[发明专利]一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机

说明书

本申请公开了一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机，涉及量子计算领域。具体实现方案为：至少两个量子比特；连接组件，分别与两个量子比特进行耦合，用于实现分别与两个量子比特之间的横场耦合；耦合器件，分别与两个量子比特进行耦合，用于实现分别与两个量子比特之间的纵场耦合。如此，高效地消除掉量子比特间的σ_zσ_z寄生耦合，实现高保真度的两量子比特门。

技术领域

本申请涉及计算机领域，尤其涉及量子计算领域。

背景技术

在通往通用量子计算的道路中，实现高保真度的两量子比特门至关重要。但随着量子比特数目不断增加，新的噪声通道和多种串扰(包括但不限于量子比特间的串扰，以及不可避免的量子比特间的寄生耦合等)，让实现高保真度的两量子比特门成为一个巨大的挑战。当两个量子比特进行连接后，除了可以产生用来实现量子逻辑门的σ_xσ_x耦合，即利用σ_xσ_x耦合使两个量子比特的量子态得以交换，还会不可避免地产生额外的σ_zσ_z寄生耦合，即一个量子比特量子态的变化对另一个量子比特造成影响。显然，这种σ_zσ_z寄生耦合不但会直接影响到量子比特的性能，还会限制两量子比特门的保真度。因此，如何消除掉量子比特间的σ_zσ_z寄生耦合，便成为一个重要的命题。

发明内容

本发明实施例提供一种超导电路结构及超导量子芯片、超导量子计算机，高效地消除掉量子比特间的σ_zσ_z寄生耦合，实现高保真度的两量子比特门。

第一方面，本发明实施例提供了一种超导电路结构，包括：

至少两个量子比特；

连接组件，分别与两个量子比特进行耦合，用于实现分别与两个量子比特之间的横场耦合；

耦合器件，分别与两个量子比特进行耦合，用于实现分别与两个量子比特之间的纵场耦合。

本申请实施例中，一方面，通过调节耦合器件的频率便可实现对量子比特间σ_zσ_z寄生耦合的消除，进而实现了高保真度的两量子比特门。另一方面，由于耦合器件与量子比特间是纵场型耦合，所以对耦合器件的操控并不会对量子比特产生影响。换言之，对耦合器件的频率进行调控，并不会构成一个新的噪声通道。进一步，又由于在纵场耦合中，耦合相互作用与量子比特哈密顿量的对易，对耦合器件耗散率没有特别的限制，所以，可以对耦合器件进行快速操控，且不影响到量子比特，换言之，本申请实施例无需限制对耦合器件的操控速度。

而且，本申请实施例中，量子比特间σ_zσ_z耦合的推导和求解过程非常简洁，不会受到诸多近似条件的约束，有利于对方案理解和扩展。

在一种实施方式中，耦合器件为谐振腔，谐振腔包括：可调控等效电感，以及与可调控等效电感并联的第一电容器；其中，可调控等效电感用于实现耦合器件分别与两个量子比特之间的纵场耦合。

这里，通过流过可调控等效电感的电流产生的磁场，来改变穿过量子比特的磁通，比如，当量子比特包括超导量子干涉装置时，即可改变穿过超导量子干涉装置的磁通，进而改变量子比特的频率，为实现耦合器件与量子比特间的纵场耦合奠定了基础。

在一种实施方式中，可调控等效电感包括约瑟夫森结链；其中，

约瑟夫森结链包含串联的至少两个约瑟夫森结，约瑟夫森结链中的约瑟夫森结将耦合器件与两个量子比特耦合，用于实现耦合器件分别与两个量子比特之间的纵场耦合。