量子比特读取装置及量子计算系统的制作方法

本发明涉及量子计算机领域，具体涉及一种量子比特读取装置及量子计算系统。

背景技术：

1、量子计算是目前公认最有可能在短时间内实现量子计算商用化的技术方案之一，为了获得量子计算的运行结果，需要在量子信息处理过程之后对量子比特的量子态进行识别以读取量子比特。在低温环境下读取微弱的量子比特是量子计算领域的一项主要任务。具有微波频段的量子比特在稀释致冷系统中以10mk的温度工作，以减少量子比特的热激发并降低噪声。在实际实施过程中，辨别量子比特的量子态依赖于在量子比特读取电路上施加的与量子比特量子态有关的频移。而量子比特读取电路中微波低噪声放大器的噪声对量子比特的读取质量有很大影响，导致量子比特读取结果的保真度较低。

2、针对上述问题，目前的解决方案主要有两种：一种是研发各种超低噪声放大器，该方案存在的缺点是成本高且由于需要定制导致效率低；另一种是直接测量微波低噪声放大器的s参数（散射参数）以便预测量子比特读取结果的误差，该方案存在的缺点是需要与校准器件配合进行测量，特别是对于多频段的微波低噪声放大器，需要准备多个校准器件，结构比较复杂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种量子比特读取装置及量子计算系统，以解决现有技术存在的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供的量子比特读取装置及量子计算系统包括以下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供的量子比特读取装置包括：

4、噪声滤波器，用于滤除离子阱量子计算机输出的量子比特中的噪声信号。

5、参量放大器，用于对滤除噪声信号后的量子比特进行放大。

6、微波低噪声放大器，用于接收参量放大器输入的量子比特并对量子比特进行再次放大。

7、超材料高温定标源，用于产生第二噪声信号。

8、超材料低温定标源，用于产生第三噪声信号。

9、第一移相器，用于将超材料高温定标源的移相角调整为θ1。

10、第二移相器，用于将超材料高温定标源的移相角调整为θ2。

11、模数转换器，用于读取微波低噪声放大器产生的第一噪声信号、第二噪声信号及第三噪声信号组合后的噪声温度。

12、模数转换器，还用于读取离子阱量子计算机输出的量子比特。

13、计算器，还用于根据移相角θ1，计算第二噪声信号的噪声温度。

14、计算器，还用于根据移相角θ2，计算第三噪声信号的噪声温度。

15、计算器，还用于根据第一噪声信号、第二噪声信号及第三噪声信号组合后的噪声信号的噪声温度，计算第一噪声信号的噪声温度。

16、计算器，用于根据第二噪声信号的噪声温度及第三噪声信号的噪声温度，对第一噪声信号的噪声温度进行校正，得到校正后的第一噪声信号的噪声温度。

17、计算器，用于根据校正后的第一噪声信号的噪声温度及模数转换器探测的量子比特，得到量子比特读取数据。

18、在一些示例中，本发明实施例提供的量子比特读取装置还包括：

19、合路器，用于将第一噪声信号、第二噪声信号及第三噪声信号组合后输出。

20、在一些示例中，本发明实施例提供的量子比特读取装置还包括：

21、本机振荡器，用于将量子比特、第一噪声信号、第二噪声信号及第三噪声信号转换为高频信号。

22、在一些示例中，计算器还用于基于第二噪声信号的噪声温度th及第三噪声信号的噪声温度tc，采用两点定标法，得到第一修正系数a及第二修正系数b并根据第一修正系数a及第二修正系数b，对第一噪声信号的噪声温度进行校正，得到校正后的第一噪声信号的噪声温度。

23、在一些示例中，计算器还用于根据公式，得到第一修正系数a及第二修正系数b，其中，th为第二噪声信号的噪声温度，tc为第三噪声信号的噪声温度，pout_h表示第二噪声信号的噪声功率，pout_c表示第三噪声信号的噪声功率。

24、在一些示例中，噪声滤波器、参量放大器及离子阱量子计算机所处的工作环境温度为10mk。

25、在一些示例中，微波低噪声放大器、超材料高温定标源、超材料低温定标源及合路器所处的工作环境温度为3k。

26、在一些示例中，模数转换器及本机振荡器所处的工作环境温度为300k。

27、第二方面，本发明实施例提供的量子计算系统包括第一方面公开的量子比特读取装置。

28、本发明实施例提供的量子比特读取装置及量子计算系统具有以下有益效果：

29、通过采用计算器、第一移相器、第二移相器及合路器，实现了对微波低噪声放大器的噪声进行自动校准，无须研发各种超低噪声放大器，降低了成本且效率高，也不需要采用多个校准器件配合进行测量，结构简单。

技术特征：

1.一种量子比特读取装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的量子比特读取装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的量子比特读取装置，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1所述的量子比特读取装置，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的量子比特读取装置，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的量子比特读取装置，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的量子比特读取装置，其特征在于：

8.根据权利要求3所述的量子比特读取装置，其特征在于：

9.一种量子计算系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的量子比特读取装置。

技术总结
本发明公开的量子比特读取装置及量子计算系统，涉及量子计算机领域，其中，本发明公开的量子比特读取装置包括噪声滤波器、参量放大器、微波低噪声放大器、超材料高温定标源、超材料低温定标源、第一移相器、第二移相器、模数转换器及计算器，其中，噪声滤波器用于滤除离子阱量子计算机输出的量子比特中的噪声信号，微波低噪声放大器用于接收参量放大器输入的量子比特并对量子比特进行再次放大，超材料高温定标源用于产生第二噪声信号，超材料低温定标源用于产生第三噪声信号，第一移相器用于将超材料高温定标源的移相角调整为θ<subgt;1，</subgt;第二移相器用于将超材料高温定标源的移相角调整为θ，成本低、效率高、结构简单。

技术研发人员：陈柳平,宋守金,王其兵,李李,李婷
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13