量子位测量装置、量子测量系统、以及量子计算机的制作方法

本申请属于量子领域，特别是一种量子位测量装置、量子测量系统、以及量子计算机。

背景技术：

1、量子处理器是量子计算的计算执行单元，由量子位组成，为保证量子位的运行和运行结果的数据，需要给量子位提供多种驱动信号并对量子位的运行结果进行测量。在量子领域，尤其是超导量子计算领域，通常采用间接测量的方法对量子位进行测量。具体的，采用谐振腔耦合连接量子位，谐振腔和量子位之间相互作用；通过测量谐振腔的状态变化获得量子位的状态变化。在对谐振腔进行测试时，通常采用反射模式，即施加测量信号至谐振腔，采集谐振腔反射的信号并进行处理获得量子位的状态信息。

2、现有技术中，通常采用多种商用仪器搭建量子测控系统，如采用任意波形发生器、微波源等仪器作为信号源模块输出测量信号，并通过信号分析仪等仪器进行信号采集和处理。量子位的退相干时间较短，对量子位的测量需要在退相干时间内完成，而且施加测量信号和采集反射信号需要同步进行，以确保处理后获得的量子位的量子态信息的精确性。

3、现有技术中搭建的量子测控系统由于其采用的均为商用仪器，仪器之间的时钟同步精度难以得到保证，而且随着量子技术的发展，量子处理器上集成的量子位的数量越来越多，对应的量子测控系统中需要的信号源模块和信号采集模块的数量也越来越多，使得多个信号源模块和信号采集模块之间的时钟更难以精确同步，导致测量结果误差很大。

4、因此，如何提高量子测控系统内信号源模块和信号采集模块的时钟同步成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种量子位测量装置、量子测量系统、以及量子计算机，本申请提高了对量子位运算结果的测量精度。

2、本申请技术方案具体如下：

3、本申请的一方面提供了一种量子位测量装置，包括：

4、多个第一时钟模块，每个所述第一时钟模块其被配置为依据接收的时钟源信号和秒脉冲信号分发多个相互同步的工作时钟信号；其中，所述秒脉冲信号用于对多个所述工作时钟信号进行对准；

5、信号输出模块，其被配置为接收任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号输出多路用于测量量子处理器上量子位的量子态信息的测量信号；

6、信号采集模块，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号处理与所述测量信号对应的反射信号；其中，所述反射信号为所述量子位执行运算后携带运算结果的信号；

7、其中，所述信号输出模块与所述信号采集模块通信连接。

8、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括板卡主体，多个所述第一时钟模块、所述信号输出模块和所述信号采集模块均集成于所述板卡主体上。

9、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述信号输出模块包括：

10、第一控制单元，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号转发所述任务数据和触发信号；

11、多个信号输出单元，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号输出多路用于测量量子处理器上量子位的量子态信息的测量信号。

12、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述第一控制单元包括fpga或mcu或mpu或dsp。

13、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述信号输出单元包括dac。

14、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括第二时钟模块，其被配置为输出用于配置所述第一控制单元的时钟信号。

15、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述信号采集模块包括：

16、第二控制单元，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据工作时钟信号转发所述任务数据和触发信号；

17、多个信号采集单元，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号处理与所述测量信号对应的反射信号。

18、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述第二控制单元包括fpga或mcu或mpu或dsp。

19、如上所述的量子位测量装置，优选的，所述信号采集单元包括adc。

20、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括第三时钟模块，其被配置为输出用于配置所述第二控制单元的时钟信号。

21、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括多个存储器，各所述存储器与所述信号输出模块或所述信号采集模块通信连接，用于存储所述任务数据。

22、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括第四时钟模块，其被配置为输出用于所述存储器工作的时钟信号。

23、如上所述的量子位测量装置，优选的，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述第一时钟模块、所述信号输出模块、以及所述信号采集模块提供电源信号。

24、本申请再一方面提供一种量子测量系统，包括背板、以及多个上述任一项所述的量子位测量装置，多个所述量子位测量装置集成于所述背板上。

25、本申请再一方面提供一种量子计算机系统，包括上述的量子测量系统和量子处理器，所述量子测量系统被配置为对所述量子处理器的运算结果进行测量。

26、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

27、本申请提供一种量子位测量装置，包括：多个第一时钟模块，每个所述第一时钟模块其被配置为依据接收的时钟源信号和秒脉冲信号分发多个相互同步的工作时钟信号，其中，所述秒脉冲信号用于对多个所述工作时钟信号进行对准；信号输出模块，其被配置为接收任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号输出多路用于测量量子处理器上量子位的量子态信息的测量信号；信号采集模块，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号处理与所述测量信号对应的反射信号；其中，所述反射信号为所述量子位执行运算后携带运算结果的信号，而且所述信号输出模块与所述信号采集模块通信连接。本申请通过第一时钟模块接收时钟源信号并分成多个工作时钟信号确保多个工作时钟信号是同源的，并采用秒脉冲信号对多个工作时钟信号进行对准，确保分发至信号输出模块和信号采集模块的工作时钟信号的同步精度非常高，并且所述信号输出模块与所述信号采集模块之间通信连接，确保输出测量信号和处理反射信号的时钟和触发的同步精度，提升对量子处理器的测量精度。

技术特征：

1.一种量子位测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括板卡主体，多个所述第一时钟模块、所述信号输出模块和所述信号采集模块均集成于所述板卡主体上。

3.根据权利要求1所述的量子位测量装置，其特征在于，所述信号输出模块包括：

4.根据权利要求3所述的量子位测量装置，其特征在于，所述第一控制单元包括fpga或mcu或mpu或dsp。

5.根据权利要求3所述的量子位测量装置，其特征在于，所述信号输出单元包括dac。

6.根据权利要求3所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括第二时钟模块，其被配置为输出用于配置所述第一控制单元的时钟信号。

7.根据权利要求1所述的量子位测量装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：

8.根据权利要求7所述的量子位测量装置，其特征在于，所述第二控制单元包括fpga或mcu或mpu或dsp。

9.根据权利要求7所述的量子位测量装置，其特征在于，所述信号采集单元包括adc。

10.根据权利要求7所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括第三时钟模块，其被配置为输出用于配置所述第二控制单元的时钟信号。

11.根据权利要求1所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括多个存储器，各所述存储器与所述信号输出模块或所述信号采集模块通信连接，用于存储所述任务数据。

12.根据权利要求11所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括第四时钟模块，其被配置为输出用于所述存储器工作的时钟信号。

13.根据权利要求1所述的量子位测量装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述第一时钟模块、所述信号输出模块、以及所述信号采集模块提供电源信号。

14.一种量子测量系统，其特征在于，包括背板、以及多个如权利要求1－13任一项所述的量子位测量装置，多个所述量子位测量装置集成于所述背板上。

15.一种量子计算机系统，其特征在于，包括权利要求14所述的量子测量系统和量子处理器，所述量子测量系统被配置为对所述量子处理器的运算结果进行测量。

技术总结
量子位测量装置、量子测量系统、以及量子计算。本申请公开了一种量子位测量装置，包括：多个第一时钟模块，每个所述第一时钟模块其被配置为依据接收的时钟源信号和秒脉冲信号分发多个相互同步的工作时钟信号；其中，所述秒脉冲信号用于对多个所述工作时钟信号进行对准；信号输出模块，其被配置为接收任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号输出多路用于测量量子处理器上量子位的量子态信息的测量信号；信号采集模块，其被配置为接收所述任务数据和触发信号并依据所述工作时钟信号处理与所述测量信号对应的反射信号；其中，所述反射信号为所述量子位执行运算后携带运算结果的信号；其中，所述信号输出模块与所述信号采集模块通信连接。本申请提高了对量子位运算结果的测量精度。

技术研发人员：范良晨,李雪白
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15