量子芯片版图的生成方法、装置、装置优化方法及设备与流程

本发明涉及量子芯片，具体涉及一种量子芯片版图的生成方法、装置、装置优化方法及设备。

背景技术：

1、量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机具有运行速度较快、处置信息能力较强等特点。其中，超导量子芯片作为量子计算机的核心器件，是影响量子计算机性能的关键。目前超导量子芯片使用比较多的是xmon型超导量子比特，主要构成有比特电容(即十字电容)、超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device，squid)、测量谐振腔和控制线。squid由两个约瑟夫森结环接而成。

2、目前，在量子芯片版图的设计过程中，设计人员需要计算比特电容和谐振腔的几何尺寸，并基于得到的几何尺寸在版图设计工具，在基板(衬底)上绘制比特电容的版图和谐振腔的版图，这一操作过程较繁琐，量子芯片版图的设计效率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种量子芯片版图的生成方法、装置、装置优化方法及设备，以解决量子芯片版图的设计效率较低的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种量子芯片版图的生成方法，所述方法包括：基于理论电容值或者比特电容的面积，确定所述比特电容的单臂长度；利用所述单臂长度和第一绘制模板，生成所述比特电容的版图，所述第一绘制模板为所述比特电容的绘制模板；基于理论谐振频率，确定谐振腔的长度；利用所述谐振腔的长度和第二绘制模块，生成所述谐振腔的版图，所述第二绘制模板为所述谐振腔的绘制模板；利用布局模板合并所述比特电容的版图和所述谐振腔的版图，以形成量子芯片版图，所述布局模板包括第一位置信息和第二位置信息，所述第一位置信息为目标器件的版图的位置信息，所述第二位置信息为所述比特电容的版图和所述谐振腔的版图之间的相对位置信息，所述目标器件为所述比特电容或者所述谐振腔。

3、本实施例提供的量子芯片版图的生成方法，在基于单臂长度和第一绘制模板生成比特电容的版图，以及基于谐振腔的长度和第二绘制模板生成谐振腔的版图之后，利用布局模板合并比特电容的版图和谐振腔的版图，形成量子芯片的版图。通过上述步骤，设计人员仅需设置一些初始参数即可自动生成量子芯片版图，大大缩减了量子芯片版图的设计工作，能够有效降低对人员需求并提升量子芯片版图的生成效率。

4、在一种可选的实施方式中，所述基于理论电容值或者比特电容的面积，确定比特电容的单臂长度，包括：基于所述比特电容的第一单臂宽度、所述比特电容的第二单臂宽度和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度；或者，基于第一参数和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度，所述第一参数为所述第一单臂宽度和所述第二单臂宽度的比值；或者，基于所述面积和所述第一单臂宽度，确定所述比特电容的所述单臂长度。

5、在本实施例中，可以根据实际情况灵活选择确定比特电容的单臂长度的方式，避免某个参数未知而无法生成比特电容的版图的情况。

6、在一种可选的实施方式中，所述基于所述比特电容的第一单臂宽度、所述比特电容的第二单臂宽度和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度，包括：基于所述第一单臂宽度、所述第二单臂宽度和所述理论电容值，通过如下公式确定所述单臂长度：

7、

8、其中，l为所述单臂长度，ct为所述理论电容值，γ为预设的腔频率偏移值，εr为衬底介电常数，w为所述第一单臂宽度，wgap为所述第二单臂宽度。

9、在一种可选的实施方式中，所述基于第一参数和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度，包括：基于所述第一参数和所述理论电容值，通过如下公式确定所述单臂长度：

10、

11、其中，l为所述单臂长度，ct为所述理论电容值，γ为预设的腔频率偏移值，εr为衬底介电常数，n为所述第一参数。

12、在一种可选的实施方式中，所述基于所述面积和所述第一单臂宽度，确定所述比特电容的所述单臂长度，包括：基于所述比特电容的面积和所述第一单臂宽度，通过如下公式确定所述单臂长度：

13、

14、其中，l为所述单臂长度，s为所述面积，w为所述第一单臂宽度。

15、在一种可选的实施方式中，所述基于理论谐振频率，确定谐振腔的长度，包括：基于所述理论谐振频率、自由空间里微波的速率和衬底的介电常数，确定所述谐振腔的长度。

16、在一种可选的实施方式中，在所述利用所述单臂长度和第一绘制模板，生成所述比特电容的版图之后，所述方法还包括：将所述比特电容的版图输入第一仿真模块，基于所述第一仿真模块的输出确定所述比特电容的仿真电容值；在所述仿真电容值和所述理论电容值之间的第一差值大于或者等于预设电容值的情况下，调整所述比特电容的版图，使所述第一差值小于所述预设电容值；在所述利用所述谐振腔的长度和第二绘制模块，生成所述谐振腔的版图之后，所述方法还包括：将所述谐振腔的版图输入第二仿真模块，基于所述第二仿真模块的输出确定所述谐振腔的仿真谐振频率；在所述仿真谐振频率和所述理论谐振频率之间的第二差值大于或者等于预设谐振频率的情况下，调整所述谐振腔的版图，使所述第二差值小于所述预设谐振频率；所述利用布局模板合并所述比特电容的版图和所述谐振腔的版图，包括：利用所述布局模板合并调整后的所述比特电容的版图和调整后的所述谐振腔的版图。

17、本实施例提供的量子芯片版图的生成方法，在生成量子芯片版图之前，通过第一仿真模块仿真验证比特电容的版图的电容值是否达到理论电容值，通过第二仿真模块仿真验证比特谐振腔的版图的谐振频率是否达到理论谐振频率，能够减少实际验证的操作步骤，缩短量子芯片版图的设计周期，降低成本。

18、在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：基于所述比特电容的版图，确定所述比特电容的几何参数，所述几何参数包括所述比特电容的单臂长度、所述比特电容的第一单臂宽度、所述比特电容的第二单臂宽度、第一参数和所述比特电容的面积中的至少一项；基于所述几何参数，确定所述比特电容的实际电容值。

19、本实施例提供的量子芯片版图的生成方法，在确定比特电容的版图之后，基于比特电容的版图确定比特电容的实际电容值，能够方便设计人员快速了解各个量子芯片版图中的比特电容的实际电容值。

20、在一种可选的实施方式中，所述基于所述比特电容的版图，确定所述比特电容的几何参数，包括：确定所述比特电容的版图的图像对应的多个像素点的坐标信息；基于所述多个像素点的坐标信息，确定所述几何参数。

21、在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：基于所述谐振腔的版图，确定所述谐振腔的长度；基于所述谐振腔的长度，确定所述谐振腔的实际谐振频率。

22、本实施例提供的量子芯片版图的生成方法，在确定谐振腔的版图之后，基于谐振腔的版图确定谐振腔的实际谐振频率，能够方便设计人员快速了解各个量子芯片版图中的谐振腔的实际谐振频率。

23、在一种可选的实施方式中，所述基于所述谐振腔的版图确定，所述谐振腔的长度，包括：确定所述谐振腔的版图的图像对应的多个像素点的坐标信息；基于所述多个像素点的坐标信息，确定所述谐振腔的长度。

24、第二方面，本发明提供了一种量子芯片版图的生成装置，所述装置包括：第一确定模块，用于基于理论电容值或者比特电容的面积，确定所述比特电容的单臂长度；第一处理模块，用于利用所述单臂长度和第一绘制模板，生成所述比特电容的版图，所述第一绘制模板为所述比特电容的绘制模板；第二确定模块，用于基于理论谐振频率，确定谐振腔的长度；第二处理模块，用于利用所述谐振腔的长度和第二绘制模块，生成所述谐振腔的版图，所述第二绘制模板为所述谐振腔的绘制模板；绘制模块，用于利用布局模板合并所述比特电容的版图和所述谐振腔的版图，以形成量子芯片版图，所述布局模板包括第一位置信息和第二位置信息，所述第一位置信息为目标器件的位置信息，所述第二位置信息为所述比特电容的版图和所述谐振腔的版图之间的相对位置信息，所述目标器件为所述比特电容或者所述谐振腔。

25、在一种可选的实施方式中，所述第一确定模块，包括：第一确定单元，用于基于所述比特电容的第一单臂宽度、所述比特电容的第二单臂宽度和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度；或者，第二确定单元，用于基于第一参数和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度，所述第一参数为所述第一单臂宽度和所述第二单臂宽度的比值；或者，第三确定单元，用于基于所述比特电容的面积、所述第一单臂宽度和所述理论电容值，确定所述比特电容的所述单臂长度。

26、在一种可选的实施方式中，所述第一确定单元，包括：第一确定子单元，用于基于所述第一单臂宽度、所述第二单臂宽度和所述理论电容值，通过如下公式确定所述单臂长度：

27、

28、其中，l为所述单臂长度，ct为所述理论电容值，γ为预设的腔频率偏移值，εr为衬底介电常数，w为所述第一单臂宽度，wgap为所述第二单臂宽度。

29、在一种可选的实施方式中，所述第二确定单元，包括：第二确定子单元，用于基于所述第一参数和所述理论电容值，通过如下公式确定所述单臂长度：

30、

31、其中，l为所述单臂长度，ct为所述理论电容值，γ为预设的腔频率偏移值，εr为衬底介电常数，n为所述第一参数。

32、在一种可选的实施方式中，所述第三确定单元，包括：第三确定子单元，用于基于所述比特电容的面积和所述第一单臂宽度，通过如下公式确定所述单臂长度：

33、

34、其中，l为所述单臂长度，s为所述面积，w为所述第一单臂宽度。

35、在一种可选的实施方式中，所述第二确定模块，包括：第四确定单元，用于基于所述理论谐振频率、自由空间里微波的速率和衬底的介电常数，确定所述谐振腔的长度。

36、在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：第三处理模块，用于将所述比特电容的版图输入第一仿真模块，基于所述第一仿真模块的输出确定所述比特电容的仿真电容值；第一调整模块，用于在所述仿真电容值和所述理论电容值之间的第一差值大于或者等于预设电容值的情况下，调整所述比特电容的版图，使所述第一差值小于所述预设电容值；第四处理模块，用于将所述谐振腔的版图输入第二仿真模块，基于所述第二仿真模块的输出确定所述谐振腔的仿真谐振频率；第二调整模块，用于在所述仿真谐振频率和所述理论谐振频率之间的第二差值大于或者等于预设谐振频率的情况下，调整所述谐振腔的版图，使所述第二差值小于所述预设谐振频率；所述绘制模块，包括：第一绘制单元，用于利用所述布局模板合并调整后的所述比特电容的版图和调整后的所述谐振腔的版图。

37、在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：第三确定模块，用于基于所述比特电容的版图，确定所述比特电容的几何参数，所述几何参数包括所述比特电容的单臂长度、所述比特电容的第一单臂宽度、所述比特电容的第二单臂宽度、第一参数和所述比特电容的面积中的至少一项；第四确定模块，用于基于所述几何参数，确定所述比特电容的实际电容值。

38、在一种可选的实施方式中，所述第三确定模块还包括：第五确定单元，用于确定所述比特电容的版图的图像对应的多个像素点的坐标信息；第六确定单元，用于基于所述多个像素点的坐标信息，确定所述几何参数。

39、在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：第五确定模块，用于基于所述谐振腔的版图，确定所述谐振腔的长度；第六确定模块，用于基于所述谐振腔的长度，确定所述谐振腔的实际谐振频率。

40、在一种可选的实施方式中，所述第五确定模块还包括：第七确定单元，用于确定所述谐振腔的版图的图像对应的多个像素点的坐标信息；第八确定单元，用于基于所述多个像素点的坐标信息，确定所述谐振腔的长度。

41、第三方面，本发明提供了一种量子芯片版图的生成装置的优化方法，应用于客户端，所述客户端包括第一装置，所述第一装置为上述第二方面或其对应的任一实施方式的量子芯片版图的生成装置，所述第一装置中配置有第一版本号，所述方法包括：获取第二装置中配置的第二版本号，所述第二装置为存储在服务器中的量子芯片版图的生成装置；在所述第二版本号大于所述第一版本号的情况下，获取所述第二装置；基于所述第二装置对所述第一装置进行更新。

42、本实施例提供的量子芯片版图的生成装置的优化方法，通过获取第二装置中配置的第二版本号，并在第二版本号大于第一版本号的情况下，基于第二装置对第一装置进行更新，能够实时更新客户端装载的量子芯片版图的生成装置，提高生成装置的使用性能，同时便于生成装置的快速更新维护。

43、第四方面，本发明提供了一种量子芯片版图的生成装置的优化装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取第二装置中配置的第二版本号，所述第二装置为存储在服务器中的量子芯片版图的生成装置；第二获取模块，用于在所述第二版本号大于第一版本号的情况下，获取所述第二装置；更新模块，用于基于所述第二装置对第一装置进行更新。

44、第五方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的方法，或者执行上述第三方面或其对应的任一实施方式的方法。

45、第六方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的方法，或者执行上述第三方面或其对应的任一实施方式的方法。