用于稀释制冷机内的集成装置及量子计算机的制作方法

1.本技术属于量子领域，尤其是量子计算技术领域，特别是一种用于稀释制冷机内的集成装置及量子计算机。


背景技术：

2.量子计算是一种遵循量子力学规律调控基本信息单元进行计算的新型计算模式。经典计算的基本信息单元是经典比特，量子计算的基本信息单元是量子比特，经典比特只能处于一种状态，即0或1，而基于量子力学态叠加原理，量子比特的状态可以处于多种可能性的叠加状态，因而量子计算的计算效率远远超过经典计算的计算效率。
3.在超导体系的量子计算机中，量子处理器需要工作在极低温环境，例如10mk左右。为了操控和测量最底层的量子比特，需要有携带量子测控信号的线缆穿过稀释制冷机最底层的制冷盘通入混合室(mixedchamber，mxc)；同时，在线缆上需要施加各类相应的电子器件对量子测控信号进行处理优化，如衰减器、滤波器、放大器、合成器等。
4.用于操控和测量量子比特的量子测控线路包括直流驱动信号线路、脉冲驱动信号线路、微波驱动信号线路等。随着量子处理器上量子比特数的扩展，量子测控线路需要相应的增多，所施加电子器件的数量也随之增多，特别是最底层的制冷盘处，所需电子器件的数量及种类更多，量子测控线路需要穿过制冷盘与电子器件的一端连接，然后电子器件的另一端通过线缆连接量子处理器的信号端口。现有技术中，混合室的线缆连接杂乱无章，连线难度大且容易连线错误。
5.因此，如何提高稀释制冷机内混合室的线缆连接效率成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种用于稀释制冷机内的集成装置及量子计算机，以解决现有技术中的不足，能够提高稀释制冷机内混合室的线缆连接效率。
7.本技术技术方案具体如下：
8.本技术一方面提供一种用于稀释制冷机内的集成装置，包括支撑件、以及与所述支撑件固定连接的转接板、若干个第一固定件、以及第二固定件；
9.所述转接板包括位于中心的设置有第一信号转接器的第一集成区域、以及设置有第二信号转接器的若干个第二集成区域，若干个所述第二集成区域环绕所述第一集成区域设置，其中，所述第一信号转接器用于转接对量子态进行操控的第一微波信号线路，所述第二信号转接器用于转接直流信号线路和脉冲信号线路；
10.所述第一固定件位于所述第二集成区域下方，用于固定对所述直流信号线路和所述脉冲信号线路进行处理的信号合成器；
11.所述第二固定件位于所述第一集成区域下方，用于固定量子处理器。
12.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，若干个所述第二集成区域在
所述转接板上对称设置。
13.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述第一集成区域的第一信号转接器和所述第二集成区域的第二信号转接器均阵列设置。
14.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述第二集成区域包括相邻设置的若干子区域，相邻子区域的第二信号转接器分别用于连接所述直流信号线路和所述脉冲信号线路。
15.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述信号合成器的信号输入端口分别与相邻子区域内的第二信号转接器对应。
16.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，各所述第一固定件层叠设置，且所述第一固定件固定的信号合成器与所述第二信号转接器的位置对应。
17.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，层叠设置的所述第一固定件的尺寸等比例增加或缩小。
18.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述第二集成区域上远离所述第一集成区域的一侧还设置有用于连接第二微波信号线路的第三信号转接器。
19.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，还包括与所述支撑件平行设置且与所述转接板固定连接的若干个第三固定件，所述第三固定件用于固定与所述第三信号转接器电连接的电子器件。
20.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述第三固定件环绕所述转接板对称设置。
21.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述支撑件上开设有第一通孔，所述第一通孔用于所述直流信号线路或所述脉冲信号线路或所述第一微波信号线路穿过。
22.如上所述的用于稀释制冷机内的集成装置，优选的，所述支撑件上开设有第二通孔，所述第二通孔用于连接所述第二信号转接器和所述信号合成器的线缆穿过。
23.本技术另一方面提供一种量子计算机，包括稀释制冷机、位于所述稀释制冷机内的如上任一项所述的集成装置、以及量子处理器。
24.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
25.本技术的集成装置，包括支撑件、以及与所述支撑件固定连接的转接板、若干个第一固定件、以及第二固定件；转接板、第一固定件和第二固定件由上到下层叠设置，转接板的中心位置设置有包含第一信号转接器的第一集成区域，第一信号转接器用于转接对量子态进行操控的第一微波信号线路，第一微波信号线路穿过第一集成区域通过线缆连接到下方位于第二固定件上的量子处理器的信号端口，线缆类型、长度和形状均相同，易于连接和安装；此外，转接板上环绕第一集成区域周围设置有包含第二信号转接器的若干个第二集成区域，第二信号转接器用于转接直流信号线路和脉冲信号线路，在第二集成区域下方的第一固定件上固定对直流信号线路和脉冲信号线路进行处理的信号合成器，连接信号合成器的信号端口和第二信号转接器的线缆类型、长度和形状均相同，且信号合成器的信号输出端统一连接量子处理器，线缆连接和安装难度低；进而大大提高了稀释制冷机内混合室的线缆连接效率。
附图说明
26.图1为本技术实施例提供的一种稀释制冷机内的集成装置的结构示意图；
27.图2为本技术实施例提供的一种转接板的集成区域划分示意图；
28.图3为本技术实施例提供的一种第二集成区域的划分示意图；
29.图4为本技术实施例提供的一种第二集成区域中a区域的划分示意图；
30.图5为本技术实施例提供的一种第二集成区域中b区域的划分示意图；
31.图6为本技术实施例提供的一种第一固定件的层叠结构示意图；
32.图7为本技术实施例提供的一种第三信号转接器的区域划分示意图；
33.图8为本技术实施例提供的一种第三固定件的结构示意图；
34.图9为本技术实施例提供的一种支撑件的通孔示意图。
35.附图标记说明：
36.1－支撑件，2－转接板，3－第一固定件，4－信号合成器，5－第二固定件，6－制冷盘，7－第三固定件，8－电子器件，
37.11－第一通孔，12－第二通孔，21－第一集成区域，22－第二集成区域，23－子区域，
38.211－第一信号转接器，221－第二信号转接器，222－第三信号转接器。
具体实施方式
39.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“发明内容”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。
40.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。
41.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。
42.结合图1和图2所示，本技术实施例中用于稀释制冷机内的集成装置，具体包括支撑件1、以及与所述支撑件1固定连接的转接板2、若干个第一固定件3、以及第二固定件5；所述转接板2包括位于中心的设置有第一信号转接器211的第一集成区域21、以及设置有第二信号转接器221的若干个第二集成区域，若干个第二集成区域22环绕所述第一集成区域21设置，其中，所述第一信号转接器211用于转接对量子态进行操控的第一微波信号线路，所述第二信号转接器221用于转接直流信号线路和脉冲信号线路；所述第一固定件3位于所述
第二集成区域22下方，用于固定对所述直流信号线路和所述脉冲信号线路进行处理的信号合成器4；所述第二固定件5位于所述第一集成区域21下方，用于固定量子处理器。
43.目前常用的制冷设备是稀释制冷机，采用分级制冷技术，在极低温区利用氦元素的相变吸热进行进一步的制冷，得到极低温区，例如10mk，极低温环境可以有效降低热噪声对量子处理器的影响。本技术实施例的集成装置设置与极低温区，稀释制冷机的极低温区内设置有制冷盘6，支撑件1与制冷盘6垂直设置且固定连接，支撑件1用于固定转接板2、若干个第一固定件3、以及第二固定件5的同时，还用于将制冷盘6的冷量传递到转接板2、若干个第一固定件3、以及第二固定件5进行散热。
44.如图1所示，制冷盘6上开设有多个用于供量子测控线路穿过的进线孔，量子测控线路通过进线孔连接到转接板2上的第一集成区域21内的第一信号转接器211和若干个第二集成区域22内的第二信号转接器221，其中，对量子态进行操控的第一微波信号线路连接第一信号转接器211，对工作频率进行调节的直流信号线路和脉冲信号线路连接第二信号转接器221。通过在转接板2上设置若干个第二集成区域22，满足直流信号线路和脉冲信号线路的数量需求，并且设置第一集成区域21和第二集成区域22能够将不同种类的量子测控线路分隔开来，避免量子测控线路出现混乱。
45.具体的，对于第一集成区域21而言，第一微波信号线路连接第一集成区域21内的第一信号转接器211，并通过线缆将第一信号转接器211连接到下方位于第二固定件5上的量子处理器的信号端口，线缆类型、长度和形状均相同，易于连接和安装。对于第二集成区域22而言，在第二信号转接器的下方设置若干个第一固定件3，用于安装对直流信号线路和脉冲信号线路进行合成的信号合成器4。通过将信号合成器4的信号端口与第二集成区域22内的第二信号转接器221的位置一一对应，确保连接信号合成器4的信号端口和第二信号转接器221的线缆类型、长度和形状均相同，且信号合成器4的另一端统一连接量子处理器，使得线缆连接和安装难度低，大大提高了稀释制冷机内混合室的线缆连接效率。
46.其中，图2中的第一集成区域21和第二集成区域22仅为示意的范围区域，量子处理器的位数不同，需要的第一微波信号线路数量也会不同，对应的，转接板2上设置有第一信号转接器211的第一集成区域21的范围也会不同，第二集成区域22也是同理。本实施例中，根据量子测控线路的类型以及具体数量对转接板2上的集成区域进行划分，并在集成区域内设置对应的第一信号转接器211和第二信号转接器221，满足相应位数的量子处理器的需求。
47.如图2所示，作为本技术实施例的一种实施方式，若干个所述第二集成区域22在所述转接板2上对称设置。量子处理器位于第一集成区域21下方的第二固定件5上，将若干个第二集成区域22环绕第一集成区域21设置，确保第二集成区域22连接的直流信号线路和脉冲信号线路围绕量子处理器设置，易于线缆的连接，而且通过对称设置确保转接板2上连接好量子测控线路之后承重量均匀分布，提高转接板2的稳定性。
48.结合图1和图2所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述第一集成区域21的第一信号转接器211和所述第二集成区域22的第二信号转接器221均阵列设置在所述转接板2上。具体的，在转接板2上第一集成区域和第二集成区域均阵列开设若干个通孔，并在第一集成区域内的通孔上安装贯穿转接板2的第一信号转接器211，在第二集成区域内的通孔上安装贯穿转接板2的第二信号转接器221。其中，第一信号转接器211和第二信号转接器
221的两端均设置有sma型连接器，位于转接板2的上面板一端的sma连接器，连接第一微波信号线路或直流信号线路或脉冲信号线路，穿过转接板2的另一端的sma连接器，连接量子处理器或者信号合成器4。
49.需要补充的是，第一信号转接器211和第二信号转接器221另一端的sma连接器，也可以先连接衰减器或者滤波器，进而在通过线缆连接量子处理器或信号合成器4。具体情况需要根据量子测控线路中传输的驱动信号选择。
50.如图3所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述第二集成区域22包括相邻设置的若干子区域221，相邻子区域221的第二信号转接器221分别用于连接所述直流信号线路和所述脉冲信号线路。
51.第二集成区域22用于连接直流信号线路和脉冲信号线路，将第二集成区域22划分若干相邻的子区域221，每一个子区域221用于连接一种类型的量子测控线路，如直流信号线路或脉冲信号线路；而且相邻的子区域221用于连接不同类型的量子测控线路。
52.示例的，图4为图3中转接板2的a位置的一个第二集成区域22划分为3个子区域221的示意图，沿着转接板2的中心位置由内向外划分为多个子区域221，每个子区域221内都阵列设置若干个第二信号转接器221。其中，相邻子区域221连接不同类型的量子测控线路。以图5所述的子区域221为例，最内侧的子区域221中的第二信号转接器221连接直流信号线路，中间子区域221中的第二信号转接器221连接脉冲信号线路，最外侧的子区域221中的第二信号转接器221连接直流信号线路。
53.示例的，图5为图3中转接板2的b位置的一个第二集成区域22划分为2个子区域221的示意图，内侧的子区域221中的第二信号转接器221连接直流信号线路，最外侧的子区域221中的第二信号转接器221连接直流信号线路。通过设置相邻子区域221，并将子区域中的第二信号转接器221分别连接不同类型的直流信号线路和脉冲信号线路，确保子区域221下方的信号合成器4的信号端口通过线缆连接直流信号线路和脉冲信号线路，避免线缆因为信号合成器4的信号端口位置而绕制，使得集成装置内的线缆连接方式简洁，易于连线。
54.结合图1和图6所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述信号合成器4的信号输入端口分别与相邻子区域221内的第二信号转接器221的对应。信号合成器4具有多个信号输入端口，各信号输入端口分别连接上方对应位置的子区域221内的第二信号转接器221，信号输入端口与第二信号转接器221的位置是对应的，通过电缆连接即可，线缆的形状简单、无须绕线，安装和连接效率高。
55.如图6所示，作为本技术实施例的一种实施方式，各所述第一固定件3层叠设置，且所述第一固定件3固定的信号合成器4与所述第二信号转接器221的位置对应。转接板2下方设置若干个第一固定件3用于固定信号合成器4，若干个第一固定件3与所述支撑件1垂直设置且固定连接，其中，若干个第一固定件3垂直方向上层叠设置，通过设置多层第一固定件3，可以固定的信号合成器4数量更多，满足更多的量子测控线路的集成需求。
56.此外，层叠设置的若干个第一固定件3上固定的信号合成器4通过线缆连接上方第二集成区域22内的第二信号转接器221，通过第一固定件3固定的信号合成器4与第二信号转接器221的阵列位置对应，确保信号合成器4安装在第一固定件3上后，信号合成器4与第二信号转接器221在垂直方向上的位置是对应的，线缆的两端分别连接上下对应的信号合成器4和第二信号转接器221即可，避免多次绕制，提高了线缆的简洁度并提高了线缆连接
效率。
57.如图6所示，作为本技术实施例的一种实施方式，层叠设置的所述第一固定件3的尺寸等比例增加或缩小。将若干个第一固定件3层叠设置，并且将若干个第一固定件3的尺寸等比例改变，确保第一固定件3固定信号合成器4后，多层信号合成器4的信号端口是相互错开的，且与第二集成区域22内的第二信号连接器221的位置对应，线缆可以直接连接信号合成器4的信号端口与第二信号连接器221，提高线缆连接效率。
58.作为本技术实施例的一种实施方式，第一固定件3的形状包括c字形或u字形。c字形或u字形的结构能够更加便于信号合成器4的安装以及信号合成器4与线缆的连接，同时，也能对第一固定件3的空间进行充分的利用，可以根据实际需要，在支撑件1上设置多个第一固定件3。此外，第一固定件3的形状也可以包括其他形状，如l型。
59.此外，第一固定件3上开设有多个用于安装信号合成器4的安装孔，通过螺钉或者螺栓固定的方式将信号合成器4安装于第一固定件3的外侧面，使得信号合成器4的信号端口朝向外侧，便于线缆的连接。
60.如图7所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述第二集成区域22上远离所述第一集成区域21的一侧还设置有用于连接第二微波信号线路的第三信号转接器222。量子处理器上集成的量子位的量子态信息需要通过微波信号进行测量，具体的，在转接板2上设置用于连接第二微波信号线路的第三信号转接器222，通过第三信号转接器222将第二微波信号传输至量子处理器上的测量总线，通过测量总线对多个量子位进行测量，因此需要施加的第二微波信号的数量较少，在第二集成区域22上远离所述第一集成区域21的一侧设置若干行或若干列第三信号转接器222连接第二微波信号线路，实现对量子位的测量。
61.如图8所示，作为本技术实施例的一种实施方式，还包括与所述支撑件平行设置且与所述转接板固定连接的若干个第三固定件7，所述第三固定件用于固定与所述第三信号转接器222电连接的电子器件8。其中，所述第三固定件7环绕所述转接板2对称设置。具体的，第三固定件7沿转接板2的外边远离所述第三信号转接器222的一侧对称设置。通过第二微波信号线路对量子处理器进行测量时，线路中还需要设置多种对测量信号进行处理的电子器件8，如环形器、放大器等。
62.如图9所示，作为本技术实施例的一种实施方式，所述支撑件1上开设有第一通孔11，所述第一通孔11用于所述直流信号线路或所述脉冲信号线路或所述第一微波信号线路穿过。所述支撑件1上开设有第二通孔12，所述第二通孔12用于连接所述第二信号转接器221和所述信号合成器4的线缆穿过。具体的，第一通孔11开设于支撑板1上制冷盘6和转接板2之间的位置，第二通孔12开设于支撑板1上转接板2和第一固定件3之间的位置。
63.基于同一申请构思，本技术实施例还提供一种量子计算机，包括稀释制冷机、位于所述稀释制冷机内的如上所述的集成装置、以及量子处理器。
64.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。