等。基于共面波导的等效电容和等效电感就可以确定出电磁场在该共面波导中传播的相速度，而根据相速度和共面波导的长度即可确定出由该共面波导构成的谐振腔的谐振频率。
65.作为一种可选的实施例，由于谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数，因此，当构造参数的取值改变时，谐振腔的谐振频率也会对应改变。因此，可以通过调整共面波导的构造参数的取值，高效地将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。在具体调整时，可以采用以下较为简单高效的调整方式。由于在除共面波导的长度之外的其他几何参数不变的情况下，相速度保持不变。因此，可以利用谐振频率与波导长度和相速度的关系，仅调整波导长度获得目标谐振频率。即通过调整构造参数中共面波导的长度的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。在确定出由该共面波导形成的谐振腔的谐振频率之后，由于得出的谐振频率其本质是基于共面波导构造参数的一种解析函数，因此，可以通过调整该解析函数中的构造参数来调整该谐振腔的谐振频率，且由于在确定该解析函数时已经充分考虑了超导材料特有的动态电感对金属面的电流密度分布的影响，因此，可以保证根据该解析函数对谐振腔的谐振频率进行调整时能够足够精确。
66.作为一种可选的实施例，构造参数包括几何参数和材料参数。其中，上述所指的几何参数可以是，几何参数可以是共面波导的金属面的宽度，共面波导中心线到相邻金属面的距离，金属面至接地无线大导体的间隙，共面波导的长度，共面波导衬底的厚度，等等。上述所指的材料参数可以是，共面波导衬底的材料类型，介电常数，共面波导的金属面的金属类型，等。
67.作为一种可选的实施例，在所述通过调整所述共面波导的所述构造参数的取值，将所述谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率之后，还包括：采用所述目标谐振频率的谐振腔对目标量子比特进行测量，得到测量结果，其中，所述目标量子比特包括：fluxonium量子比特。需要说明的是，在采用目标谐振频率的谐振腔对目标量子比特进行测量时，所采用的方法可以是基于谐振腔与目标量子比特的耦合来实现。
68.图3是根据本发明实施例的谐振腔的调整方法二的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：
69.步骤s302，在交互界面上显示参数输入控件；
70.步骤s304，响应于对参数输入控制的操作，接收共面波导的构造参数；
71.步骤s306，接收频率确定指令；
72.步骤s308，响应于频率确定指令，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，并基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；
73.步骤s310，接收参数调整指令；
74.步骤s312，响应于参数调整指令，通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
75.通过上述步骤，响应于输入的共面波导参数，频率确定指令集参数调整指令，可以实现通过调整共面波导的构造参数来准确地调整由该共面波导构成的谐振腔的谐振频率，
其中，针对由共面波导构成的谐振腔，采用计算共面波导的等效电感的方式，利用预定公式，基于共面波导的构造参数计算共面波导的等效电感，其中，由于采用预定公式计算得到的等效电感相当于包括了几何电感和动态电感，因此避免了因忽略了超导材料存在动态电感造成的估算不准确或针对动态电感计算方式不合理而造成的影响，再根据上述的等效电感确定出由上述共面波导构成的谐振腔的谐振频率，同样由于在计算等效电感时考虑了超导材料特有的动态电感，因此，也就可以保证由等效电感确定出的谐振频率函数关系是足够准确的，即，通过对该谐振频率解析函数中共面波导的构造参数进行参数调节，就可以完成对谐振腔的谐振频率的准确、高效调整，进而解决了针对超导量子器件中谐振腔的调整效率低、结果不准确的技术问题。
76.基于上述实施例及可选实施例，本发明提出一种可选实施方式，下面进行说明。
77.相关技术中，分析普通金属(无动态电感的材料)时，只需要知道几个参数(如介电常数、线宽、线-地间距等)，就可以算出来材料的总电感，因为其只有几何电感，而没有动态电感。然而，在超导量子器件中(例如，共面波导)包含有动态电感时，由于处理谐振腔的参数计算时，无法正确的将动态电感对谐振腔的影响量化分析，导致对谐振腔参数的仿真计算耗时耗力。
78.另外，对谐振腔的电感估算以及谐振频率估算采用仿真模拟的方式，仿真软件对整个器件进行仿真，得出谐振频率，该方法耗费算力，计算较慢。此外，还可以根据其他公式对共面波导的等效电感进行计算，然而相关技术中的计算方式存在不合理之处，当金属层厚度趋向于很薄时，其计算结果明显存在奇异性问题，导致估算不准确。
79.例如，在相关技术中，为计算几何电感与动态电感的叠加时，进行了相关假设，例如，假设有动态电感和没有动态电感时，电流分布是不变的，而这一假设存在明显不合理之处。因为电流分布肯定是会随着动态电感的引入而改变的。因此，在相关技术中，基于上述假设而计算得到的几何电感与动态电感的叠加结果是不准确的。另外，有的材料在超导系统中有动态电感，相关技术中对于等效电感的计算没有合理的解析解，因此当需要计算波导的谐振频率时必须要进行数值模拟，采用数值仿真的方法去做，整个计算非常复杂。
80.因此，在超导量子器件中，包含有动态电感，若采用分析普通金属的方法来计算超导材料的电感，由于仅考虑的是几何电感，则计算结果不够准确，且仿真计算过程耗时耗力。另外，在相关技术中针对超导材料的动态电感计算时一般是假设动态电感的引入不会影响金属面上电流密度分布的，即所采用的计算方式不够合理，导致其计算结果也不准确。
81.针对上述技术问题，本发明可选实施方式基于超导材料的几何电感和动态电感的分布，并将二者叠加，得到能够表征共面波导的金属面上电流密度分布的等效电感，下面对该方法进行介绍。
82.针对相关技术的上述问题，如何将动态电感加到共面波导的分析中，以分析超导量子器件的共面波导的电磁特性(有效电感和有效电容)，以实现谐振腔的性能设计，是本技术的主要目的。即，在超导系统里，超导材料可以包括几何电感和动态电感，叠加几何电感和动态电感可以得到材料的等效总电感。
83.基于上述分析，基于超导材料的几何电感的分布和动态电感的分布，将二者进行叠加，得到表面电流密度的分布，得到对应的表征方式。在该表征方式中相当于将两种电感进行并联，得到材料的等效电感。基于此，在本发明可选实施方式中，根据常规材料中与波
导相关的少量参数(例如，几个几何和材料参数 一个超导材料的动态电感)，就可以直接计算出谐振频率的解析解，然后据此设计谐振腔，上述计算中计算得到的等效电感l是由镀层的表面电流密度分布得出的，从而计算谐振腔谐振频率。
84.例如，本发明可选实施方式的谐振腔的调整方法可采用以下方式实现：
85.先获取谐振腔的常规参数以及共面波导的动态电感，其中，所述共面波导是谐振腔的实现方式；之后，基于多个常规参数以及动态电感，计算得到所述谐振腔的谐振频率；基于谐振频率以及谐振腔的目标谐振频率，调整谐振腔的结构。其中，上述常规参数可以包括：衬底的介电常数，共面波导中心线的宽度，共面波导中心线到相邻金属面的距离，共面波导的长度(注：以上均是几何参数)，超导材料的动态电感值。
86.作为一种可选的实施方式，基于多个常规参数以及动态电感，计算得到所述谐振腔的谐振频率时，可以采用以下方式：通过常规几何参数得到几何电感的分布，将几何电感和动态电感联合起来，可以通过以上的积分的方式获得总的有效电感。此外可以直接通过常规几何参数获得总的有效电容。利用等效电感和等效电容即可获得电磁场在此共面波导中传播的相速度。利用相速度和共面波导的长度即可得到共面波导的谐振频率。
87.需要说明的是，基于谐振频率以及谐振腔的目标谐振频率，调整谐振腔的结构时，可以采用以下处理方式：在调整共面波导的谐振频率时，只需要调整共面波导的长度。在其他几何参数不变的情况下，相速度保持不变。因此可以利用谐振频率与波导长度和相速度的关系，仅调整波导长度获得目标谐振频率。
88.另外，谐振腔是一条超导共面波导，作为量子比特的读取元件，通过上述方式设计的谐振腔的频率更准确，在高保真且不影响量子比特的保存的情况下，需要谐振腔的频率更加精确。而且，根据等效电感，可以进一步通过改变电路设计，改变电感或者改变电容或者调节共面波导的长度，长度越短频率越高，进而调整谐振腔的频率和阻抗。
89.综上，依照上述等效电感的积分方式，可以计算出谐振腔的等效电感，进而基于谐振腔的构造参数，得到其谐振频率的解析解，并根据目标谐振频率调整波导的参数，实现谐振腔的设计。另外，在进行材料分析时，有时候不知道材料的动态电感有多大，此时可以测量共面波导的其他参数，以及共振频率，然后反推出动态电感的大小。
90.下面针对上述可选实施方式的各个细节分别进行说明。
91.(1)共面波导的阻抗和相速度
92.在动态电感为零的情况下，共面波导的阻抗可以表示如下：
[0093][0094][0095][0096]
[0097][0098][0099]
其中，在该公式中，a为中心线宽度，b＝a 2*gap，其中，gap为谐振器间隙，h为衬底厚度。
[0100]
综上，输电线路的性质由相速度v
p
和阻抗z0共同确定，其中，相速度v
p
可以表示如下：
[0101][0102]
(2)几何电感和电容
[0103]
单位长度的几何电感和单位长度的电容可以由特性阻抗z0和相速度v
p
直接确定，具体公式如下：
[0104][0105][0106]
(3)等效电感
[0107]
对于共面波导，其等效电感包括几何电感和动态电感，其计算公式如下：
[0108][0109]
其中，2a为谐振腔宽度中心距，b-a为谐振腔间隙，l
eff
为等效电感，lg为几何电感，lk为动态电感，且几何电感可以表示为如下的函数关系：
[0110][0111]
图4是根据本发明可选实施方式的动态电感的计算和仿真结果对比示意图，如图4所示，以线的形式显示的是基于上述公式计算的结果，以点的形式显示的是对共面波导直接进行仿真得到的动态电感。
[0112]
(4)谐振器长度
[0113]
谐振器的长度可以由谐振频率fr和相速度v
p
确定，公式如下：
[0114][0115]
其中，n为波长的数量。
[0116]
(5)馈线耦合
[0117]
与馈线耦合由两种方式，包括：容性耦合和感性耦合。
[0118]
1)容性耦合
[0119]
1、半波长谐振器
[0120]
半波长谐振器可以看作是一个并联lc谐振器，其中：
[0121][0122][0123]
2、耦合品质因数
[0124]
当谐振器与馈线进行容性耦合时，能够通过电容cc和电阻的连接进行有效耦合，其中，z
feed
为馈线的阻抗。
[0125]
假设则串联rc电路可以等效为并联rc电路，等效后的电阻和电容如下：
[0126][0127]
c＝cc[0128]
因此，耦合电容cc通过引入额外的电容，降低谐振频率。耦合品质因数可以表示如下：
[0129][0130]
3、耦合电容估算
[0131]
耦合电容可以利用无限长共面电容的计算公式计算，公式如下：
[0132][0133]
其中，l为共面电容的长度，假设共面电容宽度为ω
cpc
，两线之间的距离为d
cpc
，另外，
[0134]
2)感性耦合
[0135]
1、四分之一短路谐振器
[0136]
四分之一短路谐振器可以看作是并联lc谐振器，其中：
[0137][0138][0139]
2、耦合品质因数
[0140]
当谐振器与馈线进行感性耦合时，通过电感l1，电感l2和互感m进行有效耦合，其中，电感l2与阻值为r
fl
＝2r
load
的电阻相连。
[0141]
耦合品质因数计算如下：
[0142][0143]
其中，l为馈线谐振器的有效电感。
[0144]
(6)半解析模型和仿真计算
[0145]
原则上来说，动态电感的预测应该是正确的且与动态电感的值或振幅无关。基本差在于谐振器的长度以及谐振器到馈线的距离。该长度会影响馈线到地面和地面到馈线的耦合强度。
[0146]
本发明可选实施方式采用解析的方式，利用共面波导的构造参数确定出：该共面波导构成的谐振腔的谐振频率与上述共面波导的构造参数之间的函数关系。
[0147]
图5是根据本发明可选实施方式的耦合谐振器的分布电路模型示意图，如图5所示，其中，ci为对地电容，对于长谐振器来说，单位长度的电容可以计算如下：
[0148][0149]
而c
ci
是对馈线的耦合电容，通常没有直接计算的方式。li为均匀分布的电感，单位长度的电感可以由如下公式计算：
[0150][0151][0152]
其中，在本公式中，2a为谐振腔宽度中心距，b-a为谐振腔间隙，l
eff
为等效电感，lg为几何电感，lk为动态电感。
[0153]
对于电容分布较高而动态电感值为上百皮亨(ph)的情况来说，谐振腔的长度比共面波导的宽度和间隙要长。
[0154]
以长度为2mm，间隙为50um，动态电感为240nh每平方的k1m5为例，通过仿真可以得到谐振器-地和谐振器-馈线单位长度的电容值，图6是根据本发明可选实施方式的kim5单位长度的电容仿真结果示意图一，如图6所示，上方为对地电容，下方为对馈线电容，从图6上方图中可以看出与地面的耦合是一致的，与解析是一致的，除了两端由于端点而出现的两个波峰，从图6下方图中可以看出，与馈线的耦合可以粗略地认为是谐振器尾部的一个电容。
[0155]
由此，可以得出如图7所示的近似电路，图7是根据本发明可选实施方式的耦合谐振器的近似分布电路模型示意图，其中，ci可以根据图6上方图确定得到，即对地电容，cc可以根据图6下方图确定得到，即对馈线电容。图8是根据本发明可选实施方式的半解析计算结果示意图一，如图8所示，该解析计算结果与仿真计算结果较为贴近，但与实际测量结果差异较大。
[0156]
对于电容分布极高而动态电感值为几纳亨(nh)的情况来说，谐振腔的长度通常很短，以满足几吉赫兹(ghz)的谐振频率。
[0157]
以长度为340um，间隙为100um，动态电感为6.5nh每平方的k1m5为例。谐振器与馈线的耦合可以看作是馈线的分布电容，这有效地增加了传输线的电容，而宽度/间隙更小，且需要考虑衬底厚度。因此，为了拟合6.5nh/平方的测量数据，简化后的模型给出了8-9nh。因此，该模型需要一些修正。图9是根据本发明可选实施方式的kim5单位长度的电容仿真结果示意图二，如图9所示，上方为对地电容，下方为对馈线电容。图10是根据本发明可选实施方式的半解析计算结果示意图二，如图10所示，该解析计算结果与仿真计算结果和实际测量结果都具有很好的一致性。
[0158]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0159]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的谐振腔的调整方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0160]
实施例2
[0161]
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述谐振腔的调整方法的装置，图11是根据本发明实施例的谐振腔的调整装置一的结构框图，如图11所示，该装置包括：获取模块1101，第一确定模块1102，第二确定模块1103和调整模块1104，下面对该装置进行说明。
[0162]
获取模块1101，用于获取共面波导的构造参数；第一确定模块1102，连接至上述获取模块1101，用于基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；第二确定模块1103，连接至上述第一确定模块1102，用于基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；调整模块1104，连接至上述第二确定模块1103，用于通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
[0163]
此处需要说明的是，上述获取模块1101，第一确定模块1102，第二确定模块1103和调整模块1104对应于实施例1中的步骤s202至步骤s208，四个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在实施例1提供的计算机终端10中。
[0164]
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述谐振腔的调整方法的装置，图12是根据本发明实施例的谐振腔的调整装置二的结构框图，如图12所示，该装置包括：第一显示模块1201，第一响应模块1202，第一接收模块1203，第二响应模块1204，第二接收模块1205和第三响应模块1206，下面对该装置进行说明。
[0165]
第一显示模块1201，用于在交互界面上显示参数输入控件；第一响应模块1202，连接至上述第一显示模块1201，用于响应于对参数输入控制的操作，接收共面波导的构造参
数；第一接收模块1203，连接至上述第一响应模块1202，用于接收频率确定指令；第二响应模块1204，连接至上述第一接收模块1203，用于响应于频率确定指令，基于构造参数，确定共面波导的等效电感，并基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；第二接收模块1205，连接至上述第二响应模块1204，用于接收参数调整指令；第三响应模块1206，连接至上述第二接收模块1205，用于响应于参数调整指令，通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
[0166]
此处需要说明的是，上述第一显示模块1201，第一响应模块1202，第一接收模块1203，第二响应模块1204，第二接收模块1205和第三响应模块1206对应于实施例1中的步骤s302至步骤s312，六个模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在实施例1提供的计算机终端10中。
[0167]
实施例3
[0168]
本发明的实施例可以提供一种计算机终端，该计算机终端可以是计算机终端群中的任意一个计算机终端设备。可选地，在本实施例中，上述计算机终端也可以替换为移动终端等终端设备。
[0169]
可选地，在本实施例中，上述计算机终端可以位于计算机网络的多个网络设备中的至少一个网络设备。
[0170]
在本实施例中，上述计算机终端可以执行应用程序的谐振腔的调整方法中以下步骤的程序代码：获取共面波导的构造参数；基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
[0171]
可选地，图13是根据本发明实施例的一种计算机终端的结构框图。如图13所示，该计算机终端可以包括：一个或多个(图中仅示出一个)处理器1301、存储器1302等。
[0172]
其中，存储器可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的谐振腔的调整方法和装置对应的程序指令/模块，处理器通过运行存储在存储器内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的谐振腔的调整方法。存储器可包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0173]
处理器可以通过传输装置调用存储器存储的信息及应用程序，以执行下述步骤：获取共面波导的构造参数；基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标
谐振频率。
[0174]
可选的，上述处理器还可以执行上述实施例及可选实施例所述的谐振腔的调整方法。
[0175]
本领域普通技术人员可以理解，图13所示的结构仅为示意，计算机终端也可以是智能手机(如android手机、ios手机等)、平板电脑、掌声电脑以及移动互联网设备(mobile internet devices，mid)、pad等终端设备。图13其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图13中所示更多或者更少的组件(如网络接口、显示装置等)，或者具有与图13所示不同的配置。
[0176]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，计算机可读存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取器(random access memory，ram)、磁盘或光盘等。
[0177]
实施例4
[0178]
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质。可选地，在本实施例中，上述计算机可读存储介质可以用于保存上述实施例1所提供的谐振腔的调整方法所执行的程序代码。
[0179]
可选地，在本实施例中，上述计算机可读存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中。
[0180]
可选地，在本实施例中，计算机可读存储介质被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：获取共面波导的构造参数；基于构造参数，确定共面波导的等效电感，其中，等效电感为几何电感和动态电感的叠加，等效电感表征共面波导上金属面上的电流密度分布；基于等效电感，确定共面波导构成的谐振腔的谐振频率，其中，谐振频率为以共面波导的构造参数为变量的解析函数；通过调整共面波导的构造参数的取值，将谐振腔的谐振频率调整为目标谐振频率。
[0181]
可选地，在本实施例中，计算机可读存储介质还被设置为存储用于执行上述实施例及可选实施方式的谐振腔的调整方法。
[0182]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0183]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0184]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0185]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0186]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0187]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的计算机可读存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0188]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。