信号发生装置、量子控制系统及量子计算机的制作方法

本申请属于电子领域，具体属于量子，特别是一种信号发生装置、量子控制系统及量子计算机。

背景技术：

1、量子计算是一种遵循量子力学规律调控基本信息单元进行计算的新型计算模式。经典计算的基本信息单元是经典比特，量子计算的基本信息单元是量子比特，经典比特只能处于一种状态，即0或1，而基于量子力学态叠加原理，量子比特的状态可以处于多种可能性的叠加状态，因而量子计算的计算效率远远超过经典计算的计算效率。

2、量子计算由量子处理器执行，量子处理器在执行运算时需要提供操控信号，并在运算结束后施加读取信号读取运算结果。其中，操控和读取均依靠微波共振原理，操控信号和读取信号的频率与量子处理器的工作频率相近。而量子处理器的工作频率通常为吉赫兹，如6ghz，因此，操控信号和读取信号的频率通常在6ghz-8ghz之间，一般采用混频技术将中频信号和微波信号进行混频处理获得。

3、操控信号和读取信号的精度直接影响对量子处理器的操控和读取效果，而操控信号和读取信号的精度与中频信号的精度息息相关。现有技术中，通常采用信号发生器、任意波形发生器等信号源器件输出中频信号，这些信号源器件输出的中频信号不仅频率比较低，而且精度也不高，使得混频后的操控信号和读取信号的精度低，而且无法满足量子处理器执行运算时所需要的超高精度的操控和读取需求。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种信号发生装置、量子控制系统及量子计算机，弥补了现有技术中信号源器件输出的中频信号的频率和精度均比较低的缺点，提高了输出的中频信号的频率和精度，进而提高了对量子处理器的操控和读取精度。

2、本申请技术方案具体如下：

3、本申请的一方面提供了一种信号发生装置，用于输出携带量子态编码信息的中频信号，所述信号发生装置包括若干个波形参数生成模块和数模转换模块；

4、所述波形参数生成模块依据第一时钟信息和频率控制字输出所述中频信号的波形参数；其中，各所述波形参数生成模块输出的波形参数之间具有预设相位差，所述预设相位差用于控制所述波形参数按照相位次序输出；

5、所述数模转换模块依据各所述波形参数生成模块输出的波形参数输出对应的中频信号；

6、其中，所述预设相位差依据各所述波形参数生成模块的第一时钟信息及输出所述波形参数的输出频率确定。

7、如上所述的信号发生装置，优选的，还包括数据处理模块，所述数据处理模块对各所述波形参数生成模块输出的波形参数按照输出位序进行拼接，并将拼接后的波形参数发送至所述数模转换模块。

8、如上所述的信号发生装置，优选的，所述波形参数生成模块包括相位累加器单元和存储器单元；

9、所述相位累加器单元用于依据所述第一时钟信息将所述频率控制字与当前相位值累加，并将累加后的相位值与相位控制字相加得到的相位数据发送至所述存储器单元；

10、所述存储器单元用于依据地址存储所述波形参数，并根据所述相位数据输出对应地址的波形参数至所述数据处理模块。

11、如上所述的信号发生装置，优选的，所述相位累加器单元的数据位宽包括32位。

12、如上所述的信号发生装置，优选的，所述频率控制字依据所述波形参数生成模块的输出频率、所述数据位宽以及所述第一时钟信息确定。

13、如上所述的信号发生装置，优选的，所述预设相位差确定为：

14、

15、其中，ph为所述预设相位差，所述n为所述相位累加器单元的数据位宽，fd为所述第一时钟信息，fo为所述波形参数生成模块的输出频率。

16、如上所述的信号发生装置，优选的，所述相位累加器单元和所述存储器单元的工作时钟与所述数模转换模块的工作时钟同源。

17、如上所述的信号发生装置，优选的，所述波形参数生成模块、所述数据处理模块均为fpga内的功能模块。

18、如上所述的信号发生装置，优选的，一个所述fpga内包括多个所述波形参数生成模块和至少一个所述数据处理模块。

19、如上所述的信号发生装置，优选的，所述数模转换模块的采样率至少包括1gs/s，所述波形参数生成模块的数量至少包括2个。

20、如上所述的信号发生装置，优选的，所述数模转换模块的采样率至少包括3gs/s，所述波形参数生成模块的数量至少包括4个。

21、本申请另一方面提供一种量子控制系统，包括任一项上述的信号发生装置、微波源、以及信号混频装置，所述信号混频装置用于对所述信号发生装置输出的中频信号以及所述微波源输出的微波信号进行混频处理并输出操控信号和/或读取信号。

22、本申请再一方面提供一种量子计算机，包括上述的量子控制系统及量子处理器，所述量子控制系统输出用于控制所述量子处理器执行运算的操控信号、以及对所述量子处理器的运算结果进行测量的读取信号。

23、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

24、本申请的信号发生装置用于输出携带量子态编码信息的中频信号，所述信号发生装置包括若干个波形参数生成模块和数模转换模块；所述波形参数生成模块依据第一时钟信息和频率控制字输出所述中频信号的波形参数；其中，各所述波形参数生成模块输出的波形参数之间具有预设相位差，所述预设相位差用于控制所述波形参数按照相位次序输出；所述数模转换模块依据各所述波形参数生成模块输出的波形参数输出对应的中频信号；其中，所述预设相位差依据各所述波形参数生成模块的第一时钟信息及输出所述波形参数的输出频率确定。

25、采用多个波形参数生成模块按照统一的第一时钟信息输出若干个波形参数，不仅可以确保工作时钟同步，还可以降低单个波形参数生成模块输出波形参数的工作频率，避免逻辑时序违例；此外，采用多个波形参数生成模块输出的波形参数的总数量与数模转换模块采样率单位时间内的点数相匹配，并对多个波形参数生成模块输出的波形参数之间设置预设相位差，使得传输至数模转换模块的波形参数连续，可以覆盖中频信号一个完整周期内的波形参数，进而提高波形参数的分辨率，确保数模转换模块输出高精度的中频信号；还可以通过调节频率控制字和预设相位差实现数模转换模块输出的中频信号的调节。

技术特征：

1.一种信号发生装置，其特征在于，用于输出携带量子态编码信息的中频信号，所述信号发生装置包括若干个波形参数生成模块和数模转换模块；

2.根据权利要求1所述的信号发生装置，其特征在于，还包括数据处理模块，所述数据处理模块对各所述波形参数生成模块输出的波形参数按照输出位序进行拼接，并将拼接后的波形参数发送至所述数模转换模块。

3.根据权利要求2所述的信号发生装置，其特征在于，所述波形参数生成模块包括相位累加器单元和存储器单元；

4.根据权利要求3所述的信号发生装置，其特征在于，所述相位累加器单元的数据位宽包括32位。

5.根据权利要求4所述的信号发生装置，其特征在于，所述频率控制字依据所述波形参数生成模块的输出频率、所述数据位宽以及所述第一时钟信息确定。

6.根据权利要求4所述的信号发生装置，其特征在于，所述预设相位差确定为：

7.根据权利要求3所述的信号发生装置，其特征在于，所述相位累加器单元和所述存储器单元的工作时钟与所述数模转换模块的工作时钟同源。

8.根据权利要求2所述的信号发生装置，其特征在于，所述波形参数生成模块、所述数据处理模块均为fpga内的功能模块。

9.根据权利要求8所述的信号发生装置，其特征在于，一个所述fpga内包括多个所述波形参数生成模块和至少一个所述数据处理模块。

10.根据权利要求1所述的信号发生装置，其特征在于，所述数模转换模块的采样率至少包括1gs/s，所述波形参数生成模块的数量至少包括2个。

11.根据权利要求1所述的信号发生装置，其特征在于，所述数模转换模块的采样率至少包括3gs/s，所述波形参数生成模块的数量至少包括6个。

12.一种量子控制系统，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的信号发生装置、微波源、以及信号混频装置，所述信号混频装置用于对所述信号发生装置输出的中频信号以及所述微波源输出的微波信号进行混频处理并输出操控信号和/或读取信号。

13.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求12所述的量子控制系统及量子处理器，所述量子控制系统输出用于控制所述量子处理器执行运算的操控信号、以及对所述量子处理器的运算结果进行测量的读取信号。

技术总结
本申请公开了一种信号发生装置、量子控制系统及量子计算机，属于量子技术领域，用于输出携带量子态编码信息的中频信号，所述信号发生装置包括若干个波形参数生成模块和数模转换模块；所述波形参数生成模块依据第一时钟信息和频率控制字输出所述中频信号的波形参数；其中，各所述波形参数生成模块输出的波形参数之间具有预设相位差；所述数模转换模块依据各所述波形参数生成模块输出的波形参数输出对应的中频信号；其中，所述预设相位差依据各所述波形参数生成模块的第一时钟信息及输出所述波形参数的输出频率确定。本申请提高了输出的中频信号的频率和精度，进而提高了对量子处理器的操控和读取精度。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11