一种超导型量子计算装置的制作方法

本发明涉及量子计算，特别涉及一种超导型量子计算装置。

背景技术：

1、随着传统芯片上的元件的尺寸不断缩小，芯片的性能不断提高。但芯片上的元件如晶体管存在最小尺寸极限，当元件的尺寸达到纳米级别时，量子隧道效应的存在会显著降低计算机的计算结果。因此，计算速度和计算过量指数提升的量子芯片成为日后研究的主攻方向。

2、量子芯片基于量子纠缠实现其优异的性能。现有的量子芯片类型主要有三种，分别为超导、半导体和离子阱量子芯片。其中，超导量子芯片需要在超低温环境下工作，温度越低，量子芯片的性能越优异，越稳定。但是，目前缺乏能够为超导量子芯片提供毫开温度的装置。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种超导型量子计算装置，能够为超导量子芯片提供超低温的计算环境。

2、本发明实施例提供一种超导型量子计算装置，包括超导量子芯片、第一壳体、低温流体管道和气体收集装置；

3、所述低温流体管道包括管道部和散热部，所述管道部穿入所述第一壳体，所述散热部位于所述第一壳体中并与所述超导量子芯片贴合，所述散热部设置有散热孔，低温流体通过所述管道部流入所述散热部；

4、所述气体收集装置通过集气管道与所述第一壳体连通，所述气体收集装置用于收集低温流体蒸发气化形成的气体；

5、还包括第二壳体、电场装置、荧光接收装置和控制装置，所述第二壳体与所述第一壳体通过导热板连接，所述导热板既形成所述第一壳体，又形成所述第二壳体，所述超导量子芯片的一个面与所述导热板朝向所述第一壳体内部的面贴合；

6、所述电场装置用于提供可变的电场以捕获预设在所述第二壳体内的带电微球，所述带电微球带有荧光标记，所述荧光接收装置用于采集所述带电微球发出的荧光信息，所述控制装置用于根据所述荧光信息实时确定所述带电微球的运动状态，所述控制装置还用于根据所述运动状态控制所述电场装置的强度和方向以减小所述带电微球的振动。

7、在一种可能的设计中，所述气体收集装置设置有抽气泵，所述抽气泵用于将所述第一壳体中的气体抽入所述气体收集装置中。

8、在一种可能的设计中，所述第二壳体的外形为长方体，包括两个所述荧光接收装置，两个所述荧光接收装置分别设置在所述第二壳体中互相垂直的两个内壁上。

9、在一种可能的设计中，所述荧光信息包括荧光的强度，所述控制装置用于根据所述荧光信息中荧光强度最高的点的位置变化判断所述带电微球的实时振动方向。

10、在一种可能的设计中，所述导热板朝向所述第二壳体的一面设置有红外反射膜。

11、在一种可能的设计中，所述导热板朝向所述第一壳体的一面设置有红外透射膜。

12、在一种可能的设计中，所述带电微球为直径400纳米的玻璃微球。

13、在一种可能的设计中，构成第二壳体的板体中，除导热板以外的板体具有防辐射绝热功能。

14、在一种可能的设计中，所述除导热板以外的板体的制备材料为防辐射绝热材料。

15、在一种可能的设计中，所述除导热板以外的板体为复合板材，所述复合板材由外到内依次是绝热材料和防辐射材料。

16、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

17、在本发明的实施例中，管道部穿过第一壳体，管道部与散热部连通，散热部与超导量子芯片贴合，散热部设置有多个散热孔。低温的流体进入散热部后与超导量子芯片进行热交换，降低超导量子芯片的温度。散热部中的低温流体通过散热孔相变蒸发，进一步提升了降低超导量子芯片温度的效果，最终实现为超导量子芯片提供超低温的计算环境。与壳体连接的气体收集装置一方面能够收集挥发的气体以循环利用冷却工质，另一方面气体进入气体收集装置后能够加快散热部中低温流体的蒸发速度。

18、需要说明的是，本实施例的量子计算装置还包括导线，导线的一端穿过第一壳体与量子芯片连接，另一端与外部的微波脉冲装置、信号接收装置等设备连接。低温流体管道中流经的低温流体可以是液氢，可以是液氮，还可以是液氦，优选温度4k以下的液氦，液氦具有超流性、爬行膜现象和超导热性，粘滞系数接近于零等优异性质，既能提供优异的散热制冷性能，又不会影响超导量子芯片本身的运行。

19、在本实施例中，为了进一步保证超导量子芯片处于低温环境，在第一壳体的外侧贴身设置第二壳体，第二壳体中设置有电场装置，电场装置提供的可变电场能够捕获带电微球。温度的本质即空间中的粒子振动，第二壳体处于真空环境，带电微球为在第二壳体中仅存的粒子，因此，带电微球的振动幅度和频率直接影响了第二壳体中的温度。在第二壳体中设置荧光接收装置，带电微球标记有荧光，荧光接收装置能够接收到带电微球发出的荧光信息，控制装置根据荧光信息能够实时计算出带电微球的位置，进而判断出带电微球的运动状态，控制装置根据带电微球实时的运动状态反向调节电场装置，进而达到抑制带电微球运动的效果，使带电微球无限趋近于静止，以制备出趋近于绝对零度的环境。第一壳体中的超导量子芯片贴合在导热板上，超导量子芯片的热量通过热传递传导至导热板，导热板通过热辐射的形式散热，热辐射加热带电微球增加带电微球的振动，通过控制装置和电场装置的配合减小带电微球的振动以实现降低超导量子芯片的温度；超导量子芯片的另一面则通过与其贴合的散热部散热。如此能够为超导量子芯片提供毫开级别的超低温。

20、可以理解的是，第二壳体的体积可以小于第一壳体，第二壳体朝向第一壳体的板体为导热板，而导热板仅构成第一壳体的朝向第二壳体的板体的一部分。

技术特征：

1.一种超导型量子计算装置，其特征在于，包括超导量子芯片（1）、第一壳体（2）、低温流体管道（3）和气体收集装置（4）；

2.根据权利要求1所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述气体收集装置（4）设置有抽气泵，所述抽气泵用于将所述第一壳体（2）中的气体抽入所述气体收集装置（4）中。

3.根据权利要求1所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述第二壳体（5）的外形为长方体，包括两个所述荧光接收装置，两个所述荧光接收装置分别设置在所述第二壳体（5）中互相垂直的两个内壁上。

4.根据权利要求3所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述荧光信息包括荧光的强度，所述控制装置用于根据所述荧光信息中荧光强度最高的点的位置变化判断所述带电微球（7）的实时振动方向。

5.根据权利要求4所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述导热板朝向所述第二壳体（5）的一面设置有红外反射膜。

6.根据权利要求4所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述导热板朝向所述第一壳体（2）的一面设置有红外透射膜。

7.根据权利要求1所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述带电微球（7）为直径400纳米的玻璃微球。

8.根据权利要求1所述的超导型量子计算装置，其特征在于，构成第二壳体（5）的板体中，除导热板以外的板体具有防辐射绝热功能。

9.根据权利要求8所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述除导热板以外的板体的制备材料为防辐射绝热材料。

10.根据权利要求8所述的超导型量子计算装置，其特征在于，所述除导热板以外的板体为复合板材，所述复合板材由外到内依次是绝热材料和防辐射材料。

技术总结
本发明涉及量子计算技术领域，特别涉及一种超导型量子计算装置。本发明实施例提供一种超导型量子计算装置，包括超导量子芯片、第一壳体、低温流体管道和气体收集装置；低温流体管道包括管道部和散热部，管道部穿入第一壳体，散热部位于第一壳体中并与超导量子芯片贴合，散热部设置有散热孔；第二壳体与第一壳体通过导热板连接，超导量子芯片的一个面与导热板朝向第一壳体内部的面贴合；带电微球带有荧光标记，荧光接收装置用于采集带电微球发出的荧光信息，控制装置用于根据带电微球的运动状态控制电场装置的强度和方向以减小带电微球的振动。本发明实施例提供了一种超导型量子计算装置，能够为超导量子芯片提供超低温的计算环境。

技术研发人员：王嘉诚,张少仲,张栩
受保护的技术使用者：中诚华隆计算机技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13