【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及環(huán)形器，具體涉及一種環(huán)形器及量子計(jì)算機(jī)。
技術(shù)介紹
1、在超導(dǎo)量子計(jì)算和量子信號(hào)處理系統(tǒng)中，環(huán)行器（circulator）是一種重要的無源器件，環(huán)行器能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的定向傳輸，確保信號(hào)只能按照設(shè)定的方向流動(dòng)，而不能反向傳輸。簡單來說，環(huán)行器有三個(gè)或更多的端口，對(duì)于從一個(gè)端口輸入的信號(hào)，只會(huì)將其輸出到下一個(gè)端口，形成一個(gè)循環(huán)方向，這樣就能夠有效地隔離不同路徑上的信號(hào)，防止反射和串?dāng)_，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和信號(hào)的質(zhì)量。
2、目前，微波環(huán)形器主要基于電磁波在旋磁鐵氧體材料（有外加直流磁場）中傳輸時(shí)極化平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳輸，即超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)上的環(huán)形器是基于磁性材料制備的。但是，超導(dǎo)量子芯片對(duì)磁場極為敏感，磁場會(huì)降低超導(dǎo)量子比特的性能，因此一般會(huì)設(shè)計(jì)非常特殊的外殼，以防止磁場泄露對(duì)超導(dǎo)量子芯片產(chǎn)生影響，導(dǎo)致制備的環(huán)形器的成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種環(huán)形器及量子計(jì)算機(jī)，以解決制備的環(huán)形器的成本較高的問題。
2、第一方面，本專利技術(shù)提供了一種環(huán)形器，所述環(huán)形器包括多個(gè)超導(dǎo)腔和至少一個(gè)聲波器件，其中，所述超導(dǎo)腔為通過超導(dǎo)材料制備的微波諧振腔；第一聲波器件用于產(chǎn)生聲波，所述聲波在第一超導(dǎo)腔和第二超導(dǎo)腔之間沿預(yù)設(shè)方向傳輸，所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔之間通過所述聲波進(jìn)行光力相互作用，使所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔之間的信號(hào)沿目標(biāo)傳輸方向傳輸，其中，所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔為所述多個(gè)超導(dǎo)腔中的任意兩
3、在一種可選的實(shí)施方式中，所述環(huán)形器還包括聲波介質(zhì)層；所述第一聲波器件設(shè)置在所述聲波介質(zhì)層上，所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔之間通過所述預(yù)設(shè)方向的所述聲波介質(zhì)層連接，所述聲波沿所述聲波介質(zhì)層傳輸。
4、在本實(shí)施例中，通過位于第一超導(dǎo)腔和第二超導(dǎo)腔的聲波介質(zhì)層傳輸聲波，能夠?qū)⒙暡ㄏ薅ㄔ陬A(yù)設(shè)方向，降低聲波在傳輸過程中的損耗，提升聲波傳輸效率。
5、在一種可選的實(shí)施方式中，所述目標(biāo)傳輸方向基于所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔的中心頻率的信號(hào)傳輸矩陣確定，其中，所述超導(dǎo)腔的中心頻率相同，所述信號(hào)傳輸矩陣，所述信號(hào)傳輸矩陣用于表示所述信號(hào)在各個(gè)傳輸方向上傳輸?shù)母怕剩硎驹谒龅谝怀瑢?dǎo)腔的兩個(gè)端口之間的傳輸方向上傳輸?shù)母怕剩硎驹趶乃龅谝怀瑢?dǎo)腔到所述第二超導(dǎo)腔的傳輸方向上傳輸?shù)母怕剩硎驹趶乃龅诙瑢?dǎo)腔到所述第一超導(dǎo)腔的傳輸方向上傳輸?shù)母怕剩硎驹谒龅诙瑢?dǎo)腔的兩個(gè)端口之間的傳輸方向上傳輸?shù)母怕剩瞿繕?biāo)傳輸方向?yàn)樗鲂盘?hào)傳輸矩陣中最大的概率所對(duì)應(yīng)的傳輸方向。
6、在本實(shí)施例中，通過信號(hào)傳輸矩陣能夠準(zhǔn)確地確定信號(hào)的目標(biāo)傳輸方向。
7、在一種可選的實(shí)施方式中，所述信號(hào)傳輸矩陣基于所述第一超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位以及所述第二超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位確定。
8、在本實(shí)施例中，在制備環(huán)形器時(shí)，可以通過調(diào)整第一超導(dǎo)腔和第一聲波器件的耦合相位，或者調(diào)整第二超導(dǎo)腔和第一聲波器件的耦合相位，靈活調(diào)整環(huán)形器的目標(biāo)傳輸方向。
9、在一種可選的實(shí)施方式中，所述信號(hào)傳輸矩陣基于所述第一超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位以及所述第二超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位，通過所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程確定。
10、在一種可選的實(shí)施方式中，所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程通過如下公式表示：
11、
12、所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程通過如下公式表示：
13、
14、其中， d表示微分操作符，t表示信號(hào)的傳輸時(shí)間，表示無窮小的量，表示所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)光子湮滅算符，表示超導(dǎo)腔的衰減率，表示自然常數(shù)，表示虛數(shù)根，表示所述第一超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位，表示所述第二超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件的耦合相位，表示所述第一超導(dǎo)腔和所述第二超導(dǎo)腔之間的耦合強(qiáng)度，表示所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)光子湮滅算符，，表示在所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)多光子或光子平均數(shù)不為1的情況下，所述第一超導(dǎo)腔和所述第一聲波器件之間的有效耦合強(qiáng)度，表示所述第一聲波器件的衰減率，表示所述第一超導(dǎo)腔與所述第一聲波器件的頻率失諧，，表示所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)光子的頻率，表示所述第一聲波器件的聲子的頻率，大于。
15、在一種可選的實(shí)施方式中，所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程通過哈密頓量確定。
16、在一種可選的實(shí)施方式中，所述哈密頓量通過如下公式表示：
17、
18、其中，表示哈密頓量，表示普朗克常數(shù)，表示所述第一聲波器件內(nèi)的聲子和光子的產(chǎn)生算符，表示所述第一聲波器件內(nèi)的聲子和光子的湮滅算符，表示所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)信號(hào)的振幅，表示所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)信號(hào)的振幅，表示所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)光子產(chǎn)生算符，表示所述第二超導(dǎo)腔內(nèi)光子產(chǎn)生算符，表示所述第一聲波器件和所述第一超導(dǎo)腔之間的光力耦合強(qiáng)度，表示所述第一聲波器件和所述第二超導(dǎo)腔之間的光力耦合強(qiáng)度。
19、在一種可選的實(shí)施方式中，所述和所述基于所述第一聲波器件的衰減率和所述第一超導(dǎo)腔的衰減率確定，其中，所述多個(gè)超導(dǎo)腔的衰減率相同。
20、在本實(shí)施例中，在制備環(huán)形器時(shí)，可以通過調(diào)整第一聲波器件的衰減率和/或調(diào)整第一超導(dǎo)腔的衰減率，靈活調(diào)整環(huán)形器的目標(biāo)傳輸方向。
21、在一種可選的實(shí)施方式中，所述基于所述第一聲波器件的衰減率和所述第一超導(dǎo)腔的衰減率，通過第一對(duì)應(yīng)關(guān)系確定，所述基于所述第一聲波器件的衰減率和所述第一超導(dǎo)腔的衰減率，通過第二對(duì)應(yīng)關(guān)系確定，其中，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系用于表征與所述信號(hào)的頻率、所述第一聲波器件的衰減率和所述第一超導(dǎo)腔的衰減率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系用于表征與信號(hào)的頻率、所述第一聲波器件的衰減率和所述第一超導(dǎo)腔的衰減率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
22、在一種可選的實(shí)施方式中，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系通過如下公式表示：
23、
24、所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系通過如下公式表示：
25、
26、其中，表示信號(hào)的頻率，表示所述第一聲波器件的衰減率，表示超導(dǎo)腔的衰減率；所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系通過如下公式表示。
27、在一種可選的實(shí)施方式中，所述信號(hào)的傳輸帶寬基于所述超導(dǎo)腔的衰減率確定。
28、在一種可選的實(shí)施方式中，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系基于在噪聲影響下的第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程確定，所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系基于在噪聲影響下的第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程確定。
29、在一種可選的實(shí)施方式中，在噪聲影響下的所述第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程通過如下公式本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種環(huán)形器，其特征在于，所述環(huán)形器包括多個(gè)超導(dǎo)腔和至少一個(gè)聲波器件，其中，所述超導(dǎo)腔為通過超導(dǎo)材料制備的微波諧振腔；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形器，其特征在于，所述環(huán)形器還包括聲波介質(zhì)層；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)形器，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)形器，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)形器，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)形器，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)形器，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)形器，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的環(huán)形器，其特征在于，
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，所述信號(hào)的傳輸帶寬基于所述超導(dǎo)腔的衰減率確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系基于在噪聲影響下的第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和第二超導(dǎo)腔
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的環(huán)形器，其特征在于，
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，所述超導(dǎo)腔的中心頻率和所述信號(hào)的頻率之間的差值絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，所述超導(dǎo)腔的數(shù)量大于或等于3，所述聲波器件的數(shù)量大于或等于3。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，所述超導(dǎo)腔的數(shù)量為2，所述聲波器件的數(shù)量為1。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，所述微波諧振腔為共面波導(dǎo)諧振腔，所述共面波導(dǎo)諧振腔包括腔體、中央導(dǎo)體件、輸入饋線端口和輸出饋線端口；
19.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，所述第一聲波器件包括聲波發(fā)射器和聲波反射器；
20.一種量子計(jì)算機(jī)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的環(huán)形器，其中，所述環(huán)形器與超導(dǎo)量子芯片或超導(dǎo)約瑟夫森參量放大器連接，用于隔離不同傳輸方向上的信號(hào)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種環(huán)形器，其特征在于，所述環(huán)形器包括多個(gè)超導(dǎo)腔和至少一個(gè)聲波器件，其中，所述超導(dǎo)腔為通過超導(dǎo)材料制備的微波諧振腔；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形器，其特征在于，所述環(huán)形器還包括聲波介質(zhì)層；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的環(huán)形器，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)形器，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的環(huán)形器，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的環(huán)形器，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)形器，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的環(huán)形器，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的環(huán)形器，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的環(huán)形器，其特征在于，
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，所述信號(hào)的傳輸帶寬基于所述超導(dǎo)腔的衰減率確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的環(huán)形器，其特征在于，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系基于在噪聲影響下的第一超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)方程和第二超導(dǎo)腔內(nèi)微波光子振幅波動(dòng)項(xiàng)的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王輝，李勇，于曉艷，劉強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東云海國創(chuàng)云計(jì)算裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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