量子读取反馈信号链路和量子计算机的制作方法

本技术涉及量子比特信号测控，尤其涉及量子读取反馈信号链路和量子计算机。

背景技术：

1、在相关技术中，量子比特的读取信号携带微弱的量子态信号，读取信号需要从极低温的量子芯片经过量子读取反馈信号链路传输到室温，量子读取反馈信号链路需要对读取信号进行放大并抑制不相关的噪声，以分离出量子态信号。例如，为了实现一路读取信号的传输，从低温到室温的量子读取反馈信号链路可能包括位于10mk温区的4个隔离器和1个量子参量放大器。当需要实现n路读取信号的传输时，所需要的隔离器和量子参量放大器均是成n倍增加，即，位于10mk温区的隔离器和量子参量放大器的数量大大增加，大大增加了量子计算的难度和成本。

2、基于此，本技术提供了量子读取反馈信号链路和量子计算机，以改进相关技术。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供量子读取反馈信号链路和量子计算机，减少了第一制冷层中的器件数量和量子参量放大器带来的能量消耗，节省了量子参量放大器在第一制冷层所占的空间。

2、本技术的目的采用以下技术方案实现：

3、第一方面，本技术提供了一种量子读取反馈信号链路，所述量子读取反馈信号链路包括：

4、至少一个隔离器，一个或多个隔离器用于设置于第一制冷层和/或第二制冷层以接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号；

5、量子参量放大器，所述量子参量放大器用于设置于所述第二制冷层以接收并放大来自所述第一制冷层或者所述第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号；

6、其中，所述第一制冷层的温度低于所述第二制冷层的温度。

7、在一些实施例中，所述第一制冷层的温度不低于10mk且不高于20mk，和/或，所述第二制冷层的温度不低于120mk且不高于200mk。

8、在一些实施例中，所述至少一个隔离器包括第一隔离器至第三隔离器；

9、所述第一隔离器和第二隔离器用于串联设置于所述第一制冷层，所述第一隔离器用于接收来自所述量子芯片的未放大的读取信号，所述第二隔离器用于接收来自所述第一隔离器的未放大的读取信号；

10、所述第三隔离器用于设置于所述第二制冷层以接收来自所述第二隔离器的未放大的读取信号；

11、所述量子参量放大器用于接收并放大来自所述第三隔离器的未放大的读取信号。

12、在一些实施例中，所述至少一个隔离器还包括第四隔离器，所述量子读取反馈信号链路还包括低噪声放大器；

13、所述第四隔离器用于设置于第三制冷层以接收来自所述第三隔离器的未放大的读取信号；

14、所述低噪声放大器用于设置于第四制冷层以接收并放大来自所述量子参量放大器的放大后的读取信号或者接收并放大来自所述第四隔离器的未放大的读取信号。

15、在一些实施例中，所述未放大的读取信号为一个读取总线的读取信号，每个读取总线耦合一个或多个量子比特，每路读取信号的频率由相应一个或多个量子比特的读取谐振腔决定；

16、其中，所述量子参量放大器的目标工作参数根据谐振中心频率的点频增益确定，所述目标工作参数包括目标标准泵浦频率、目标泵浦功率和目标偏置电压中的一种或多种，所述谐振中心频率为谐振腔频段的中心频率，所述谐振腔频段包括耦合至所述读取总线的一个或多个量子比特的读取谐振腔的谐振频率。

17、在一些实施例中，所述谐振中心频率的点频增益的确定过程包括：

18、多次从标准泵浦频率的可选输出频段中选取一个频率fx，以分别获取每个频率fx对应的第二点频增益；

19、将所有第二点频增益中的最大值作为所述谐振中心频率的点频增益；

20、其中，获取频率fx对应的第二点频增益的过程包括：

21、在所述量子参量放大器的作用下，设定标准泵浦频率为fx且使泵浦功率和偏置电压变化，以测量所述谐振中心频率的多个第一输出增益，并将多个第一输出增益中的最大值作为第一点频增益；

22、在所述第一点频增益满足第一预设增益条件的情况下，将所述第一点频增益对应的泵浦功率和偏置电压分别作为第一泵浦功率和第一偏置电压；

23、在所述量子参量放大器的作用下，使标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压分别在各自对应的设定范围内变化，以测量所述谐振中心频率的多个第二输出增益，并将多个第二输出增益中的最大值作为第二点频增益；其中，标准泵浦频率对应的设定范围以频率fx为中心，泵浦功率对应的设定范围以第一泵浦功率为中心，偏置电压对应的设定范围以第一偏置电压为中心。

24、在一些实施例中，所述标准泵浦频率的可选输出频段满足以下任意一种条件：

25、所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；

26、所述可选输出频段和所述谐振腔频段存在重叠部分，且在多个谐振频率、标准泵浦频率和多个镜像频率组成的频率组合中，任意两个频率之间的间隔大于或等于预设频率间隔，所述标准泵浦频率为所述可选输出频段中的任意频率，所述多个镜像频率包括每个谐振频率相对于所述标准泵浦频率的镜像频率。

27、在一些实施例中，所述预设频率间隔为20mhz。

28、在一些实施例中，所述可选输出频段和所述谐振腔频段不存在重叠部分；

29、所述谐振腔频段为[f0-a/2,f0+a/2]，f0为谐振中心频率；

30、所述标准泵浦频率的可选输出频段为[b,f0-a/2-c]∪[f0+a/2+c,d]；

31、其中，d>b>0，a>0，c>0，c为谐振腔频段的设计端值与实际端值的端值偏移量，b和d为预设测量范围的端值。

32、在一些实施例中，在所述量子参量放大器的作用下，在设定标准泵浦频率、泵浦功率和偏置电压后，测量任意频率fy的输出增益的过程包括：

33、设置所述量子参量放大器对应的偏移量δ处于[fg-fp-m,fg-fp+m]区间，且使增益频段覆盖所述谐振腔频段，其中fg为目标频率，fp为标准泵浦频率，m>0，所述目标频率fg的取值范围为[f0-a/2-c,f0+a/2+c]；

34、将未放大的读取信号和泵浦信号输入所述量子参量放大器，以测量所述量子参量放大器的输出信号的功率；其中，读取信号的频率为fy，泵浦信号对应的标准泵浦频率为fp；

35、根据所述未放大的读取信号的功率和所述输出信号的功率，计算得到频率fy的输出增益。

36、在一些实施例中，使所述量子参量放大器在所述目标工作参数下工作，以测量[f0-a/2-c,f0+a/2+c]频段的带频增益和所述量子参量放大器的增益频段。

37、第二方面，本技术提供了一种量子计算机，包括量子芯片和一个或多个上述任一项量子读取反馈信号链路，所述量子芯片上设置有一个或多个读取总线，每个读取总线的输出端连接至一个所述量子读取反馈信号链路。

38、本技术提供的量子读取反馈信号链路和量子计算机，在该量子读取反馈信号链路中，将一个或多个隔离器设置在第一制冷层和/或第二制冷层，用于接收来自量子芯片的一路未放大的读取信号。将量子参量放大器设置在第二制冷层，用于接收并放大来自第一制冷层或第二制冷层的隔离器的未放大的读取信号。量子参量放大器可以在温度较高的环境下工作，与将量子参量放大器设置于第一制冷层的相关技术相比，该量子读取反馈信号链路减少了第一制冷层中的器件数量和量子参量放大器带来的能量消耗，节省了量子参量放大器在第一制冷层所占的空间，使得第一制冷层允许传输更多路读取信号，有助于实现更多量子比特的量子芯片。