超导量子比特耦合单元及超导量子芯片的制作方法

本公开涉及量子芯片，尤其涉及量子计算机、超导量子芯片、超导量子芯片版图设计等。

背景技术：

1、在超导量子芯片的设计中，想要实现双比特量子门，则需要将两个量子比特耦合起来。为了提升超导量子芯片的性能，相关技术在两个量子比特之间置入一个可调频耦合器。通过调节耦合器频率，可以实现两个量子比特之间等效耦合强度的打开和关闭。这种耦合架构的基本单元为“量子比特-耦合器-量子比特(qubit-coupler-qubit，qcq)结构”，简称qcq结构。

2、随着量子芯片的发展，对于量子芯片上集成的量子比特数目需求越来越强烈。

技术实现思路

1、本公开提供了一种超导量子比特耦合单元及超导量子芯片。

2、根据本公开的一方面，提供了一种超导量子比特耦合单元，包括：

3、第一量子比特、第二量子比特以及第三量子比特；所述第一量子比特、所述第二量子比特以及所述第三量子比特分别包括对称设置的两个l型极板；所述两个l型极板背对背设置，且每个l型极板的两个金属臂朝向不同方向；

4、所述第一量子比特和所述第二量子比特之间设置有第一耦合器，以构建所述超导量子比特耦合单元的第一量子比特-耦合器-量子比特qcq结构的电容极板；

5、所述第二量子比特和所述第三量子比特之间设置有第二耦合器，以构建所述超导量子比特耦合单元的第二qcq结构；所述第一耦合器的长度大于所述第二耦合器的长度；

6、所述第一qcq结构垂直于所述第二qcq结构。

7、根据本公开的另一方面，提供了一种量子芯片，包括前述的量子比特耦合单元。

8、本公开实施例，针对对此设置的l型极板构建的量子比特，提出一种由第一长距离耦合器和第二长距离耦合器两种不同的qcq结构混合组成的超导量子比特混合耦合单元版图构型的设计方案，同时解决了布线拥挤和样品盒基频问题，为有效解决量子比特规模化的难题提供了新的思路。

9、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种超导量子比特耦合单元，包括：

2.根据权利要求1所述的单元，所述第一耦合器包括第一棍状极板以及t型极板；

3.根据权利要求1或2所述的单元，所述第二耦合器包括第二棍状极板以及块状极板；

4.根据权利要求2所述的单元，其中，所述第一棍状极板包括第一中心臂，以及设置在所述第一中心臂两端的第一凹型端口；所述第一棍状极板的第一凹型端口的空腔内容纳量子比特的l型极板的部分金属臂，且所述第一凹型端口与所述l型极板的金属臂之间具有间隙。

5.根据权利要求4所述的单元，所述第一棍状极板的第一中心臂的长度在第一取值范围内，所述第一取值范围为：以1400um为中心正负偏离第一预设值的取值范围；

6.根据权利要求2、4、5中任一项所述的单元，其中，所述t型极板的第二金属臂的长度在第八取值范围内，所述第八取值范围为：以125um为中心正负偏离第八预设值的取值范围；

7.根据权利要求2、4-6中任一项所述的单元，其中，所述t型极板的第一金属臂的长度在第十一取值范围内，所述第十一取值范围为：以1820um为中心正负偏离第十一预设值的取值范围；

8.根据权利要求2-7中任一项所述单元，所述第一棍状极板和所述t型极板之间的间距在第十四取值范围内，所述第十四取值范围为：以20um为中心正负偏离第十四预设值的取值范围。

9.根据权利要求3所述的单元，所述第二耦合器的第二棍状极板包括第二中心臂，以及设置在所述第二中心臂两端的第二凹型端口，且所述第二凹型端口的空腔内容纳量子比特的l型极板的部分金属臂，且所述第二凹型端口与所述l型极板的金属臂之间具有间隙。

10.根据权利要求9所述的单元，其中，所述第二棍状极板的第二中心臂的长度在第十五取值范围内，所述第十五取值范围为：以140um为中心正负偏离第十五预设值的取值范围；

11.根据权利要求3所述的单元，其中，所述块状极板的条状金属臂的臂长在第二十二取值范围内，所述第二十二取值范围为：以110um为中心正负偏离第二十二预设值的取值范围；

12.根据权利要求3所述的单元，其中，所述块状极板的矩形金属臂的臂长在第二十五取值范围内，所述第二十五取值范围为：以500um为中心正负偏离第二十五预设值的取值范围；

13.根据权利要求3所述的单元，其中，所述条状金属臂与所述第二棍状极板之间的间距在第二十八取值范围内，所述第二十八取值范围为：以20um为中心正负偏离第二十八预设值的取值范围。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的单元，所述第一量子比特、第二量子以及所述第三量子比特中任一量子比特的两块l型极板的对称设置的两个金属臂的最远端之间的长度在第二十九取值范围内，所述第二十九取值范围为：以800um为中心正负偏离第二十九预设值的取值范围；

15.根据权利要求1-14中任一项所述的单元，所述第一qcq结构中所述第一量子比特和所述第二量子比特之间的间距在第三十三取值范围内，所述第三十三取值范围为：以2300um为中心正负偏离第三十三预设值的取值范围。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的单元，所述第二qcq结构中所述第一量子比特和所述第三量子比特之间的间距在第三十四取值范围内，所述第三十四取值范围为：以1000um为中心正负偏离第三十四预设值的取值范围。

17.根据权利要求2、4-8中任一项所述的单元，所述第一qcq结构中的第一耦合器的超导量子干涉仪连接在所述t型极板和所述第一棍状极板之间；

18.根据权利要求3、9-13中任一项所述的单元，所述第二qcq结构中的第二耦合器的超导量子干涉仪连接在所述块状极板和所述第二棍状极板之间；

19.根据权利要求1-18中任一项所述的单元，其中，量子比特、第一耦合器，以及第二耦合器均为浮动floating构型。

20.一种超导量子芯片，所述超导量子芯片包括权利要求1-18中任一项所述的超导量子比特耦合单元。

21.根据权利要求20所述的芯片，所述超导量子比特芯片为矩形芯片，在所述矩形芯片内所述第一qcq结构设置在所述矩形芯片的长边方向，所述第二qcq结构设置在所述矩形芯片的短边方向。

技术总结
本公开提供一种超导量子比特耦合单元及超导量子芯片，涉及量子芯片技术领域，尤其涉及量子计算机、超导量子芯片、超导量子芯片版图设计等技术领域。具体实现方案为：第一量子比特、第二量子比特以及第三量子比特；第一量子比特、第二量子比特以及第三量子比特分别包括对称设置的两个L型极板；两个L型极板背对背设置，且每个L型极板的两个金属臂朝向不同方向；第一量子比特和第二量子比特之间设置有第一耦合器，以构建超导量子比特耦合单元的第一量子比特‑耦合器‑量子比特QCQ结构的电容极板；第二量子比特和第三量子比特之间设置有第二耦合器，以构建超导量子比特耦合单元的第二QCQ结构；第一耦合器的长度大于第二耦合器的长度；第一QCQ结构垂直于第二QCQ结构。本公开实施例提出的超导量子比特混合耦合单元，同时解决了布线拥挤和样品盒基频问题，为量子比特规模化提供了思路。

技术研发人员：李飞宇,袁伟平,晋力京
受保护的技术使用者：北京百度网讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1