[发明专利]一种多量子比特调控读取装置

说明书

本发明提供了一种多量子比特调控读取装置，包括二次变频控制单元和约瑟夫森参量放大器读取单元，其中二次变频控制单元包括IQ脉冲信号源、第一本振信号源、第二本振信号源、第一混频器和第二混频器，通过二次变频控制单元得到的高频脉冲信号通过传输层进入到芯片层对量子比特进行量子态的转换，而基于约瑟夫森参量放大器读取单元包括多频信号调制解调单元、信号传输单元、芯片连接单元和约瑟夫森参量放大器单元。本发明采用二次变频技术合成高频脉冲信号并行控制多个量子位，提高量子比特控制精度和稳定性并降低成本。通过增加约瑟夫森参量放大器来提高态测量的信噪比，在短时间内对量子位实现单发非破坏性读取。

技术领域

本发明涉及到量子比特调控和读取领域，尤其涉及到一种多量子比特调控读取装置。

背景技术

超导量子芯片的调控和读取是量子计算物理实现的重要环节，高精度量子调控和读取技术可提高量子计算结果的准确性。对实用化、规模化集成的量子计算机来说，需要设计出高质量的并行微波脉冲控制信号和相应的多量子位同步读取的技术方案。

目前超导量子比特的控制是基于宽带IQ混频器，脉冲信号产生的任意波形发生器以及激励信号产生的微波本振源构成。该方案所用的IQ混频器需要同时满足高频本振源和低频的脉冲信号对工作带宽的要求，其调制所用的IQ混频器工作带宽涵盖MHz-GHz范围。如此产生的高频脉冲信号稳定差，对于规模化量子比特调控造价成本高。

量子比特读取的物理基础是量子比特与腔的非线性耦合，即所谓色散读取技术。色散读取技术通过态投影的方式得到量子态，不完全破坏量子态，但是缺点是信噪比低，测量时间长，这对高效率的量子纠错和量子纠缠操作带来挑战。

发明内容

本发明为解决上述多位量子比特调控和读取的技术缺陷，本发明的目的是提供一种多量子比特调控读取装置，本发明是基于二次变频调控和约瑟夫森参量放大器读取的多量子比特调控方案。其中，基于二次变频控制技术可免使用大宽带混频器，对量子位的XY控制更加稳定，同时降低元器件成本。基于约瑟夫森参量放大器的读取可有效提高一级放大的信噪比，实现多量子比特的高精度量子非破坏性单发测量。

本发明的技术解决方案如下：

一种多量子比特调控读取装置，其特征在于，包括：用于调控量子比特的二次变频控制单元和用于量子比特读取的约瑟夫森参量放大器读取单元，其中，所述二次变频控制单元包括IQ脉冲信号源(4)、第一本振信号源(6)、第二本振信号源(8)、第一混频器(5)和第二混频器(7)，所述IQ脉冲信号源(4)产生两个相位相差90度的低频方波信号或低频高斯波信号，所述低频方波信号或所述低频高斯波信号通过所述第一混频器(5)和所述第一本振源(6)进行脉冲调制得到两个相位相差90度的低频信号脉冲，再通过第二混频器(7)以及所述第二本振信号源(8)进行二次频谱搬移得到高频脉冲信号Asin(wt)+Bcos(wt)，其中A，B分别表示量子比特X方向旋转和Y方向旋转控制的幅度，w是量子比特跃迁频率；通过二次变频控制单元得到的高频脉冲信号通过传输层进入到芯片层对量子比特进行量子态的转换；

所述基于约瑟夫森参量放大器读取单元包括多频信号调制解调单元(14)、信号传输单元(15)、芯片连接单元(16)和约瑟夫森参量放大器单元(17)，其中，所述多频信号调制解调单元(14)、所述信号传输单元(15)、所述芯片连接单元(16)和所述约瑟夫森参量放大器单元(17)依次电气连接，所述多频信号调制解调单元输出的信号通过微波线缆传递到所述信号传输单元(15)。

上述技术方案中，所述多频信号调制解调单元(14)包括调制分单元和解调分单元，其中，所述调制分单元由IQ脉冲信号源、连续微波源、功率分配器，所述IQ脉冲信号源连、所述续微波源以及所述功率分配器通过微波线缆连接，所述IQ脉冲信号源产生多频脉冲信号，所述多频脉冲信号作为基带信号与所述连续微波源产生的本振载带信号调制变频产生调制单元的信号输出部分；所述解调分单元将高频信号解调到低频信号，并通过模数转换以及数据采集实现对高频信号的幅值和相位测量。