本申请属于量子计算领域，特别是一种量子芯片调控装置。
背景技术：
随着量子计算技术的普及，实施量子计算的量子芯片，成为了研究的重点对象。量子芯片相对较传统的集成芯片，具有强大的并行计算能力，且并行计算能力随着量子芯片的位数(量子比特数)呈指数式提升。
目前，谷歌已经公布了最高达到72位的量子芯片，量子芯片的端口数达到300多个，因为每一位量子比特均需要施加几个控制信号。随着量子芯片的位数增长，量子芯片需要设置更多的端口以及信号线以接收控制信号，因此对多位量子芯片进行测试的设备及系统，会越来复杂，急需提出一种低复杂度的量子芯片调控装置。
技术实现要素：
本申请的目的是提供一种量子芯片调控装置，以解决现有技术中的不足，它减少了连接量子芯片的端口及信号传输线的数量，进而简化了量子芯片调控装置的复杂度。
本申请的技术方案如下：
一种量子芯片调控装置，包括：信号源模块，用于提供第一模拟信号和第二模拟信号；信号合成模块，连接所述信号源模块，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号合成为合成信号；信号分离模块，连接所述信号合成模块，用于将所述合成信号拆分为与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号对应的第一控制信号和第二控制信号；量子比特模块，连接所述信号分离模块，响应所述第一控制信号和所述第二控制信号；所述量子比特模块的量子态信息受所述第一控制信号调控，所述量子比特模块的频率参数受所述第二控制信号调控；其中，所述信号源模块和所述信号合成模块设置于量子芯片外部；所述信号分离模块和所述量子比特模块设置于量子芯片上。
进一步的，所述信号源模块包括微波信号发生器、电压源和脉冲信号源。
进一步的，所述信号合成模块包括一pcb板，所述pcb板上设置有第一模拟电路单元和第二模拟电路单元；其中：所述第一模拟电路单元，连接所述微波信号发生器，用于接收所述第一模拟信号。所述第二模拟电路单元，连接所述电压源和脉冲信号源，用于接收所述第二模拟信号。
进一步的，所述第二模拟电路单元包括第一信号传输线和第二信号传输线；所述第一信号传输线，连接所述电压源，用于传输直流电压信号；所述第二信号传输线，连接所述脉冲信号源，用于传输脉冲信号。
进一步的，所述信号分离模块包括第三信号传输线和第四信号传输线；所述第三信号传输线，连接所述信号合成模块，用于对所述合成信号进行处理并输出与所述第一模拟信号对应的所述第一控制信号；所述第四信号传输线，连接所述信号合成模块，用于对所述合成信号进行处理并输出与所述第二模拟信号对应的所述第二控制信号。
进一步的，所述第四信号传输线为四分之一波长传输线。
进一步的，所述第四信号传输线的长度为所述第一控制信号波长的四分之一
进一步的，所述第三信号传输线和所述第四信号传输线与所述信号合成模块的连接方向垂直
进一步的，所述第一信号传输线、所述第二信号传输线、所述第三信号传输线和所述第四信号传输线均为共面波导传输线。
进一步的，所述第一信号传输线、所述第二信号传输线、所述第三信号传输线和所述第四信号传输线的材料均为铝
与现有技术相比，本申请通过在所述量子芯片外，设置信号源模块，用于提供所述量子比特模块工作所需的第一模拟信号和第二模拟信号；并设置所述信号合成模块，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号进行合成，合成为一路合成信号；并将所述合成信号输入到所述量子芯片；同时在所述量子芯片内部设置所述信号分离模块，用于将所述合成信号分离成用于调控所述量子比特模块的量子态信息的所述第一控制信号，以及用于调控所述量子比特模块的频率参数的所述第二控制信号。实现对一个所述量子比特模块进行调控的所述第一控制信号和所述第二控制信号通过在所述量子芯片外部进行合成并传输到所述量子芯片内部进行处理获得，相比于对所述第一控制信号和第二控制信号分别通过对应信号传输线传输到所述量子芯片，减少了连接所述量子芯片的信号传输线的数量，提高了所述量子芯片的集成度，进而简化了针对所述量子芯片进行调控的系统的复杂度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种量子芯片调控装置功能图；
图2为本申请实施例提供的一种信号合成与拆分处理图；
图3为本申请实施例提供的一种信号源连接图；
图4为本申请实施例提供的一种信号合成模块功能图1；
图5为本申请实施例提供的一种信号合成模块功能图2；
图6为本申请实施例提供的一种信号分离模块功能图1；
图7为本申请实施例提供的一种信号分离模块功能图2；
附图标记说明：10-信号源模块，20-信号合成模块，30-信号分离模块，40-量子比特模块，5-量子芯片，21-pcb板，51-信号端口，101-电压源，102-脉冲信号源，103-微波信号发生器，201-第一模拟电路单元，202-第二模拟电路单元，301-第三信号传输线，302-第四信号传输线，303-隔直流单元，2021-第一信号传输线，2022-第二信号传输线。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
如图1所示，本申请的实施例提供了一种量子芯片调控装置，包括信号源模块10，用于提供第一模拟信号和第二模拟信号；信号合成模块20，连接所述信号源模块10，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号合成为合成信号；信号分离模块30，连接所述信号合成模块20，用于将所述合成信号拆分为分别与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号对应的第一控制信号和第二控制信号；量子比特模块40，连接所述信号分离模块30，响应所述第一控制信号和所述第二控制信号，所述量子比特模块40的量子态信息受所述第一控制信号调控，所述量子比特模块40的频率参数受所述第二控制信号调控；其中，所述信号源模块10和所述信号合成模块20设置于所述量子芯片5外部；所述信号分离模块30和所述量子比特模块40设置于所述量子芯片5上。
所述量子芯片5应用于量子计算时，在量子计算领域，所述量子比特模块40作为一个由微观粒子形成的二能级的系统，通过量子态的受控演化实现数据的存储计算。对于所述二能级系统，具有跃迁频率和提供能级跃迁的能量，即所述量子比特模块40具有频率和能量特性。在对所述量子比特模块40进行操控时，需要通过施加相应的信号控制所述量子比特模块40的频率，以及提供所述量子比特模块40能级跃迁的能量。具体的，所述量子比特模块40的量子态信息通过施加微波信号(即第一控制信号)进行调控，所述量子比特模块40的频率参数通过施加直流脉冲信号(即第二控制信号)进行调控。
其中，每一个所述量子比特模块40均需要提供相应的所述第一控制信号和所述第二控制信号，因此当所述量子芯片5的位数增加到成千上万时，可以预想到需要施加的所述第一控制信号和所述第二控制信号的数量也需要上万路，对应的所述量子芯片5上的信号端口51数量也随着施加的调控信号的数量同等增加，对所述量子芯片5进行测试的系统也会更复杂。
本申请的实施例提供的技术方案，在所述量子芯片5外，设置用于提供所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的信号源模块10，分别提供所述量子比特模块40工作所需的所述第一模拟信号和所述第二模拟信号；并设置所述信号合成模块20，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号进行合成，合成为一路合成信号，并输入到所述量子芯片5；同时在所述量子芯片5上设置所述信号分离模块30，用于将所述合成信号分离成所述第一控制信号和所述第二控制信号，其中，所述第一控制信号对应所述第一模拟信号，所述第二控制信号对应所述第二模拟信号；进而通过所述第一调控信号和所述第二调控信号对所述量子比特模块40进行调控。实现对一个所述量子比特模块40进行调控的所述第一控制信号和所述第二控制信号仅需要一根信号传输线连接所述量子芯片5，相比于针对每一个所述第一控制信号和所述第二控制信号均设置通过对应的信号传输线传输到所述量子芯片5，减少了连接所述量子芯片5的信号传输线的数量，提高了所述量子芯片5的集成度，进而简化了针对所述量子芯片5进行调控的系统的复杂度。
具体的，如图2所示，所述量子芯片调控装置还包括信号端口51，设置于量子芯片5上，用于连接所述信号合成模块20和所述信号分离模块30。所述信号端口51为所述量子芯片5的调控信号接收端口，用于接收对所述量子比特40进行调控的所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的合成信号，并传输给所述信号分离模块30，进而通过所述信号分离模块30的处理得到最终对所述量子比特模块40进行调控的所述第一控制信号和所述第二控制信号。通过对所述信号端口51的集成设置，提高所述量子芯片5的集成度，以及降低对所述量子芯片5进行调控的系统复杂度。
如图3所示，所述信号源模块10包括电压源101和脉冲信号源102和微波信号发生器103。对所述量子比特模块40的量子态信息进行调控的所述第一控制信号与所述第一模拟信号对应，所述第一模拟信号为微波信号，通过设置所述微波信号发生器103提供；同时在通过所述第二控制信号对所述量子比特模块40的频率参数进行调控时，所述第二控制信号是与所述第二模拟信号对应的，所述第二模拟信号包括直流电压信号和脉冲信号，因此通过设置所述电压源101和所述脉冲信号源102，提供所述第二模拟信号。
如图4所示，所述信号合成模块20包括一pcb板21，所述pcb板21上设置有第一模拟电路单元201和第二模拟电路单元202；其中，所述第一模拟电路单元201，连接所述微波信号发生器103，用于接收所述第一模拟信号，所述第二模拟电路201,连接所述电压源101和所述脉冲信号源102，用于接收所述第二模拟信号。
所述量子比特模块40在工作时需要施加所述第一控制信号和所述第二控制信号，而所述第一控制信号和所述第二控制信号均有相对应的所述微波信号发生器103、所述电压源101和所述脉冲信号源102产生，通过采用在所述pcb板21上设置所述第一模拟电路单元201和所述第二模拟电路单元202，分别连接到所述电压源101和所述脉冲信号源102、所述微波信号发生器103，并对所述第一模拟信号和所述第二模拟信号进行合成，输出一包含所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的合成信号。所述合成信号仅需要一个所述量子芯片5的一个所述信号端口51即可实现。
如图5所示，所述第二模拟电路单元202包括第一信号传输线2021和第二信号传输线2022；所述第一信号传输线2021，连接所述电压源101，用于传输所述电压源101输出的直流电压信号；所述第二信号传输线2022，连接所述脉冲信号源102，用于传输所述脉冲信号源102输出的脉冲信号。通过所述第二模拟信号对应的所述第二控制信号对所述量子比特模块40的频率进行调控时，为了提高调控精度，通过设置所述直流电压信号对所述量子比特模块40的频率进行粗调，并通过所述脉冲信号对所述量子比特模块40的频率进行细调；通过设置所述第一信号传输线2021和所述第二信号传输线2022分别连接所述电压源101和所述脉冲信号源102，用于传输所述直流电压信号和所述脉冲信号,可以降低所述直流电压信号和所述脉冲信号之间的串扰影响，提高对所述量子比特模块40的频率的调控精度。
如图6所示，所述信号分离模块30包括第三信号传输线301和第四信号传输线302；所述第三信号传输线301的一端连接所述信号合成模块20，另一端连接隔直流单元303，用于对所述第二控制信号进行过滤，使得通过所述第三信号传输线301的信号仅为所述第一控制信号；所述第四信号传输线302，连接所述信号合成模块20，用于对所述合成信号进行处理并输出与所述第二模拟信号对应的所述第二控制信号；并分别输出所述第一控制信号和所述第二控制信号至所述量子比特模块40。所述合成信号是通过所述信号合成模块20输出的所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的合成信号，然而对所述量子比特模块40进行调控的信号需要是单独的所述第一控制信号和所述第二控制信号，因此需要对所述合成信号进行拆分处理。通过设置连接所述信号合成模块20的所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302，对通过所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302的包括所述第一模拟信号和所述第二模拟信号的所述合成信号进行滤波处理，仅允许相应的信号通过，达到对所述合成信号进行拆分的效果。同时拆分之后的所述第一控制信号和所述第二控制信号分别沿着所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302传输到所述量子比特模块40，对所述量子比特模块40进行调控，且能防止所述第一控制信号和所述第二控制信号之间出现信号串扰，影响对所述量子比特模块40的调控精度。
具体的，所述第四信号传输线302为四分之一波长传输线，且所述第四信号传输线302的长度为所述第一控制信号波长的四分之一。在微波射频领域，四分之一波长传输线可以具备一端开路、一端断路的效果，因此通过对所述合成信号进入所述第四信号传输线302的相位参数进行设置，使得所述合成信号在信号波峰位置最大幅度进入所述第四信号传输线302，进而在所述第四信号传输线302的另一端信号处于最弱，达到抑制的效果；进而将所述第四信号传输线302的长度为所述第一控制信号波长的四分之一，使得所述第一控制信号在通过所述第四信号传输线302时，输出端达到断路的效果，即实现对所述第一控制信号的抑制作用，使得通过所述第四信号传输线302输出的仅为所述第二控制信号。
如图7所示，所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302与所述信号合成模块20的连接方向垂直。当所述第一控制信号和所述第二控制信号沿着所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302平行方向传输时，由于电容效应会引起更多的耦合串扰，因此将所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302与所述信号端口51的连接端设置为垂直连接，可以有效的避免所述第一控制信号和所述第二控制信号分别在所述第三信号传输线301与所述第四信号传输线302上传输时产生的耦合效果。
在本申请具体实施的时候，所述第一信号传输线2021、所述第二信号传输线2022、所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302均为共面波导传输线。具体的，所述第一信号传输线2021、所述第二信号传输线2022通过在所述pcb板21表面采用金属膜沉积的方法制备的三条平行的金属薄膜导带层；而所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302均为共面波导传输线是通过在所述量子芯片5的基底表面采用同样的方法制备的。通过所述第一信号传输线2021、所述第二信号传输线2022、所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302制备为所述共面波导传输线，可以保证所述第一控制信号和所述第二控制信号分别在各传输线上传输时，不会产生信号反射，几乎无损通过，提高对所述量子比特模块40的调控精度。
所述第一信号传输线2021、所述第二信号传输线2022、所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302的材料均为铝。铝作为超导材料，具有良好的导电性，在量子计算领域，被广泛应用，可以提高所述第一控制信号和所述第二控制信号通过铝材料制备的所述第一信号传输线2021、所述第二信号传输线2022、所述第三信号传输线301和所述第四信号传输线302时，信号衰减小。
与现有技术相比，本申请通过在所述量子芯片5外，设置信号源模块10，用于提供所述量子比特模块40工作所需的第一模拟信号和第二模拟信号；并设置所述信号合成模块20，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号进行合成，合成为一路合成信号；并将所述合成信号输入到所述量子芯片5；同时在所述量子芯片5上设置所述信号分离模块30，用于将所述合成信号分离成用于调控所述量子比特模块40的量子态信息的所述第一控制信号，以及用于调控所述量子比特模块40的频率参数的所述第二控制信号。实现对一个所述量子比特模块40进行调控的所述第一控制信号和所述第二控制信号通过在所述量子芯片5外部进行合成并传输到所述量子芯片5上进行处理获得，相比于对所述第一控制信号和第二控制信号分别通过对应信号传输线传输到所述量子芯片5，减少了连接所述量子芯片5的信号传输线的数量，提高了所述量子芯片5的集成度，进而简化了针对所述量子芯片5进行调控的系统的复杂度。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本申请的保护范围内。
1.一种量子芯片调控装置，其特征在于，所述量子芯片调控装置包括：
信号源模块，用于提供第一模拟信号和第二模拟信号；
信号合成模块，连接所述信号源模块，用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号合成为合成信号；
信号分离模块，连接所述信号合成模块，用于将所述合成信号拆分为与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号对应的第一控制信号和第二控制信号；
量子比特模块，连接所述信号分离模块，响应所述第一控制信号和所述第二控制信号；所述量子比特模块的量子态信息受所述第一控制信号调控，所述量子比特模块的频率参数受所述第二控制信号调控；
其中，所述信号源模块和所述信号合成模块设置于量子芯片外部；所述信号分离模块和所述量子比特模块设置于量子芯片上。
2.根据权利要求1所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述信号源模块包括微波信号发生器、电压源和脉冲信号源。
3.根据权利要求2所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述信号合成模块包括一pcb板，所述pcb板上设置有第一模拟电路单元和第二模拟电路单元；其中：
所述第一模拟电路单元，连接所述微波信号发生器，用于接收所述第一模拟信号；
所述第二模拟电路单元，连接所述电压源和脉冲信号源，用于接收所述第二模拟信号。
4.根据权利要求3所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第二模拟电路单元包括第一信号传输线和第二信号传输线；
所述第一信号传输线，连接所述电压源，用于传输直流电压信号；
所述第二信号传输线，连接所述脉冲信号源，用于传输脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述信号分离模块包括第三信号传输线和第四信号传输线；
所述第三信号传输线，连接所述信号合成模块，用于对所述合成信号进行处理并输出与所述第一模拟信号对应的所述第一控制信号；
所述第四信号传输线，连接所述信号合成模块，用于对所述合成信号进行处理并输出与所述第二模拟信号对应的所述第二控制信号。
6.根据权利要求5所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第四信号传输线为四分之一波长传输线。
7.根据权利要求6所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第四信号传输线的长度为所述第一控制信号波长的四分之一。
8.根据权利要求5所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第三信号传输线和所述第四信号传输线与所述信号合成模块的连接方向垂直。
9.根据权利要求5所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第一信号传输线、所述第二信号传输线、所述第三信号传输线和所述第四信号传输线均为共面波导传输线。
10.根据权利要求9所述的量子芯片调控装置，其特征在于，所述第一信号传输线、所述第二信号传输线、所述第三信号传输线和所述第四信号传输线的材料均为铝。
技术总结