CN115577779B - 超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置 - Google Patents

超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置，涉及量子计算技术领域，具体涉及超导量子芯片技术领域。具体实现方案为：获取第一量子芯片的结构版图，第一量子芯片包括M个第一量子器件；基于结构版图，确定M个第一量子器件在第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息；基于第一器件电感能量占比、第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵；基于第一变换矩阵和预先确定的第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定第一量子芯片的第一裸态信息。

Description

超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及超导量子芯片技术领域，具体涉及一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置。
背景技术
随着超导量子芯片的规模化发展，除了对于微纳加工技术提出更高要求之外，在正式流片前对芯片的仿真验证也至关重要。仿真验证的目的是尽可能真实地描述出芯片的特征参数，使得研究人员可以在设计阶段更好地预测芯片的性能指标，减少量子芯片微纳加工的试错成本。
目前，对于超导量子芯片的仿真验证通常是通过等效电路法，即将超导量子芯片等效为电路模型，并基于等效电路模型进行超导量子芯片的仿真验证，从而得到超导量子芯片版图中多体***的裸态信息。
发明内容
本公开提供了一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法及装置。
根据本公开的第一方面，提供了一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法，包括：
获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
根据本公开的第二方面，提供了一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置，包括：
获取模块，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块，用于基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块，用于基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块，用于基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。
根据本公开的技术解决了超导量子芯片的仿真验证效果比较差的问题，提高了超导量子芯片的仿真验证效果，从而提高了超导量子芯片版图中多体***的裸态信息的确定准确性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1是根据本公开第一实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法的流程示意图；
图2是包含三个量子比特的QCQ结构的版图；
图3是本公开提供的一具体示例的流程示意图；
图4是不同耦合器电感值下量子器件的裸态频率的结果对比图；
图5是不同耦合器电感值下不同量子器件之间的耦合强度对比图；
图6是不同耦合器电感值下量子比特之间的等效耦合强度对比图；
图7是根据本公开第二实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置的结构示意图；
图8是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
第一实施例
如图1所示，本公开提供一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法，包括如下步骤：
步骤S101：获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结。
其中，M为大于2的整数。
本实施例中，超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及超导量子芯片技术领域，其可以广泛应用于超导量子芯片的仿真验证场景下。本公开实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法，可以由本公开实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置执行。本公开实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法。
该步骤中，第一量子芯片可以为任一量子芯片，量子芯片可以为超导量子芯片，作为超导电路技术方案的核心载体，超导量子芯片的研发至关重要。与经典芯片类似，在正式生产和加工之前，超导量子芯片也需要一个完整的结构版图。该结构版图包含了量子芯片的所有核心器件、控制线、读取线等信息。
第一量子芯片可以包括M个第一量子器件，M为大于2的整数，如三个第一量子器件(如三个量子比特)、四个第一量子器件，其对应一个多体***。以下实施例中，将以三个第一量子器件均为量子比特为例进行详细说明，其中，三个第一量子器件中均包括约瑟夫森结，且每两个第一量子器件之间相互耦合。
超导量子芯片的仿真验证是设计阶段不可或缺的一环，相关技术中，通常可以采用等效电路法对超导量子电路进行仿真验证，具体可以将量子芯片版图中的连续导体视作等势体，并按照节点电势法进行等效电路建模，节点之间用电容或者电感连接；之后通过电磁场仿真软件仿真出节点间的电容、电感等参数；对等效电路模型进行量子化得到表征量子芯片体系的完整哈密顿量，并且可以同时获取到相关的裸态下特征参数，从而实现对超导量子芯片的仿真验证。然而，等效电路法采取的近似较多，等效电路法将连续导体视为等势体，在高频电磁场下，连续导体不能被视作一个等势体，因此该方法会与真实的物体环境有所差别，计算结果也会有一定差距。
相关技术中，对于量子芯片的性能仿真验证任务，也可以采用经典能量占比(Energy Participation Ratio，EPR)方法，其采用了高频电磁场仿真，并对仿真数据进行后处理得到量子芯片的特征参数，虽然该方法考虑到了高频电磁场的影响，但是获取的特征参数不够全面，只能得到缀饰态对应的特征参数(如缀饰态频率、非线性参数)，无法获取到裸态下的特征参数。而且该方法适用范围小，仅可用于仿真量子器件间均处于色散耦合(量子器件间的频率差远大于耦合强度)的情况，对于近共振(量子器件间的频率差与耦合强度同数量级)等其他情况均无法解决。
本实施例的目的即在于：确定超导量子芯片版图中，各个第一量子器件的器件电感能量占比(inductance Energy Participation Ratio，iEPR)和符号信息，该器件电感能量占比(iEPR)和符号信息可以作为连接第一量子芯片物理体系中的裸态信息与缀饰态信息之间的桥梁，利用器件电感能量占比和符号信息能够完整构建出裸态与缀饰态的哈密顿量之间的变换矩阵，从而基于该变换矩阵和缀饰态信息确定超导量子芯片版图中多体***的裸态信息。
其中，裸态信息可以包括裸态下各个量子器件的本征频率、每两个量子器件之间的耦合强度等。
在核心器件中，最重要的器件之一就是量子比特。在实际版图中，量子比特通常由共面电容和约瑟夫森结共同构成。在实践中，会设计一个衬底(通常由硅或者蓝宝石实现)，在衬底上镀一层铝膜，通过在铝膜上刻蚀不同的形状来形成量子比特的电容，且非线性器件约瑟夫森结会设计在两个金属板之间。
下面介绍一下超导量子芯片的基本构成，如图2所示，为一个“量子比特-耦合器-量子比特”结构的版图，在该结构版图中，十字结构表示该器件的自电容部分，十字结构底下的黑色方块表示约瑟夫森结，在仿真中可以通过一个集总电感来模拟。左右两侧的结构为量子比特，中间的十字为耦合器(也是一个量子比特)，共同组成了一个三体量子比特的多体***。
第一量子芯片的结构版图的获取方式包括但不限于获取预先存储的版图、获取用户输入的量子芯片版图。
步骤S102：基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系。
该步骤中，第一器件电感器件占比为本征模式下存储在第一量子器件中的第一电感能量相对于本征模式下存储在第一量子芯片中的第二电感能量的占比。
其中，针对每个第一量子器件，其均对应有第一器件电感能量占比，量子器件对应的器件电感能量占比可以包括量子器件在量子芯片的每个本征模式下的器件电感能量占比。
由于各个量子器件的耦合，量子芯片可以包括多个本征模式，其本征模式的数量通常与量子器件的数量相关，如量子芯片包括三个量子器件时，通常可以包括三个本征模式，三个本征模式可以与三个量子器件一一对应。
相应的，当第一量子芯片中包括三个第一量子器件时，这三个第一量子器件在第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比的数量为9个，分别为p11、p12、p13、p21、p22、p23、p31、p32和p33。
如本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比可以表示为pmk，本征模式m中量子器件k的器件电感能量占比如下式(1)所示。
Figure GDA0004258054540000061
其中，
Figure GDA0004258054540000062
为本征模式m下存储在量子器件k的第一电感能量，/>
Figure GDA0004258054540000063
为本征模式m下存储在量子芯片中的第二电感能量。
在一可选实施方式中，可以将该结构版图置于电磁场仿真环境中进行第一量子芯片的仿真，得到仿真输出信息，该仿真输出信息可以包括第一量子芯片的等效电路模型的相关参数信息，如电容、电感信息等。可以基于第一量子芯片的等效电路模型的相关参数信息，基于相关参数信息，采用哈密顿量建模方式确定M个第一量子器件在各个本征模式下的第一器件电感能量占比。
在另一可选实施方式中，可以对该结构版图进行高频电磁场仿真，即对输入的版图进行本征模式求解，得到仿真输出信息，该仿真输出信息可以包括第一量子芯片在高频电磁场的本征模式下的缀饰态信息，缀饰态信息可以为第一量子芯片所构成的量子***的本征态信息，为各个第一量子器件相互耦合的整体量子***的信息表征。缀饰态信息可以包括第一量子芯片本征模式的频率和电磁场分布信息等，电磁场分布信息可以表征第一量子芯片在不同本征模式下辐射在空间中的电磁场分布，如电磁场分布信息可以包括本征模式m在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004258054540000071
磁场强度峰值分布/>
Figure GDA0004258054540000072
以及量子芯片的表面电流密度/>
Figure GDA0004258054540000073
等。之后，可以基于电磁场分布信息，确定M个第一量子器件在各个本征模式下的第一器件电感能量占比。
第一符号信息指示本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系。其中，预设参考方向可以为标准笛卡尔坐标系下的参考方向，默认参考方向为标准笛卡尔坐标系的各个正方向，对于所有的第一量子器件默认参考方向均统一。
第一符号信息指示本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系包括两种情况，分别为同向和反向，且同向和反向时，第一符号信息不同。在一可选实施方式中，第一符号信息为1时指示本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向为同向，第一符号信息为-1时指示本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向为反向。
可以基于电磁场分布信息，确定M个第一量子器件在各个本征模式下的第一符号信息。其中，本征模式m下量子器件k的符号信息可以表示为smk，当第一量子芯片中包括三个第一量子器件时，这三个第一量子器件在第一量子芯片的各个本征模式下的第一符号信息的数量为9个，分别为s11、s12、s13、s21、s22、s23、s31、s32和s33。
步骤S103：基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息。
下面步骤中，可以利用仿真得到的数据、iEPR以及第一符号信息，确定第一量子芯片的第一裸态信息。
在多体***中，可以结合符号信息，确定第一关系，第一关系为变换矩阵与，器件电感能量占比和符号信息的关系，变换矩阵用U表示，可以作为多体***下缀饰态信息和裸态信息之间的桥梁，第一关系用下式(2)表示。
Figure GDA0004258054540000081
可知，为了确定第一变换矩阵，需要得到M个第一量子器件在各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，将其代入至第一关系中，即可得到第一变换矩阵。
步骤S104：基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
该步骤中，第一缀饰态信息可以包括第一量子芯片的不同本征模式m对应的本征频率ω′ m。可以基于第一量子芯片的不同本征模式m对应的本征频率ω′ m，确定第一量子芯片在缀饰态下哈密顿量的表征矩阵，利用第一变换矩阵对缀饰态下哈密顿量的表征矩阵进行逆变换，可以得到第一裸态信息。其中，第一裸态信息可以包括M个第一量子器件的本征频率、每两个第一量子器件之间的耦合强度等。
本实施例中，通过获取第一量子芯片的结构版图；基于结构版图，确定M个第一量子器件在各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息；基于第一器件电感能量占比、第一符号信息和第一关系，确定第一变换矩阵；基于第一变换矩阵和第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定第一量子芯片的第一裸态信息。如此，可以利用量子器件在本征模式下的器件电感能量占比和符号信息，基于量子芯片版图中多体***的缀饰态信息实现对量子芯片版图中多体***的裸态信息的确定，从而可以实现对包含有多个量子器件的量子芯片版图的仿真验证，提高包含有多个量子器件的量子芯片版图的设计效率和准确性。并且，量子芯片版图中可以不限制量子器件所处的频率区间，适用范围更广。对于量子芯片设计阶段的特征参数验证工作有着重要的实用价值。
可选的，所述步骤S102具体包括：
对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的电磁场分布信息；
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一器件电感能量占比和所述第一符号信息。
本实施方式中，可以对该结构版图进行有限元方法的高频电磁场仿真，即对输入的版图进行本征模式求解，得到第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的第一缀饰态信息，第一缀饰态信息可以包括第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的电磁场分布信息。
电磁场分布信息可以表征第一量子芯片在不同本征模式下辐射在空间中的电磁场分布，如电磁场分布信息可以包括本征模式m在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004258054540000091
磁场强度峰值分布/>
Figure GDA0004258054540000092
以及第一量子芯片的表面电流密度/>
Figure GDA0004258054540000093
等。
之后，可以基于电磁场分布信息，确定第一器件电感能量占比。本实施方式中，通过采用高频电磁场仿真，采取的近似更少，考虑了高频电磁场所带来的导体自身的电感效应，更加接近实际情况，准确性更高，同时适用于全频率区间(不同器件间的频率差可以处于任意区间)的耦合情况，对于超导量子芯片设计与仿真有着重要的实用价值。
并且，可以基于电磁场分布信息，确定各个本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流，比对电流的方向与预设参考方向的正反关系，实现第一符号信息的确定。
可选的，所述电磁场分布信息包括本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第一符号信息通过如下方式确定：
基于所述电流密度，确定本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流；
基于所述电流，确定所述第一符号信息。
本实施方式中，电磁场分布信息可以包括本征模式下第一量子芯片表面上的电流密度，用
Figure GDA0004258054540000101
表示。
基于电流密度，采用下式(3)确定本征模式m下量子器件k的约瑟夫森结上的电流Imk。
Figure GDA0004258054540000102
其中，k为1,2,…,M，
Figure GDA0004258054540000103
为量子器件k的约瑟夫森结在版图中表示为等效集总电感时的长度，上式(25)的积分范围是/>
Figure GDA0004258054540000104
表示积分面积为版图中约瑟夫森结等效电感的面积，以上为约瑟夫森结的参量信息，均为已知量。
在确定得到各个本征模式下第一量子器件的约瑟夫森结上的电流的情况下，可以比对电流的方向与预设参考方向的正反关系，如正反关系为同向时，确定第一符号信息为1，正反关系为反向时确定第一符号信息为-1，第一符号信息也可以根据正反关系反向设置，这里不进行具体限定，如此可以实现第一符号信息的确定。
可选的，所述基于所述电流，确定所述第一符号信息，包括：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述第一符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述第一符号信息确定为-1。
其中，Imk＞0时，电流指示的方向与预设参考方向同向，smk＝1，Imk＜0时，电流指示的方向与预设参考方向反向，smk＝-1。如此，可以实现第一符号信息的确定。
可选的，所述第一器件电感能量占比通过如下方式确定：
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在各个本征模式下的电磁场能量信息；
基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述第一器件电感能量占比。
本实施方式中，可以基于本征模式m在空间中的电场强度峰值分布
Figure GDA0004258054540000111
磁场强度峰值分布/>
Figure GDA0004258054540000112
以及第一量子芯片的表面电流密度/>
Figure GDA0004258054540000113
等，结合第一量子芯片的相关参数信息(如第一量子器件的约瑟夫森结的参量信息、电场辐射信息和磁场辐射信息等)确定第一量子芯片在各个本征模式下的电磁场能量信息。其中，电磁场能量信息可以包括不同本征模式m在量子器件k的约瑟夫森结上的电感能、不同本征模式m在空间中总的电场能、不同本征模式m在空间中总的磁场能等。
在得到电磁场能量信息的基础上，可以基于该电磁场能量信息，确定第一量子芯片中各个第一量子器件在不同本征模式下的第一器件电感能量占比。如此，可以基于高频电磁场仿真的方式，实现对器件电感能量占比的确定。
以下详细介绍如何基于电磁场分布信息，实现对器件电感能量占比的确定。
电磁场分布信息可以包括第一量子芯片的表面电流密度
Figure GDA0004258054540000114
可以基于电流密度和第一量子器件的约瑟夫森结的参量信息，确定本征模式m下量子器件k的约瑟夫森结上的电感能，用下式(4)表示。
Figure GDA0004258054540000115
其中，k为1,2,…,M，
Figure GDA0004258054540000116
为量子器件k的约瑟夫森节的电感，/>
Figure GDA0004258054540000117
为量子器件k的约瑟夫森结在版图中表示为等效集总电感时的长度，上式(4)的积分范围是/>
Figure GDA0004258054540000118
表示积分面积为版图中约瑟夫森结等效电感的面积，以上为约瑟夫森结的参量信息，均为已知量。
电磁场分布信息可以包括本征模式下第一量子芯片辐射在空间中的电场强度峰值分布，可以基于电场强度峰值分布
Figure GDA0004258054540000119
和第一量子芯片的电场辐射信息，确定本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的电场能，用下式(5)所示。
Figure GDA00042580545400001110
其中，
Figure GDA0004258054540000121
表示电场强度峰值分布的复共轭，/>
Figure GDA0004258054540000126
表示空间中不同位置处的介电张量，上式(5)的积分范围是V，V表示空间体积，以上为电场辐射信息，均为已知量。
另外，电磁场分布信息可以包括本征模式下第一量子芯片辐射在空间中的磁场强度峰值分布
Figure GDA0004258054540000122
可以基于磁场强度峰值分布和第一量子芯片的磁场辐射信息，确定本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，用下式(6)所示。
Figure GDA0004258054540000123
其中，
Figure GDA0004258054540000124
表示磁场强度峰值分布的复共轭，/>
Figure GDA0004258054540000125
表示空间中不同位置处的磁导率张量，上式(6)的积分范围是V，V表示空间体积，以上为磁场辐射信息，均为已知量。
之后，可以基于电磁场能量信息，确定第一电感能量和第二电感能量，如可以基于本征模式m下量子器件k的约瑟夫森结上的电感能、本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的电场能和本征模式m下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，确定第一电感能量和第二电感能量。
在一可选实施方式中，第一电感能量可以按照本征模式下不同量子器件的约瑟夫森结上的电感能比例分配该本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，从而确定第一电感能量。在另一可选实施方式中，可以按照量子器件在不同本征模式下的约瑟夫森结的电感能占比进行空间中的磁场能分配，从而确定第一电感能量。
在一可选实施方式中，第二电感能量可以确定为本征模式下第一量子芯片储存的总电容能。在另一可选实施方式中，第二电感能量可以确定为本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的电场能。
之后，可以将第一电感能量和第二电感能量的比值确定为第一器件电感能量占比。如此，可以基于电磁场分布信息实现对第一器件电感能量占比的确定。
可选的，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第一电感能量通过如下方式确定：
基于所述本征模式下所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成M个部分，得到所述本征模式下所述M个第一量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，每个部分的磁场能量为第二磁场能量，任意两个第一量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
针对每个第一量子器件，将所述第一量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
本实施方式中，可以按照本征模式下不同量子器件的约瑟夫森结上的电感能比例分配该本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能。具体的，第三电感能量即是上式(4)确定的电感能，第一磁场能量即是由上式(6)确定的磁场能，可以针对每个本征模式，基于该本征模式下M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，按照比例分配该本征模式下第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能。
如针对每个第一量子器件，可以按照第三电感能量在M个第一量子器件的约瑟夫森结上的电感能的总和中所占的百分比例，确定每个部分的第二磁场能量；第二磁场能量为第一磁场能量与该百分比例的乘积。
其中，空间中的磁场能分配比例为
Figure GDA0004258054540000131
k1和k2分别表示不
同的两个第一量子器件，不同量子器件上分配的磁场能之和等于本征模式m中第一量子芯片辐射在空间中总的磁场能，用
Figure GDA0004258054540000133
表示。
之后，针对每个第一量子器件，将本征模式下该第一量子器件在约瑟夫森结上的电感能与分配的磁场能进行加和，得到本征模式下存储在该第一量子器件中的第一电感能量，用
Figure GDA0004258054540000134
表示。如此，可以实现第一电感能量的确定。
可选的，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第二电感能量通过如下方式确定：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
本实施方式中，电磁场中电感能、电容能、电场能、磁场能的关系可以为
Figure GDA0004258054540000135
Figure GDA0004258054540000136
表示本征模式m中储存的总电感能，/>
Figure GDA0004258054540000137
表示本征模式m下储存的总电容能，/>
Figure GDA0004258054540000138
表示本征模式m在空间中的总电场能，/>
Figure GDA0004258054540000139
表示本征模式m在空间中总的磁场能，/>
Figure GDA00042580545400001310
表示本征模式m在kinetic电感中存储的能量，约瑟夫森结的等效集总电感就属于kinetic电感。
可知，本征模式m中储存的总电感能与本征模式m在空间中总的电场能相等，因此，可以将第一电场能量确定为第二电感能量，实现第二电感能量的确定。
相应的，根据电磁场能量信息中的电场能，采用上式(1)确定本征模式下量子器件k的器件电感能量占比，
Figure GDA0004258054540000141
可选的，所述步骤S103之前，所述方法还包括：
确定第二关系，所述第二关系为量子器件在量子芯片的本征模式下的器件电感能量占比与预先构造的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
基于所述第二关系和符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系；
其中，变换矩阵为块对角矩阵，变换矩阵中两个对角块的子矩阵相等。
可选的，所述第二关系为：
Figure GDA0004258054540000142
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
可选的，所述确定第二关系，包括：
确定第三关系和第四关系，所述第三关系为本征模式下存储在量子器件中的电感能量与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第四关系为本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与量子芯片在缀饰态下第一哈密顿量的关系；
基于所述第三关系和所述第四关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第二目标信息的第五关系，所述第二目标信息包括所述电感参量和所述第一哈密顿量；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第五关系进行变换，得到第二关系。
可选的，所述基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，包括：
确定所述电感参量与量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第六关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
确定量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第八关系；
基于所述第六关系、所述第七关系和所述第八关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可选的，所述第七关系包括：xk＝u1kx1′+u2kx2′+…+uMkx′M，k∈{1,2,…,M}；
其中，xk为量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符，x1′，x2′，…，x′M为量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符。
可选的，所述对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量，包括：
对所述第一哈密顿量进行二次量子化，得到所述第一哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
本实施方式中，通常存在幺正变换矩阵，可以将第一量子芯片在裸态下哈密顿量的表征参量
Figure GDA0004258054540000152
转换为缀饰态下哈密顿量的表征参量/>
Figure GDA0004258054540000151
用下式(7)表示。
Figure GDA0004258054540000161
其中，ω′1、ω′2、…、ω′M为不同本征模式对应的本征频率，U为变换矩阵，易知该变换矩阵是一个块对角矩阵，为了满足
Figure GDA00042580545400001610
的对易关系，两个对角块的子矩阵相等，因此，预先构造的变换矩阵可以用下式(8)表示。
Figure GDA0004258054540000162
其中，其矩阵大小为2M×2M，针对对角块的子矩阵，本征模式m对应行量子器件k对应列的元素用umk表示。
针对本征模式m下量子器件k，其目标元素即为umk。
在一可选实施方式中，第二关系可以为
Figure GDA0004258054540000163
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
以下详细阐述第二关系的确定过程。
根据量子力学的原理，量子力学量的期望值可以与经典值对应，可以得到第三关系和第四关系，分别用下式(9)和(10)表示。
Figure GDA0004258054540000164
Figure GDA0004258054540000165
其中，上式(9)和(10)中，
Figure GDA0004258054540000169
表示量子力学中本征模式m下量子器件k(k为1、2、…、M)的电感能期望值，/>
Figure GDA0004258054540000167
为量子芯片的电容能，电容能与空间中的电场能相等，/>
Figure GDA0004258054540000168
表示量子力学中本征模式m下量子芯片的总能量期望值，总能量包含电感能和电容能，而电容能与电感能相等，因此，总能量期望值等于二倍的电感能，/>
Figure GDA0004258054540000171
为量子芯片在缀饰态表象下的哈密顿量即第一哈密顿量。
基于iEPR在量子理论层面的定义，基于第三关系和第四关系，可以得到第五关系，如下式(11)所示。
Figure GDA0004258054540000172
进一步的，电感参量与量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第六关系可以为
Figure GDA0004258054540000173
而对于变换矩阵，其可以建立裸态表象下一次量子化的哈密顿量算符与缀饰态表象下的一次量子化的哈密顿量算符之间的联系，如下式(12)所示。
Figure GDA0004258054540000174
其中，x1、x2、…、xM、p1、p2、…、pM为裸态表象下的一次量子化的哈密顿量算符(即裸态下哈密顿量的一次量子化算符)，x1′、x2′、…、xM′、p1′、p2′、…、pM′为缀饰态表象下的一次量子化的哈密顿量算符(即缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符)。
从上式(12)可以得出裸态表象下一次量子化的哈密顿量算符和缀饰态表象下一次量子化的哈密顿量算符之间的关系(即第七关系)，如下式(13)所示。
xk＝u1kx1′+u2kx2′+…+uMkx′M，k∈{1,2,…,M} (13)
其中，xk为量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符，x1′，x2′，…，x′M为量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符，u1k、u2k、…、uMk为变换矩阵中，对角块的子矩阵中第k列元素。
进一步的，可以确定缀饰态表象下一次量子化的哈密顿量算符和二次量子化的哈密顿量算符(即缀饰态下哈密顿量的二次量子化算符)之间的关系(即第八关系)。
之后，可以基于第六关系、第七关系和第八关系，将电感参量即
Figure GDA0004258054540000181
转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可以根据量子光学的相关原理，基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量。其中，第一目标参量是基于目标元素的参量。
可以从第一量子芯片在缀饰态下的第一哈密顿量出发，对其进行二次量子化，可以得到第一哈密顿量的二次量子化算符表征，之后，可以根据量子光学的相关原理，对第一哈密顿量的二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
相应的，基于第一目标参量和第二目标参量，采用上式(11)，可以得到本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比与目标元素的关系(即第二关系)，如下式(14)所示。
Figure GDA0004258054540000182
如此，可以实现第二关系的确定。
由U矩阵的幺正性可知，iEPR有如下式(15)所示的归一化特性。
∑mpmk＝∑kpmk＝1(15)
即对于U中对角块的子矩阵，其行中元素的和为1，以及其列中元素的和为1。
之后，从上式(14)可知，iEPR与变换矩阵U有如式(14)的对应关系，因此
Figure GDA0004258054540000183
要利用iEPR确定出变换矩阵U，还缺少对于矩阵元素正负号的判断。
可以引入符号信息smn，用来表示变换矩阵U中元素的正负号，因此，可以基于第二关系和符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到如上式(2)所示的第一关系，第一关系中
Figure GDA0004258054540000184
如此，可以实现第一关系的确定。
可选的，所述步骤S104具体包括：
基于所述第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片在缀饰态下一次量子化后的哈密顿量的第一表征矩阵；
基于所述第一变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述第一量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征矩阵；
基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息。
本实施方式中，第一缀饰态信息可以包括第一量子芯片的不同本征模式m对应的本征频率ω′ m，基于本征频率ω′ m，可以得到第一量子芯片在缀饰态下一次量子化后的哈密顿量的第一表征矩阵，用下式(16)表示。
Figure GDA0004258054540000191
基于第一变换矩阵，对第一表征矩阵进行逆变换，用下式(17)表示。
Figure GDA0004258054540000192
基于上式(17)，可以得到第一量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征矩阵，相应的，可以基于第二表征矩阵，确定第一裸态信息。如此，可以基于第一变换矩阵，实现第一裸态信息的确定。
可选的，所述基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息，包括：
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第九关系，确定每个第一量子器件的第一本征频率和所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合信息，所述第九关系为量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量与第三目标信息的关系，所述第三目标信息包括量子器件的本征频率和量子器件之间的耦合信息，所述耦合信息基于量子器件之间的耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度；
其中，所述第一裸态信息包括所述第一本征频率和所述第一耦合强度中的至少一项。
本实施方式中，可以首先确定第九关系，第九关系用于确定量子芯片在裸态下哈密顿量的表征矩阵，其是量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量与，量子器件的本征频率和量子器件之间的耦合信息(即耦合项)之间的关系。
第九关系的确定过程如下：
对于一个有M个量子器件的多体***，量子器件两两之间存在电容耦合，其裸态表象下的哈密顿量可以写为如下式(18)所示。
Figure GDA0004258054540000201
其中，Qi为电荷量，Φi为电感磁通量，Ci、Cj和Cg,ij为电容，Li为电感。
对上式(18)所示的哈密顿量进行一次量子化，可以做如下变量代换：
Figure GDA0004258054540000202
其中，ωi为量子器件的裸态频率，xi为新的广义坐标，pi为广义动量，得到如下式(19)所示的哈密顿量。
Figure GDA0004258054540000203
/>
其中，gij表示两个量子器件之间的耦合强度，满足gij＝gji。
基于两个量子器件之间的耦合强度和频率，确定耦合项
Figure GDA0004258054540000207
用下式(20)表示。
Figure GDA0004258054540000204
因为一次量子化形式的哈密顿量是二次型，可以将其写成矩阵相乘形式，如下式(21)所示。
Figure GDA0004258054540000205
可知，量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量如下式(22)所示，其表征的是第九关系，可以实现第九关系的确定。
Figure GDA0004258054540000206
之后，可以比对第二表征矩阵和第九关系中表征参量，确定每个第一量子器件的第一本征频率ωi和所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合信息(即耦合项
Figure GDA0004258054540000211
)。
根据上式(20)可知，可以基于第一本征频率和第一耦合信息，采用下式(23)确定不同第一量子器件之间的第一耦合强度。
Figure GDA0004258054540000212
第一裸态信息中可以包括第一本征频率和所述第一耦合强度中的至少一项，另外，第一裸态信息还可以包括色散比例、非谐性、等效耦合强度等特征参数。
如此，可以基于第二表征矩阵，实现对第一裸态信息的确定。至此，可以基于第一变换矩阵，从多体***的缀饰态信息中还原出裸态信息，而裸态信息有助于研究人员在设计阶段更好地评估出量子芯片的性能，对于量子芯片设计阶段的仿真验证工作具有重要的实用价值。
可选的，所述M个第一量子器件包括两个量子比特和用于耦合所述两个量子比特的耦合器，所述基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度之后，还包括：
基于所述第一本征频率和所述第一耦合强度，确定所述两个量子比特之间的等效耦合强度，所述第一裸态信息还包括所述等效耦合强度。
M个第一量子器件可以为量子比特-耦合器-量子比特(qubit-coupler-qubit，QCQ)结构，在得到第一本征频率和第一耦合强度的基础上，还可以进一步确定两个量子比特之间的等效耦合强度，用下式(24)表示。
Figure GDA0004258054540000213
其中，g′ 12表示量子比特1与量子比特2之间的等效耦合强度；g12表示量子比特1与量子比特2之间的第一耦合强度；g1c表示量子比特1与耦合器之间的第一耦合强度；g2c表示量子比特2与耦合器之间的第一耦合强度；ω1表示量子比特1的第一本征频率；ω2表示量子比特2的第一本征频率；ωc表示耦合器的第一本征频率。
如此，可以实现QCQ结构中两个量子比特之间的等效耦合强度的确定。
可选的，所述方法还包括：
输出所述第一裸态信息。
可以输出第一裸态信息进行相应应用，如输出给研究人员在设计阶段更好地评估出量子芯片的性能，输出给研究人员做进一步仿真验证工作。
在一可选实施方式中，本实施例的整体流程如图3所示，上述步骤均在前面已经详细阐述，这里不再进行赘述。与相关的等效电路方法相比，基于高频电磁场仿真，将高频场带来的效应考虑其中，采取的近似更少、更加接近实际情况，对于超导量子芯片的设计和验证工作具有重要的实用价值。
下面通过具体的实例对本实施例的方案的正确性进行验证。以图2为例的QCQ结构版图进行仿真验证，其是三量子比特器件的结构版图。该版图可以包含有三个量子比特，其中，中间的量子比特被当做耦合器使用，用于调节左右两端量子比特间的等效耦合强度。通过调谐耦合器的磁通(此处可以通过调节耦合器的约瑟夫森结的电感来模拟磁通调谐)，可以实现量子比特间的耦合关断(即等效耦合强度为0)，从而抑制寄生耦合、串扰等影响，极大地提升了量子芯片的性能。
以下可以对QCQ结构的等效耦合强度调谐进行模拟(设置两个量子比特的电感为12nH，耦合器的电感从7nH逐渐改变到11nH)，验证任务如下：
验证任务1：分别利用本实施例的方法与等效电路方法计算出在不同耦合器电感下的裸态信息并进行对比；
验证任务2：利用裸态信息计算不同耦合器电感下的量子比特间等效耦合强度，验证耦合关断点的存在并进行数据对比。
针对验证任务1，不同耦合器电感值下量子器件的裸态频率的结果对比如图4所示。其中，数据点及虚线表示本实施例方法求解得到的裸态频率的结果，连续曲线表示等效电路方法求解得到的裸态频率的结果。
从图4可以看出，在不同耦合器电感值下所求得的耦合器裸态频率变化趋势与等效电路吻合，同时求解的量子比特1与量子比特2的裸态频率值几乎不变，因为耦合器的电感值变化不会影响量子比特的裸态频率，该结果符合实际情况，表明本实施例方法计算的裸态频率正确。
另外，可以看到等效电路方法求解得到的裸态频率的结果均略大于本实施例方法求解得到的裸态频率的结果，这是因为在高频电磁场下，导体自身存在电感效应，而等效电路法由于将导体视为等势体，采取了较多近似，未考虑导体实际存在的电感效应，因此导致结果会略大于实际情况。本组验证可以证明本实施例方法的有效性，且在理论上更加接近真实情况。
不同耦合器电感值下不同量子器件之间的耦合强度对比如图5所示，其中，数据点及虚线表示本实施例方法求解得到的耦合强度的结果，连续曲线表示等效电路方法求解得到的耦合强度的结果。
通过图5可以看出，在不同耦合器电感值下所求得的量子比特之间裸态耦合强度几乎不变，这与QCQ结构的理论符合，同时求解的量子比特1、量子比特2分别与耦合器的裸态耦合强度与等效电路方法的变化趋势吻合，数据值接近，表明本实施例方法计算的裸态耦合强度正确。
另外，可以看到等效电路方法求解得到的耦合强度的结果均略大于本实施例方法求解得到的耦合强度的结果，这是因为在高频电磁场下，导体自身存在电感效应，而不同量子器件之间也存在互感效应，而等效电路法由于将导体视为等势体，采取了较多近似，未考虑导体实际存在的电感效应，因此导致结果会略大于实际情况。本实施例方法考虑到了高频电磁场的效应，因此采取的近似更少，本组数据也侧面验证了本实施例方法更加接近真实情况。
针对验证任务2：利用验证任务1中两种方法求得的裸态信息，通过上式(24)确定两个量子比特之间的等效耦合强度，进行数据对比，不同耦合器电感值下量子比特之间的等效耦合强度对比如图6所示。其中，数据点及虚线为本实施例方法求解得到的等效耦合强度的结果，连续曲线表示等效电路方法求解得到的等效耦合强度的结果。由该图6可以看出，本实施例方法可以对耦合器调谐量子比特的等效耦合强度的过程进行模拟，并且找到耦合关断点(即等效耦合强度为0)。
本实施例方法求解得到的等效耦合强度的结果与等效电路方法求解得到的等效耦合强度的结果非常接近，同时，本实施例方法与等效电路方法找到的耦合关断点基本一致，证明本实施例方法计算结果正确。
另外，可以看到等效电路法在越接近耦合关断点的地方，与本实施例方法吻合得越好，这是因为在耦合关断点附近，电感效应带来的耦合也会趋于零，因此等效电路的结果也会更加接近真实情况。而在其他情况下，由于等效电路未考虑高频场导体自身电感效应的影响，导致等效耦合强度的绝对值均略大于本实施例方法求解得到的等效耦合强度的绝对值，因此，本实施例方法的结果更加接近真实情况。
第二实施例
如图7所示，本公开提供一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置700，包括：
获取模块701，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块702，用于基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块703，用于基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块704，用于基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
可选的，所述第一确定模块702包括：
求解子模块，用于对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的电磁场分布信息；
第一确定子模块，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一器件电感能量占比和所述第一符号信息。
可选的，所述电磁场分布信息包括本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第一确定子模块包括：
第一确定单元，用于基于所述电流密度，确定本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流；
第二确定单元，用于基于所述电流，确定所述第一符号信息。
可选的，所述第二确定单元，具体用于：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述第一符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述第一符号信息确定为-1。
可选的，所述第一确定子模块包括：
第三确定单元，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在各个本征模式下的电磁场能量信息；
第四确定单元，用于基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
第五确定单元，用于将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述第一器件电感能量占比。
可选的，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第四确定单元，具体用于：
基于所述本征模式下所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成M个部分，得到所述本征模式下所述M个第一量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，每个部分的磁场能量为第二磁场能量，任意两个第一量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
针对每个第一量子器件，将所述第一量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
可选的，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第四确定单元，具体用于：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
可选的，所述装置还包括：
第四确定模块，用于确定第二关系，所述第二关系为量子器件在量子芯片的本征模式下的器件电感能量占比与预先构造的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
变量代换模块，用于基于所述第二关系和符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
可选的，所述第二关系为：
Figure GDA0004258054540000261
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
可选的，所述第四确定模块包括：
第二确定子模块，用于确定第三关系和第四关系，所述第三关系为本征模式下存储在量子器件中的电感能量与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第四关系为本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与量子芯片在缀饰态下第一哈密顿量的关系；
第三确定子模块，用于基于所述第三关系和所述第四关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第二目标信息的第五关系，所述第二目标信息包括所述电感参量和所述第一哈密顿量；
第一算符运算子模块，用于基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
第二算符运算子模块，用于对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
变换子模块，用于基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第五关系进行变换，得到第二关系。
可选的，所述第一算符运算子模块，具体用于：
确定所述电感参量与量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第六关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
确定量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第八关系；
基于所述第六关系、所述第七关系和所述第八关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
可选的，所述第七关系包括：xk＝u1kx1 ′+u2kx2 ′+…+uMkx′ M，k∈{1,2,…,M}；
其中，xk为量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符，x1 ′，x2 ′，…，x′ M为量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符。
可选的，所述第二算符运算子模块，具体用于：
对所述第一哈密顿量进行二次量子化，得到所述第一哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
可选的，所述第三确定模块704包括：
第四确定子模块，用于基于所述第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片在缀饰态下一次量子化后的哈密顿量的第一表征矩阵；
逆变换子模块，用于基于所述第一变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述第一量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征矩阵；
第五确定子模块，用于基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息。
可选的，所述第五确定子模块，具体用于：
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第九关系，确定每个第一量子器件的第一本征频率和所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合信息，所述第九关系为量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量与第三目标信息的关系，所述第三目标信息包括量子器件的本征频率和量子器件之间的耦合信息，所述耦合信息基于量子器件之间的耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度；
其中，所述第一裸态信息包括所述第一本征频率和所述第一耦合强度中的至少一项。
可选的，所述M个第一量子器件包括两个量子比特和用于耦合所述两个量子比特的耦合器，所述装置还包括：
第五确定模块，用于基于所述第一本征频率和所述第一耦合强度，确定所述两个量子比特之间的等效耦合强度，所述第一裸态信息还包括所述等效耦合强度。
可选的，所述装置还包括：
输出模块，用于输出所述第一裸态信息。
本公开提供的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置700能够实现超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图8示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图8所示，设备800包括计算单元801，其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的计算机程序或者从存储单元808加载到随机访问存储器(RAM)803中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 803中，还可存储设备800操作所需的各种程序和数据。计算单元801、ROM 802以及RAM 803通过总线804彼此相连。输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。
设备800中的多个部件连接至I/O接口805，包括：输入单元806，例如键盘、鼠标等；输出单元807，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元808，例如磁盘、光盘等；以及通信单元809，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元809允许设备800通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元801可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元801的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元801执行上文所描述的各个方法和处理，例如超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法。例如，在一些实施例中，超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元808。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 802和/或通信单元809而被载入和/或安装到设备800上。当计算机程序加载到RAM 803并由计算单元801执行时，可以执行上文描述的超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元801可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法。
本文中以上描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上***的***(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程***上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储***、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储***、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的***和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的***和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算***中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将***的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式***的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (36)

1.一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定方法，包括：
获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，包括：
对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的电磁场分布信息；
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一器件电感能量占比和所述第一符号信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电磁场分布信息包括本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第一符号信息通过如下方式确定：
基于所述电流密度，确定本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流；
基于所述电流，确定所述第一符号信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于所述电流，确定所述第一符号信息，包括：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述第一符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述第一符号信息确定为-1。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一器件电感能量占比通过如下方式确定：
基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在各个本征模式下的电磁场能量信息；
基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述第一器件电感能量占比。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第一电感能量通过如下方式确定：
基于所述本征模式下所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成M个部分，得到所述本征模式下所述M个第一量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，每个部分的磁场能量为第二磁场能量，任意两个第一量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
针对每个第一量子器件，将所述第一量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第二电感能量通过如下方式确定：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
8.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵之前，还包括：
确定第二关系，所述第二关系为量子器件在量子芯片的本征模式下的器件电感能量占比与预先构造的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
基于所述第二关系和符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系；
其中，变换矩阵为块对角矩阵，变换矩阵中两个对角块的子矩阵相等。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二关系为：
Figure FDA0004258054530000031
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述确定第二关系，包括：
确定第三关系和第四关系，所述第三关系为本征模式下存储在量子器件中的电感能量与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第四关系为本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与量子芯片在缀饰态下第一哈密顿量的关系；
基于所述第三关系和所述第四关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第二目标信息的第五关系，所述第二目标信息包括所述电感参量和所述第一哈密顿量；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第五关系进行变换，得到第二关系。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，包括：
确定所述电感参量与量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第六关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
确定量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第八关系；
基于所述第六关系、所述第七关系和所述第八关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第七关系包括：xk＝u1kx′1+u2kx′2+…+uMkx′M，k∈{1，2，...，M}；
其中，xk为量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符，x′1，x′2，…，x′M为量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量，包括：
对所述第一哈密顿量进行二次量子化，得到所述第一哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，包括：
基于所述第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片在缀饰态下一次量子化后的哈密顿量的第一表征矩阵；
基于所述第一变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述第一量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征矩阵；
基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息，包括：
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第九关系，确定每个第一量子器件的第一本征频率和所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合信息，所述第九关系为量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量与第三目标信息的关系，所述第三目标信息包括量子器件的本征频率和量子器件之间的耦合信息，所述耦合信息基于量子器件之间的耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度；
其中，所述第一裸态信息包括所述第一本征频率和所述第一耦合强度中的至少一项。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述M个第一量子器件包括两个量子比特和用于耦合所述两个量子比特的耦合器，所述基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度之后，还包括：
基于所述第一本征频率和所述第一耦合强度，确定所述两个量子比特之间的等效耦合强度，所述第一裸态信息还包括所述等效耦合强度。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括：
输出所述第一裸态信息。
18.一种超导量子芯片版图中多体***的裸态信息确定装置，包括：
获取模块，用于获取第一量子芯片的结构版图，所述第一量子芯片包括M个第一量子器件，所述第一量子器件包括约瑟夫森结，M为大于2的整数；
第一确定模块，用于基于所述结构版图，确定所述M个第一量子器件在所述第一量子芯片的各个本征模式下的第一器件电感能量占比和第一符号信息，所述第一器件电感能量占比为：所述本征模式下存储在所述第一量子器件中的第一电感能量相对于所述本征模式下存储在所述第一量子芯片中的第二电感能量的占比，所述第一符号信息指示所述本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流与预设参考方向的正反关系；
第二确定模块，用于基于所述第一器件电感能量占比、所述第一符号信息和预先确定的第一关系，确定第一变换矩阵，所述第一关系为变换矩阵与第一目标信息的关系，所述第一目标信息包括器件电感能量占比和符号信息；
第三确定模块，用于基于所述第一变换矩阵和预先确定的所述第一量子芯片的第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片的第一裸态信息，所述第一缀饰态信息为所述第一量子芯片所构成的多体***的本征态信息，所述第一裸态信息为所述M个第一量子器件的本征态信息。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一确定模块包括：
求解子模块，用于对所述结构版图进行本征模式求解，得到所第一量子芯片在高频电磁场的各个本征模式下的电磁场分布信息；
第一确定子模块，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一器件电感能量占比和所述第一符号信息。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述电磁场分布信息包括本征模式下所述第一量子芯片表面上的电流密度，所述第一确定子模块包括：
第一确定单元，用于基于所述电流密度，确定本征模式下所述第一量子器件的约瑟夫森结上的电流；
第二确定单元，用于基于所述电流，确定所述第一符号信息。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第二确定单元，具体用于：
在所述电流指示的方向与预设参考方向同向的情况下，将所述第一符号信息确定为1；
在所述电流指示的方向与预设参考方向反向的情况下，将所述第一符号信息确定为-1。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一确定子模块包括：
第三确定单元，用于基于所述电磁场分布信息，确定所述第一量子芯片在各个本征模式下的电磁场能量信息；
第四确定单元，用于基于所述电磁场能量信息，确定所述第一电感能量和所述第二电感能量；
第五确定单元，用于将所述第一电感能量和所述第二电感能量的比值确定为所述第一器件电感能量占比。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一磁场能量以及所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，所述第四确定单元，具体用于：
基于所述本征模式下所述M个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量，将所述第一磁场能量分配成M个部分，得到所述本征模式下所述M个第一量子器件分别辐射在空间中的第二磁场能量，每个部分的磁场能量为第二磁场能量，任意两个第一量子器件的第二磁场能量的比值与所述两个第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量的比值相等；
针对每个第一量子器件，将所述第一量子器件辐射在空间中的第二磁场能量和所述第一量子器件的约瑟夫森结上的第三电感能量进行加和处理，得到所述第一电感能量。
24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电磁场能量信息包括：本征模式下，所述第一量子芯片辐射在空间中的第一电场能量，所述第四确定单元，具体用于：
将所述第一电场能量确定为所述第二电感能量。
25.根据权利要求18所述的装置，还包括：
第四确定模块，用于确定第二关系，所述第二关系为量子器件在量子芯片的本征模式下的器件电感能量占比与预先构造的变换矩阵中目标元素的关系，所述目标元素为本征模式对应行和量子器件对应列所确定的元素；
变量代换模块，用于基于所述第二关系和符号信息，对变换矩阵中元素进行变量代换，得到所述第一关系。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述第二关系为：
Figure FDA0004258054530000071
其中，pmk为本征模式m下量子器件k的器件电感能量占比，umk为变换矩阵中本征模式m对应行和量子器件k对应列所确定的元素。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述第四确定模块包括：
第二确定子模块，用于确定第三关系和第四关系，所述第三关系为本征模式下存储在量子器件中的电感能量与基于量子器件在本征模式下的电感参量确定的电感能量的关系，所述第四关系为本征模式下存储在量子芯片中的电感能量与量子芯片在缀饰态下第一哈密顿量的关系；
第三确定子模块，用于基于所述第三关系和所述第四关系，确定量子器件在本征模式下的器件电感能量占比与第二目标信息的第五关系，所述第二目标信息包括所述电感参量和所述第一哈密顿量；
第一算符运算子模块，用于基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符，并基于转化后的二次量子化算符进行量子态的算符运算，得到第一目标参量，所述第一目标参量是基于所述目标元素的参量；
第二算符运算子模块，用于对所述第一哈密顿量进行量子态的算符运算，得到第二目标参量；
变换子模块，用于基于所述第一目标参量和所述第二目标参量，对所述第五关系进行变换，得到第二关系。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述第一算符运算子模块，具体用于：
确定所述电感参量与量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符的第六关系；
基于变换矩阵中量子器件对应列的元素，确定量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符与量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符的第七关系；
确定量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符和二次量子化算符的第八关系；
基于所述第六关系、所述第七关系和所述第八关系，将所述电感参量转化为缀饰态下的二次量子化算符。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述第七关系包括：xk＝u1kx′1+u2kx′2+…+uMkx′M，k∈{1，2，...，M}；
其中，xk为量子芯片在裸态下哈密顿量的一次量子化算符，x′1，x′2，...，x′M为量子芯片在缀饰态下哈密顿量的一次量子化算符。
30.根据权利要求27所述的装置，其中，所述第二算符运算子模块，具体用于：
对所述第一哈密顿量进行二次量子化，得到所述第一哈密顿量的二次量子化算符表征；
对所述二次量子化算符表征进行量子态的算符运算，得到第二目标参量。
31.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第三确定模块包括：
第四确定子模块，用于基于所述第一缀饰态信息，确定所述第一量子芯片在缀饰态下一次量子化后的哈密顿量的第一表征矩阵；
逆变换子模块，用于基于所述第一变换矩阵，对所述第一表征矩阵进行逆变换，得到所述第一量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的第二表征矩阵；
第五确定子模块，用于基于所述第二表征矩阵，确定所述第一裸态信息。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述第五确定子模块，具体用于：
基于所述第二表征矩阵和预先确定的第九关系，确定每个第一量子器件的第一本征频率和所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合信息，所述第九关系为量子芯片在裸态下一次量子化后的哈密顿量的表征参量与第三目标信息的关系，所述第三目标信息包括量子器件的本征频率和量子器件之间的耦合信息，所述耦合信息基于量子器件之间的耦合强度和量子器件的本征频率确定；
基于所述第一本征频率和所述第一耦合信息，确定所述M个第一量子器件中每两个量子器件之间的第一耦合强度；
其中，所述第一裸态信息包括所述第一本征频率和所述第一耦合强度中的至少一项。
33.根据权利要求32所述的装置，其中，所述M个第一量子器件包括两个量子比特和用于耦合所述两个量子比特的耦合器，所述装置还包括：
第五确定模块，用于基于所述第一本征频率和所述第一耦合强度，确定所述两个量子比特之间的等效耦合强度，所述第一裸态信息还包括所述等效耦合强度。
34.根据权利要求18所述的装置，还包括：
输出模块，用于输出所述第一裸态信息。
35.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-17中任一项所述的方法。
36.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-17中任一项所述的方法。
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