总线制8量子比特超导量子计算芯片设计与仿真

• 作者: 余玄 刘其春 刘建设 张颖珊 蔡涵 赵昌昊 陈炜
• 来源期刊: 微纳电子技术
• 学科: 物理学
• 关键词: 超导量子计算芯片 量子比特 量子总线 共面波导谐振腔 版图
• 年，卷（期）: 2016,（12）
• 所属期刊栏目: 器件与技术
• 页码范围: 781-786,796
• 分类号: O471.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.13250/j.cnki.wndz.2016.12.001

摘要

为了完成Shor算法这类量子计算,需要更多的量子比特参与,同时需要延长量子比特的退相干时间,实现对量子比特更精准的调控.基于对以上要求的综合考虑,Xmon量子比特是一种目前最优的选择.设计了一个以Xmon为计算单元的总线制的8量子比特超导计算芯片,可以实现任意两个量子比特之间的耦合操作.首先根据实验基础设计量子比特与共面波导谐振腔的工作频率、量子比特的非谐性和谐振腔的品质因子.用Matlab软件仿真量子比特的能级,得到约瑟夫森能与电容充电能.其中约瑟夫森能的大小由约瑟夫森结的氧化时间长短控制,电容充电能则主要由Xmon的十字电容决定.由以上参数能够计算出量子比特与谐振腔的耦合强度与耦合电容,谐振腔的物理长度可以根据耦合电容的物理尺寸进行调节.然后根据不同的衬底工艺使用不同线宽以满足输入阻抗匹配的要求.使用Ledit绘图软件将以上物理尺寸表现在版图上.取出谐振腔的部分用HFSS软件仿真并调节其频率及品质因子,达到设计要求.量子比特的工作频率在测试时通过输入电流来调控.通过绘图与仿真,完成了一个可用于实验室加工制造并测试的总线制超导量子计算芯片版图.在此基础上,还设计了一种可以降低管脚数量的控制复用方案,为最终实现量子计算打下了一定基础.