CN115470916B - 量子器件、量子器件封装装置及量子计算机*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种量子器件、量子器件封装装置及量子计算机***，量子器件包括一基板；位于所述基板上的量子处理器，所述量子处理器包括多个电极，每个所述电极均用于接收驱动信号；位于所述基板上且连接各所述电极的多个第一信号传输电路；每个所述第一信号传输电路用于传输所述驱动信号；其中，多个所述第一信号传输电路在所述基板环上环绕所述量子处理器对称排布。本申请提高了量子器件的集成度和对量子处理器的驱动精度。

Description

量子器件、量子器件封装装置及量子计算机***

技术领域

本申请属于量子领域，特别是一种量子器件、量子器件封装装置及量子计算机***。

背景技术

半导体量子处理器及量子计算及其应用是国际研究的热点。半导体量子处理器通常工作于低温环境中，例如50mK温度，并采用PCB板或者封装装置承载半导体量子处理器固定在制冷机中，并通过测控线路接收各种测控信号。半导体量子处理器在工作时，需要提供多路测控信号，如直流驱动信号、微波驱动信号、读取信号等，且随着半导体量子处理器上量子点的数量增加，需要的驱动信号数量对应增加，使得封装在PCB或者封装装置上的测控线路越来越复杂、测控线路上的元器件数量越来越多，难以集成，且多个测控线路上的驱动信号容易相互串扰，影响半导体量子处理器的扩展和驱动精度。

因此，如何提高多位半导体量子处理器的集成和驱动精度成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种量子器件、量子器件封装装置及量子计算机***，提高了量子器件的集成度和对量子处理器的驱动精度。

本申请技术方案具体如下：

本申请的一方面提供了一种量子器件，包括：一基板；位于所述基板上的量子处理器，所述量子处理器包括多个电极，每个所述电极均用于接收驱动信号；位于所述基板上且连接各所述电极的多个第一信号传输电路；每个所述第一信号传输电路用于传输所述驱动信号；其中，多个所述第一信号传输电路在所述基板环上环绕所述量子处理器对称排布。

如上所述的量子器件，优选的，所述驱动信号包括第一直流驱动信号和/或微波驱动信号；所述第一信号传输电路包括依次连接的信号合成单元和第一信号传输线；

所述信号合成单元的第一输入端用于接收和传输所述第一直流驱动信号，所述信号合成单元的第二输入端用于接收和传输所述微波驱动信号；所述信号合成单元的输出端输出包括所述第一直流驱动信号和所述微波驱动信号的合成驱动信号；

所述第一信号传输线的第一端连接所述信号合成单元的输出端，所述第一传输线的第二端用于连接所述量子处理器的电极。

如上所述的量子器件，优选的，所述信号合成单元包括第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端接收所述第一直流驱动信号，所述第一电阻的第二端连接所述第一信号传输线的第一端；

所述第一电容的第一端用于接收所述微波驱动信号，所述第一电容的第二端连接所述第一信号传输线的第一端。

如上所述的量子器件，优选的，所述信号合成单元还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第二电容的第二端接地。

如上所述的量子器件，优选的，所述第一信号传输线包括微波同轴线。

如上所述的量子器件，优选的，还包括多个第一连接器，每个所述第一连接器分别连接所述信号合成单元的第二输入端，用于接收所述微波驱动信号。

如上所述的量子器件，优选的，所述第一连接器包括SMP连接器或SMA连接器或SSMA连接器。

如上所述的量子器件，优选的，还包括位于所述基板上且连接所述电极的多个第二信号传输电路，每个所述第二信号传输电路用于接收和传输第二直流驱动信号。

如上所述的量子器件，优选的，所述第二信号传输电路包括第二传输线和第三电容；

所述第二传输线的第一端用于接收所述第二直流驱动信号，所述第二传输线的第二端连接所述电极；

所述第三电容的第一端连接所述第二传输线的第一端，所述第三电容的第二端接地。

如上所述的量子器件，优选的，所述第二传输线包括微带线或带状线。

本申请另一方面提供一种量子器件封装装置，包括上述任一项所述的量子器件、以及封装壳体，所述量子器件位于所述封装壳体内。

本申请再一方面提供一种量子计算机***，包括上述的量子器件封装装置。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请提出一种量子器件，包括：一基板；位于所述基板上的量子处理器，所述量子处理器包括多个电极，所述电极用于接收驱动信号；位于所述基板上且连接所述量子处理器的电极的多个第一信号传输电路；每个所述第一信号传输电路用于传输第一直流驱动信号和/或微波驱动信号；其中，所述第一信号传输电路在所述基板环上环绕所述量子处理器对称排布。本申请通过第一信号传输电路将驱动量子处理器的第一直流驱动信号和/或微波驱动信号传输至量子处理器的电极，通过信号合成的原理减少线路和量子处理器的电极数量，并且将第一信号传输电路环绕量子处理器对称排布，削弱微波驱动信号之间的相互串扰，提高对量子处理器的驱动精度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种量子器件组成示意图；

图2为本申请实施例提供的一种第一信号传输电路示意图；

图3为本申请实施例提供的一种信号合成单元示意图1；

图4为本申请实施例提供的一种信号合成单元示意图2；

图5为本申请实施例提供的一种第二信号传输电路示意图1；

图6为本申请实施例提供的一种第二信号传输电路示意图2；

图7为本申请实施例提供的一种量子器件电路示意图。

附图标记说明：

1－基板，2－量子处理器，3－第一信号传输电路，4－第二信号传输电路，

21－电极，31－信号合成单元，32－第一传输线，41－第三电容，42－第二传输线，

311－第一电阻，312－第一电容，313－第二电容。

具体实施方式

以下详细描述仅是说明性的，并不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，无意受到前面的“背景技术”或“发明内容”部分或“具体实施方式”部分中呈现的任何明示或暗示信息的约束。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本申请提出一种量子器件，包括：一基板1；位于所述基板1上的量子处理器2，所述量子处理器2包括多个电极21，每个所述电极21均用于接收驱动信号；位于所述基板1上且连接各所述电极21的多个第一信号传输电路3；每个所述第一信号传输电路3用于传输一驱动信号；其中，多个所述第一信号传输电路3在所述基板1环上环绕所述量子处理器2对称排布。

量子处理器2通常包括超导体系、半导体系、离子井或其他体系，本实施例的量子处理器2以半导体量子处理器为示例。半导体量子处理器是在半导体材料上通过电压驱动信号束缚形成若干个量子点的处理器，并通过微波驱动信号操控量子点实现量子运算，因此，量子处理器2上包括多个电极21，通过电极21连接信号源接收驱动信号。量子处理器2通常工作于极低温环境中，例如40mK，为量子处理器2提供驱动信号的信号源通常工作于室温环境，量子处理器2与信号源之间的传输线路很长，设置多个第一信号传输电路3接收驱动信号，并将驱动信号传输至量子处理器2的各个电极21。

其中，量子处理器2和第一信号传输电路3均集成在一基板1上，第一信号传输电路3在基板1上的环绕量子处理器2排布，随着量子处理器2的位数增多，在基板1上量子处理器2的四周对应增加第一信号传输电路3，有效的利用基板1上的空间，便于集成和扩展。并且第一信号传输电路3环绕量子处理器2对称排布，使得第一信号传输电路3中电子元件和传输线长度也是对称的，进而使得第一信号传输电路3传输驱动信号时，削弱微波驱动信号之间的相互串扰，提高对量子处理器2的驱动精度。

如图2所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述驱动信号包括第一直流驱动信号和/或微波驱动信号；所述第一信号传输电路3包括依次连接的信号合成单元31和第一信号传输线；所述信号合成单元31的第一输入端用于接收和传输所述第一直流驱动信号，所述信号合成单元31的第二输入端用于接收和传输所述微波驱动信号；所述信号合成单元31的输出端输出包括所述第一直流驱动信号和所述微波驱动信号的合成驱动信号；所述第一信号传输线的第一端连接所述信号合成单元31的输出端，所述第一传输线31的第二端用于连接所述量子处理器2的电极21。

为了确保量子处理器2的工作需要提供第一直流驱动信号和微波驱动信号，其中，第一直流驱动信号为电压信号，用于形成量子处理器2上的量子点，微波驱动信号为微波信号，用于调控量子点的状态，电压信号和微波信号需要通过不同的信号源提供，采用信号合成单元31的两个输入端分别接收第一直流驱动信号和微波驱动信号，并通过一个输出端输出，再通过第一传输线31传输至量子处理器2的电极21。通过采用信号合成单元31实现两种信号的合成传输减少量子处理器2的电极21数量，降低了量子处理器2的扩展难度。

如图3所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述信号合成单元31包括第一电阻311和第一电容312；所述第一电阻311的第一端接收所述第一直流驱动信号，所述第一电阻311的第二端连接所述第一信号传输线的第一端；所述第一电容312的第一端用于接收所述微波驱动信号，所述第一电容312的第二端连接所述第一信号传输线的第一端。采用第一电容312接收微波驱动信号，利用电容的隔直流作用确保第一直流驱动信号沿着第一电阻311的第二端流向第一传输线31的第一端；并采用第一电阻311接收第一直流驱动信号，利用电阻的阻抗匹配使得微波驱动信号沿着第一电容312的第二端流向第一传输线31的第一端，确保第一直流驱动信号和微波驱动信号均沿着第一传输线31传输至量子处理器2的电极21。通过采用RC电路实现第一直流驱动信号和微波驱动信号合成和传输，成本低、易于集成。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述信号合成单元31还包括第二电容313，所述第二电容313的第一端连接所述第一电阻311的第一端，所述第二电容313的第二端接地。第一电阻311的第一端用于接收第一直流驱动信号，采用第二电容313连接第一电阻311的第一端，并将第二电容313的第二端接地，实现对第一直流驱动信号的滤波作用，确保第一直流驱动信号的稳定性。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一信号传输线包括微波同轴线。微波同轴线抗干扰能力强，在极低温环境下性能稳定，采用微波同轴线传输第一直流驱动信号和微波驱动信号，确保信号的稳定性。

作为本申请实施例的一种实施方式，还包括多个第一连接器，每个所述第一连接器分别连接所述信号合成单元31的第二输入端，用于接收所述微波驱动信号。微波驱动信号为高频信号，每一路微波驱动信号均采用单独的第一连接器传输，降低信号之间的串扰。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述第一连接器包括SMP连接器或SMA连接器或SSMA连接器。在通信领域，信号连接器的种类有多种，在本实施例中，第一连接器优先SMP连接器或SMA连接器或SSMA连接器，尺寸小，易于集成在基板1上，而且结构、性能稳定，在其他实施例中还可选用其它具有类似功能的器件，在此不做限制。

如图5所示，作为本申请实施例的一种实施方式，还包括位于所述基板1上且连接所述电极21的多个第二信号传输电路4，每个所述第二信号传输电路4用于接收和传输第二直流驱动信号。量子处理器2采用半导体系时，形成每个量子点均需要多个电压驱动信号，对于半导体量子处理器来说，需要的电压驱动信号的数量远远多于微波驱动信号的数量，除了采用第一信号传输电路3传输直流驱动信号以外，还采用第二信号传输电路4接收和传输第二直流驱动信号至量子处理器2的电极21，确保为更多位的量子处理器2提供驱动信号。

如图6所示，作为本申请实施例的一种实施方式，所述第二信号传输电路4包括第二传输线42和第三电容41；所述第二传输线42的第一端用于接收所述第二直流驱动信号，所述第二传输线42的第二端连接所述电极21；所述第三电容41的第一端连接所述第二传输线42的第一端，所述第三电容41的第二端接地。采用第三电容41连接第二传输线42的第一端，并将第三电容41的第二端接地，实现对第二直流驱动信号的滤波作用，确保第二直流驱动信号的稳定性，并通过第二传输线42传输至量子处理器2的电极21，实现对量子处理器2的驱动。

如图7所示电路图为本实施例的一种量子器件的电路示意图，包括量子处理器2、与量子处理器2的电极连接的多个第一信号传输电路3和多个第二信号传输电路4，每个第一信号传输电路均通过单独的第一连接器接收第一直流驱动信号和/或微波驱动信号；每个第二信号传输电路4均用于接收第一直流驱动信号，因此采用排针式连接器，一个排针式连接器连接多个第二信号传输电路4。可以理解的是，第一信号传输电路3传输的为高频驱动信号，第二信号传输电路4传输的是低频直流驱动信号，根据驱动信号的类型分别设置对应的信号传输电路并分别采用对应的信号连接器，提高驱动信号的传输质量，进而提高对量子处理器2的驱动精度。

此外，第一信号传输电路3在基板上的环绕量子处理器2排布，随着量子处理器2的位数增多，在基板1上量子处理器2的四周对应增加第一信号传输电路3，有效的利用基板的空间，便于集成和扩展，并且第一信号传输电路3环绕量子处理器2对称排布，使得第一信号传输电路3中电子元件和传输线长度也是对称的，进而使得第一信号传输电路3传输驱动信号时，削弱微波驱动信号之间的相互串扰，进一步提高对量子处理器2的驱动精度。

作为本申请实施例的一种实施方式，所述第二传输线42包括微带线或带状线。在本实施例中，第二传输线42上传输的第二直流驱动信号为直流电压信号，采用微带线或带状线集成在基板1上进行信号传输，易于布线和集成。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供一种量子器件封装装置，其包括任一项上述的量子器件、以及封装壳体，所述量子器件位于所述封装壳体内。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供一种量子计算机***，包括上述的量子器件封装装置。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种量子器件，其特征在于，包括：

一基板；

位于所述基板上的量子处理器，所述量子处理器包括多个电极，每个所述电极均用于接收驱动信号；所述驱动信号包括第一直流驱动信号和/或微波驱动信号；

位于所述基板上且连接各所述电极的多个第一信号传输电路，所述第一信号传输电路包括依次连接的信号合成单元和第一信号传输线，所述信号合成单元的第一输入端和第二输入端分别接收第一直流驱动信号和微波驱动信号，输出端输出包括第一直流驱动信号和微波驱动信号的合成驱动信号，并通过所述第一信号传输线传输至所述电极；

其中，多个所述第一信号传输电路在所述基板上环绕所述量子处理器对称排布；

位于所述基板上且连接所述电极的多个第二信号传输电路；其中，所述第一信号传输电路传输高频驱动信号，第二信号传输电路传输低频直流驱动信号。

2.根据权利要求1所述的量子器件，其特征在于，所述信号合成单元包括第一电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端接收所述第一直流驱动信号，所述第一电阻的第二端连接所述第一信号传输线的第一端；

所述第一电容的第一端用于接收所述微波驱动信号，所述第一电容的第二端连接所述第一信号传输线的第一端。

3.根据权利要求2所述的量子器件，其特征在于，所述信号合成单元还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第二电容的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的量子器件，其特征在于，所述第一信号传输线包括微波同轴线。

5.根据权利要求1所述的量子器件，其特征在于，还包括多个第一连接器，每个所述第一连接器分别连接所述信号合成单元的第二输入端，用于接收所述微波驱动信号。

6.根据权利要求5所述的量子器件，其特征在于，所述第一连接器包括SMP连接器或SMA连接器或SSMA连接器。

7.根据权利要求1所述的量子器件，其特征在于，所述第二信号传输电路包括第二传输线和第三电容；

所述第二传输线的第一端用于接收第二直流驱动信号，所述第二传输线的第二端连接所述电极；

所述第三电容的第一端连接所述第二传输线的第一端，所述第三电容的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的量子器件，其特征在于，所述第二传输线包括微带线或带状线。

9.一种量子器件封装装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的量子器件、以及封装壳体，所述量子器件位于所述封装壳体内。

10.一种量子计算机***，其特征在于，包括权利要求9所述的量子器件封装装置。