本技術(shù)涉及量子信息，特別涉及一種量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)、量子計(jì)算機(jī)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)當(dāng)中，用戶通過(guò)上位機(jī)電腦、千兆網(wǎng)口交換機(jī)與量子測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行交互，具體地，通過(guò)上位機(jī)電腦向量子測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中的任意波形發(fā)生器(awg，arbitrary?waveform?generator)傳輸所需發(fā)射的任意波形，量子測(cè)控系統(tǒng)中的量子分析儀采集量子處理單元的信號(hào)，并將采集到的信號(hào)送給上位機(jī)電腦進(jìn)行分析處理，進(jìn)而可得到量子比特當(dāng)前的狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)懷疑有軟件或硬件問(wèn)題導(dǎo)致awg實(shí)際發(fā)射波形不符合預(yù)期時(shí)，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行核對(duì)排查，找出故障原因。

2、核對(duì)排查實(shí)現(xiàn)的一個(gè)典型的例子中，假設(shè)已經(jīng)找到量子比特的腔頻，現(xiàn)在尋找它的能譜。在控制信號(hào)的通路上，awg先發(fā)射一段控制波形，與微波源發(fā)出的脈沖信號(hào)混頻為高頻信號(hào)(即，控制信號(hào))進(jìn)入量子處理單元，嘗試將量子比特激發(fā)，然后利用讀入信號(hào)發(fā)射模塊發(fā)射讀入信號(hào)給量子比特，以讀取腔的狀態(tài)進(jìn)而讀取量子比特的狀態(tài)。其中，所述讀入信號(hào)發(fā)射模塊包括awg(與控制信號(hào)的通路上的awg并非同一個(gè)awg)和iq混頻器，awg發(fā)射的波形與微波源發(fā)出的脈沖信號(hào)經(jīng)iq混頻器混頻后得到所述讀入信號(hào)。當(dāng)能譜沒(méi)有掃描出來(lái)的時(shí)候，一般會(huì)懷疑下面幾種情況：1.控制信號(hào)沒(méi)有發(fā)出；2.讀入信號(hào)沒(méi)有發(fā)出；3.讀入信號(hào)和控制信號(hào)的相對(duì)順序不正確。

3、上述核對(duì)排查過(guò)程中，為了檢查信號(hào)是否符合預(yù)期，一般的解決方案是更改連接線，把a(bǔ)wg的輸出口直接接到外部的示波器上，通過(guò)示波器檢查實(shí)際輸出的波形和理論上軟件生成的波形是否符合，信號(hào)之間的時(shí)間順序是否正確。這樣的檢查方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為拖沓，特別是多量子比特?cái)?shù)時(shí)，需要檢查的通道增多，更改更多的線路，還存在檢查后復(fù)原電路接錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，效率低下，也不利于拓展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，提出了本實(shí)用新型以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)、量子計(jì)算機(jī)。

2、第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)，包括：信號(hào)發(fā)生單元、信號(hào)監(jiān)測(cè)單元和量子分析儀；

3、所述信號(hào)發(fā)生單元，用于產(chǎn)生第一信號(hào)給量子計(jì)算機(jī)的量子處理單元中的量子比特，以對(duì)所述量子比特進(jìn)行相應(yīng)的作用；

4、所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元的輸入端與所述信號(hào)發(fā)生單元連接，輸出端分別與量子分析儀和所述量子處理單元連接；所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元用于將所述信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生的一部分第一信號(hào)部分耦合出來(lái)，解調(diào)后輸出給量子分析儀，并將其余第一信號(hào)輸出給量子處理單元；

5、所述量子分析儀，用于對(duì)所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元輸出的解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行采集和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

6、在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)監(jiān)測(cè)單元，包括：信號(hào)分配器件和解調(diào)用混頻器；其中：

7、所述信號(hào)分配器件連接于所述信號(hào)發(fā)生單元和所述量子處理單元之間；

8、所述解調(diào)用混頻器的輸入端分別與所述信號(hào)分配器件和所述信號(hào)發(fā)生單元連接，所述解調(diào)用混頻器的輸出端與所述量子分析儀連接；

9、所述信號(hào)分配器件，用于將所述信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生的第一信號(hào)的一部分耦合出來(lái)并輸出給所述解調(diào)用混頻器，以及將其余第一信號(hào)輸出給量子處理單元；

10、所述解調(diào)用混頻器，用于將所述信號(hào)分配器件耦合出來(lái)的第一信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后輸出至所述量子分析儀；

11、所述量子分析儀，進(jìn)一步用于對(duì)所述解調(diào)用混頻器解調(diào)出的第一信號(hào)進(jìn)行采集和分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)生單元，包括：任意波形發(fā)生器、iq混頻器、和微波源；

13、所述iq混頻器的輸入端分別與任意波形發(fā)生器和微波源連接；所述iq混頻器的輸出端與所述信號(hào)分配器件連接；

14、所述解調(diào)用混頻器的輸入端分別與量子處理單元、信號(hào)分配器件的輸出端以及與所述微波源連接，所述解調(diào)用混頻器的輸出端與量子分析儀連接；

15、所述任意波形發(fā)生器用于發(fā)射基帶信號(hào)給所述iq混頻器，所述微波源輸出本振信號(hào)給所述iq混頻器，所述iq混頻器對(duì)所述基帶信號(hào)與所述本振信號(hào)進(jìn)行混頻之后，輸出所述第一信號(hào)給所述信號(hào)分配器件；

16、所述解調(diào)用混頻器，具體用于將所述信號(hào)分配器件輸出的第一信號(hào)，與所述微波源輸出的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，下變頻為量子分析儀能夠采集和分析的信號(hào)，并輸出至所述量子分析儀。

17、在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元，包括：信號(hào)分配模塊、合路器和解調(diào)用混頻器；

18、所述合路器設(shè)置于所述信號(hào)分配模塊和解調(diào)用混頻器之間；

19、所述信號(hào)分配模塊包括多個(gè)信號(hào)分配器件；所述多個(gè)信號(hào)分配器件與所述合路器連接；

20、所述多個(gè)信號(hào)分配器件分別與所述信號(hào)發(fā)生單元的多通道的輸出端對(duì)應(yīng)連接；每個(gè)所述信號(hào)分配器件用于將對(duì)應(yīng)通道的第一信號(hào)的部分耦合出來(lái)；

21、所述合路器，用于將多個(gè)信號(hào)分配器件耦合得到的信號(hào)組合后輸出；

22、所述解調(diào)用混頻器，用于將所述合路器組合后輸出的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后輸入至所述量子分析儀。

23、在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)生單元，具體包括：任意波形發(fā)生模塊、iq混頻模塊和微波源；

24、所述任意波形發(fā)生模塊，包括多個(gè)任意波形發(fā)生器；

25、所述iq混頻模塊，包括多個(gè)iq混頻器；

26、所述iq混頻模塊中的多個(gè)iq混頻器，分別與所述任意波形發(fā)生模塊中的多個(gè)任意波形發(fā)生器以及所述微波源多通道的輸出端對(duì)應(yīng)連接，以形成多個(gè)第一信號(hào)發(fā)生通道；其中，每個(gè)所述iq混頻器的輸入端分別與同一通道的所述微波源和任意波形發(fā)生器連接；每個(gè)所述iq混頻器的輸出端，分別與所述信號(hào)分配模塊的同一通道的信號(hào)分配器件的輸入端對(duì)應(yīng)連接；

27、所述解調(diào)用混頻器的輸入端分別與量子處理單元、所述合路器的輸出端以及與所述微波源連接，所述解調(diào)用混頻器的輸出端與量子分析儀連接；

28、所述任意波形發(fā)生器用于發(fā)射基帶信號(hào)給所述iq混頻器，所述微波源用于輸出本振信號(hào)給所述iq混頻器，所述iq混頻器用于對(duì)所述基帶信號(hào)與所述本振信號(hào)進(jìn)行混頻并輸出所述第一信號(hào)給所述信號(hào)分配器件；

29、所述微波源，還用于輸出一路用于解調(diào)所述第一信號(hào)的本振信號(hào)至所述解調(diào)用混頻器；

30、所述解調(diào)用混頻器，具體用于將所述合路器組合后輸出的第一信號(hào)，與所述一路用于解調(diào)所述第一信號(hào)的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，下變頻為量子分析能夠采集和分析的信號(hào)。

31、在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)生單元，具體包括：任意波形發(fā)生模塊、iq混頻模塊、和微波源；

32、所述任意波形發(fā)生模塊，包括一具有多通道輸出端的任意波形發(fā)生器；

33、所述iq混頻模塊，包括多個(gè)iq混頻器；

34、所述iq混頻模塊中的多個(gè)iq混頻器，分別與所述任意波形發(fā)生模塊多通道的輸出端以及所述微波源多通道的輸出端對(duì)應(yīng)連接，以形成多個(gè)第一信號(hào)發(fā)生通道；其中，每個(gè)所述iq混頻器的輸入端分別與同一通道的所述微波源和任意波形發(fā)生器的輸出端連接；每個(gè)所述iq混頻器的輸出端，分別與所述信號(hào)分配模塊的同一通道的信號(hào)分配器件的輸入端對(duì)應(yīng)連接；

35、所述解調(diào)用混頻器的輸入端分別與量子處理單元、所述合路器的輸出端以及與所述微波源連接，所述解調(diào)用混頻器的輸出端與量子分析儀連接；

36、所述任意波形發(fā)生器用于發(fā)射基帶信號(hào)給所述iq混頻器，所述微波源用于輸出本振信號(hào)給所述iq混頻器，所述iq混頻器用于對(duì)所述基帶信號(hào)與所述本振信號(hào)進(jìn)行混頻并輸出所述第一信號(hào)給所述信號(hào)分配器件；

37、所述微波源，還用于輸出一路用于解調(diào)所述第一信號(hào)的本振信號(hào)至所述解調(diào)用混頻器；

38、所述解調(diào)用混頻器，具體用于將所述合路器組合后輸出的信號(hào)，與所述一路用于解調(diào)所述第一信號(hào)的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，下變頻為量子分析能夠采集和分析的信號(hào)。

39、在一個(gè)實(shí)施例中，所述微波源輸出給iq混頻器或iq混頻模塊的本振信號(hào)，與輸出給所述解調(diào)用混頻器的本振信號(hào)相同。

40、在一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)分配器件為功分器或者定向耦合器。

41、在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一信號(hào)為讀入信號(hào)，所述信號(hào)發(fā)生單元用于產(chǎn)生讀入信號(hào)給所述量子處理單元中的量子比特，以讀取所述量子比特的狀態(tài)。

42、在一個(gè)實(shí)施例中，所述測(cè)控系統(tǒng)為超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)中的測(cè)控系統(tǒng)，所述量子處理單元為超導(dǎo)量子芯片。

43、第二方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種量子計(jì)算機(jī)，包括：如前述的量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)以及量子處理單元；

44、所述測(cè)控系統(tǒng)中的信號(hào)監(jiān)測(cè)單元與所述量子處理單元連接，用于將測(cè)控系統(tǒng)中的信號(hào)發(fā)生單元發(fā)出的第一信號(hào)的一部分耦合出來(lái)，解調(diào)后輸出給量子分析儀進(jìn)行采集和分析，并將其余第一信號(hào)輸出給所述量子處理單元，用于對(duì)量子比特進(jìn)行相應(yīng)的作用。

45、在一個(gè)實(shí)施例中，所述量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)，還包括：上位機(jī)；

46、所述上位機(jī)分別與所述測(cè)控系統(tǒng)中的信號(hào)發(fā)送單元和量子分析儀連接；

47、所述上位機(jī)，用于控制所述信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生第一信號(hào)；以及根據(jù)所述量子分析儀采集和分析后的信號(hào)，監(jiān)測(cè)所述第一信號(hào)是否發(fā)出以及是否異常。

48、本實(shí)用新型實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：

49、本實(shí)用新型實(shí)施例提供的上述量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)中，通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)單元連接至信號(hào)發(fā)生單元和量子分析儀之間，通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)單元將第一信號(hào)的一部分耦合出來(lái)，并解調(diào)后輸出給量子分析儀，以便量子分析儀進(jìn)行信號(hào)的采集和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了第一信號(hào)監(jiān)測(cè)的效率，并且，監(jiān)測(cè)過(guò)程中由于不需要另外改變量子計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)的連接關(guān)系，也避免了檢查后復(fù)原電路可能存在的接錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

50、進(jìn)一步地，上述信號(hào)監(jiān)測(cè)單元包括信號(hào)分配器件和解調(diào)用混頻器，信號(hào)分配器件可以將一部分第一信號(hào)耦合出來(lái)，耦合出來(lái)的第一信號(hào)通過(guò)解調(diào)用混頻器與微波源輸出的信號(hào)混頻，下變頻為量子分析儀能采集到的中頻信號(hào)，由于使用相同頻率的微波源上變頻和下變頻，量子分析儀采到的信號(hào)和awg發(fā)出的信號(hào)是同一個(gè)頻率，同樣的時(shí)序，振幅上有所變化但是完全線性對(duì)應(yīng),可以保證監(jiān)測(cè)到的信號(hào)與awg原始發(fā)射的基帶信號(hào)的一致性，本實(shí)用新型實(shí)施例還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻線路中iq混頻器和微波源是否正常工作進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

51、進(jìn)一步地，本實(shí)用新型實(shí)施例還通過(guò)多通路的信號(hào)分配模塊、合路器和解調(diào)用混頻器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展和集成，使用合路器的設(shè)計(jì)，從硬件上減少了對(duì)微波源通道的需求，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí)，節(jié)省了硬件成本。

52、本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

53、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。