一种端口扩展装置和测控系统的制作方法

本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算机测控领域，特别地，本申请涉及一种端口扩展装置和测控系统。

背景技术：

1、在量子比特体系的物理实现中，超导量子计算是目前进展最快、最好的一种固体量子计算实现方案。

2、超导量子计算体系中，在量子比特周围存在多种不同功能的电路结构。例如，电路结构包括读取谐振腔以及用于量子比特间耦合连接的耦合器。此外，电路结构还包括对量子比特进行xy旋转操作的驱动控制信号线(xy-control line，又称xy控制线或脉冲调控信号线)，以及对量子比特进行z旋转操作的磁通调控信号线(z-control line，又称z控制信号线或频率调控信号线)。

3、当量子计算体系中有多个量子比特时，需要为每个比特配置对应的控制线路、读取线路，使得其数量是庞大的。因此，在超导量子计算机的测控系统中将会有众多的信号链路，并且需要通过相应的线路连接到相应的设备的信号端口。因此，所需信号端口较多时，单个设备难以进行满足端口扩展的需求。

技术实现思路

1、本申请的示例提供了一种端口扩展装置和测控系统。该方案能够实现将既有器件的有限端口的数量扩展，从而能够提供比未扩展前更多的信号端口，以便以可接受的成本或允许在增加该既有器件数量之外有选择地扩展其端口数量。

2、本申请示例的方案，通过如下内容实施。

3、在第一方面，本申请的示例中公开了一种端口扩展装置，其包括：

4、信号输出器件，具有多个上游输出端口，多个上游输出端口包括多个第一输出端口和多个第二输出端口；

5、多个逻辑门器件，每个逻辑门器件包括至少一组端口集合，其中每组端口集合包括第一输入端口、第二输入端口和下游输出端口，且下游输出端口的输出状态、由第一输入端口的输入状态和第二输入端口的输入状态共同确定；

6、第一输出端口与第一输入端口连接，第二输出端口与第二输入端口连接，以使信号输出器件的端口和逻辑门器件的端口对应地匹配连接，从而通过各个逻辑门器件的下游输出端口扩展信号输出器件的上游输出端口。

7、根据本申请的一些示例，信号输出器件包括单片机、fpga、plc或微控制器。

8、根据本申请的一些示例，逻辑门器件是逻辑与门电路器件。

9、根据本申请的一些示例，第一输出端口的数量与逻辑门器件的数量相同，且一一对应匹配。

10、根据本申请的一些示例，当每个逻辑门器件包括两组以上的端口集合时，对应的第一输出端口通过多个第一支路与相应逻辑门器件各组端口集合中的第一输入端口连接。

11、根据本申请的一些示例，第二输出端口的数量与逻辑门器件中端口集合的组数相同。

12、根据本申请的一些示例，每个第二输出端口通过多个分支电路与各逻辑门器件中的第二输入端口连接。

13、根据本申请的一些示例，信号输出器件和多个逻辑门器件集成为一体。

14、在第二方面，本申请的示例公开了一种端口扩展装置，其包括：

15、单片机，具有能够独立且被选择地产生第一状态信号或第二状态信号的至少两个上游输出端口；

16、与门芯片，具有至少三组端口集合，每组端口集合具有下游输出端口、第一端口和第二端口，并且与门芯片的第一端口和第二端口与单片机的上游输出端口信号连通；

17、其中，第一端口和第二端口被配置为接受上游输出端口产生的信号，下游输出端口的输出状态由第一端口和第二端口各自的输入状态共同确定。

18、在第三方面，本申请的示例公开了一种用于量子计算机的测控系统，该测控系统包括前述的端口扩展装置。

19、有益效果

20、在超导量子芯片中，随着量子比特的数目不断地增加，需要大量通过线路配置众多的信号链路，因此也就需要更多的电子元器件。然而通过这样的方式可能会增加成本，特别是该电子元器件的价格较昂贵时。

21、与此相比较，本申请示例中，选择利用逻辑门器件与上述的电子元器件配合使用对此问题进行克服。既有的电子元器件的多个输出信号，通过逻辑门器件对这些输出信号实施门运算，从而获得相应的运算结果。因此，既有的电子元器件的多个输出状态的组合，可以通过门电路获得相应的多个输出信号以及其对应的输出状态，从而实现了端口扩展。

技术特征：

1.一种端口扩展装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的端口扩展装置，其特征在于，所述信号输出器件包括单片机、fpga、plc或微控制器。

3.根据权利要求1或2所述的端口扩展装置，其特征在于，所述逻辑门器件是逻辑与门电路器件。

4.根据权利要求1所述的端口扩展装置，其特征在于，第一输出端口的数量与逻辑门器件的数量相同，且一一对应匹配。

5.根据权利要求4所述的端口扩展装置，其特征在于，当每个逻辑门器件包括两组以上的端口集合时，对应的第一输出端口通过多个第一支路与相应逻辑门器件各组端口集合中的第一输入端口连接。

6.根据权利要求1或4或5所述的端口扩展装置，其特征在于，第二输出端口的数量与逻辑门器件中端口集合的组数相同。

7.根据权利要求6所述的端口扩展装置，其特征在于，每个第二输出端口通过多个分支电路与各逻辑门器件中的第二输入端口连接。

8.根据权利要求1所述的端口扩展装置，其特征在于，信号输出器件和多个逻辑门器件集成为一体。

9.一种端口扩展装置，其特征在于，包括：

10.一种测控系统，用于量子计算机，其特征在于，测控系统包括根据权利要求1至9中任意一项所述的端口扩展装置。

技术总结
本申请公开了一种端口扩展装置和测控系统，属于量子计算机测控领域。端口扩展装置包括：信号输出器件和多个逻辑门器件，且二者通过相应的端口实现连接和通信。其中信号输出器件可以提供多个信号输出端口，并且与逻辑门器件的对应端口连接。逻辑门器件中的端口通过逻辑运算实现相应的状态输出。该端口扩展装置可以使用逻辑门器件，将信号输出器件的端口的数量进行方便地扩展，从而可以取得区别于增加信号输出器件数量的其他优势，例如成本更低的方式扩展端口。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
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：20230815
技术公布日：2024/1/15