一种超导量子计算机主板

本技术涉及但不限于量子计算，尤指一种超导量子计算机主板。

背景技术：

1、在超导量子计算机中，一根微波线承载一路信号，一对一地直接连接到量子处理器端口上，随着量子比特数目的增加，所需微波线的数量也随之增加，这样会给稀释制冷机造成很大的制冷负担，而且不利于超导量子计算机的规模化发展。

技术实现思路

1、本技术提供一种超导量子计算机主板，能够在大大减少微波线数量的同时，控制和读出更多的量子比特，有利于超导量子计算机的规模化发展。

2、本发明实施例提供了一种超导量子计算机主板，包括：超导量子处理器、至少两个控制复用器、至少一量子放大器、至少一微波连接器；其中，

3、超导量子处理器用于处理量子信息，设置有预设数量条控制线，以及第二预设数量条读出线；

4、控制复用器，通过控制线与超导量子处理器连接，用于复用控制信道；

5、量子放大器，通过读出线与超导量子处理器连接，用于读出和放大量子处理器产生的量子信息；

6、微波连接器，通过传输线与控制复用器、读出放大器件连接，用于提供微波接口，以实现向其他温区收发信号。

7、在一种示例性实例中，所述超导量子处理器为芯片级器件；所述预设数量条控制线包括：第一预设数量条xy控制线和第二预设数量条z控制线；

8、xy控制线为对量子比特的状态在bloch球面上绕x轴或y轴进行旋转的操作所需的控制线；

9、z控制线为对量子比特的状态在bloch球面上绕z轴进行旋转的操作所需的控制线。

10、在一种示例性实例中，所述至少两个控制复用器包括：至少一xy控制复用器和至少一z控制复用器；相应地，所述微波连接器，通过传输线与xy控制复用器、z控制复用器连接；

11、xy控制复用器为芯片级器件，通过所述xy控制线与所述超导量子处理器连接，用于复用xy控制信道；

12、z控制复用器为芯片级器件，通过所述z控制线与所述超导量子处理器连接，用于复用z控制信道。

13、在一种示例性实例中，所述控制复用器包括：集成在一颗芯片上的两个以上滤波器、两个以上隔离器、两个以上电容，以及两条偏置线电路；其中，

14、滤波器，用于过滤来自一条微波控制线的不同频率的输入信号，将输入信号进行分频至不同的通道中；

15、隔离器，用于将来自滤波器的信号进行转换后输出，隔离器为二端口的器件，其中，两个端口阻抗匹配负载，分别连接预设阻值的电阻，一个端口为输入端口，一个端口为输出端口；

16、电容，设置在隔离器中，通过调节电容的电容值大小可以调节隔离器的中心工作频率；

17、偏置线电路，用于调节隔离器所处的偏置磁场。

18、在一种示例性实例中，所述量子放大器为具有非互易性的片上量子放大器，包括：集成在一颗芯片上的一个以上环行器、一个以上量子放大器；其中，

19、环行器为多端口的片上超导环行器，其中，一个输入端口，用于输入量子信息或者与相邻环行器的输出端口连接；一个输出端口，用于与相邻环行器的输入端口连接或者输出放大后的量子信息；剩余端口包括至少两个，用于连接负载；

20、其中，负载包括非反射型量子放大器、反射型量子放大器或预设阻值的电阻，且至少一个负载为非反射型量子放大器或反射型量子放大器。

21、在一种示例性实例中，所述量子放大器为具有强隔离功能的片上量子放大器，包括：集成在一颗芯片上的一个以上环行器、两个以上隔离器、一个以上量子放大器；其中，

22、环行器为多端口的片上超导环行器，其中，一个输入端口，用于输入量子信息或者与相邻环行器的输出端口连接；一个输出端口，用于与相邻环行器的输入端口连接或者输出放大后的量子信息；剩余端口包括至少两个，用于连接负载；

23、隔离器为二端口的器件，其中一个端口用于级联环行器或隔离器，其中一个端口用于作为片上量子放大器的一个输入/输出端口或者用于级联隔离器或环行器，隔离器用于对输入信号进行转换输出；

24、其中，负载包括非反射型量子放大器、反射型量子放大器或预设阻值的电阻，且至少一个负载为非反射型量子放大器或反射型量子放大器。

25、在一种示例性实例中，所述微波连接器为同轴连接器。

26、在一种示例性实例中，所述微波连接器与所述xy控制复用器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv；

27、所述微波连接器与所述z控制复用器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv；

28、所述微波连接器与所述量子放大器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv；

29、所述xy控制复用器与所述超导量子处理器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv；

30、所述z控制复用器与所述超导量子处理器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv；

31、所述量子放大模块与所述超导量子处理器通过以下任一方式直接相互连接：印制电路板pcb走线、共面波导、微带线、带状线、同轴线、倒装焊、槽线、硅通孔tsv。

32、在一种示例性实例中，所述微波连接器的焊盘与所述xy控制复用器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接；

33、所述微波连接器的焊盘与所述z控制复用器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接；

34、所述微波连接器的焊盘与所述量子放大器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接；

35、所述xy控制复用器的焊盘与所述超导量子处理器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接；

36、所述z控制复用器的焊盘与所述超导量子处理器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接；

37、所述量子放大器的焊盘与所述超导量子处理器的焊盘通过过孔和地层之间的带状线连接。

38、在一种示例性实例中，所述xy控制复用器、所述z控制复用器、所述量子放大器、所述微波连接器和所述超导量子处理器集成在同一个电路板上，且处于同一个温区。

39、本技术实施例提供的超导量子计算机主板，通过将控制复用器、量子放大器和超导量子处理器集成在同一电路板上，提供了一种新型控制和读出量子比特的信道复用方式，在大大减少了微波线数量的同时，还实现了控制和读出更多的量子比特，有利于超导量子计算机的规模化发展。本技术实施例中超导量子计算机主板处于同一个温区(mk)，这样提高了微波线的利用率，节约了分立器件占用的稀释制冷机的内部空间，减小了整体电路的功耗，非常有利于超导量子计算机的规模化发展。

40、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。