量子计算机的测控系统、量子计算机的制作方法

本技术涉及量子信息，特别涉及一种量子计算机的测控系统、量子计算机。

背景技术：

1、在当前量子计算机当中，用户通过上位机电脑、千兆网口交换机与量子测控系统进行交互，具体地，通过上位机电脑向量子测控系统当中的任意波形发生器(awg，arbitrary waveform generator)传输所需发射的任意波形，量子测控系统中的量子分析仪采集量子处理单元的信号，并将采集到的信号送给上位机电脑进行分析处理，进而可得到量子比特当前的状态。在实验过程中，当怀疑有软件或硬件问题导致awg实际发射波形不符合预期时，需要对实验波形进行核对排查，找出故障原因。

2、核对排查实现的一个典型的例子中，假设已经找到量子比特的腔频，现在寻找它的能谱。在控制信号的通路上，awg先发射一段控制波形，与微波源发出的脉冲信号混频为高频信号(即，控制信号)进入量子处理单元，尝试将量子比特激发，然后利用读入信号发射模块发射读入信号给量子比特，以读取腔的状态进而读取量子比特的状态。其中，所述读入信号发射模块包括awg(与控制信号的通路上的awg并非同一个awg)和iq混频器，awg发射的波形与微波源发出的脉冲信号经iq混频器混频后得到所述读入信号。当能谱没有扫描出来的时候，一般会怀疑下面几种情况：1.控制信号没有发出；2.读入信号没有发出；3.读入信号和控制信号的相对顺序不正确。

3、上述核对排查过程中，为了检查信号是否符合预期，一般的解决方案是更改连接线，把awg的输出口直接接到外部的示波器上，通过示波器检查实际输出的波形和理论上软件生成的波形是否符合，信号之间的时间顺序是否正确。这样的检查方案实现过程较为拖沓，特别是多量子比特数时，需要检查的通道增多，更改更多的线路，还存在检查后复原电路接错的风险，效率低下，也不利于拓展。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种量子计算机的测控系统、量子计算机。

2、第一方面，本实用新型实施例提供一种量子计算机的测控系统，包括：信号发生单元、信号监测单元和量子分析仪；

3、所述信号发生单元，用于产生第一信号给量子计算机的量子处理单元中的量子比特，以对所述量子比特进行相应的作用；

4、所述信号监测单元的输入端与所述信号发生单元连接，输出端分别与量子分析仪和所述量子处理单元连接；所述信号监测单元用于将所述信号发生单元产生的一部分第一信号部分耦合出来，解调后输出给量子分析仪，并将其余第一信号输出给量子处理单元；

5、所述量子分析仪，用于对所述信号监测单元输出的解调后的信号进行采集和分析，以实现对所述第一信号进行监测。

6、在一个实施例中，信号监测单元，包括：信号分配器件和解调用混频器；其中：

7、所述信号分配器件连接于所述信号发生单元和所述量子处理单元之间；

8、所述解调用混频器的输入端分别与所述信号分配器件和所述信号发生单元连接，所述解调用混频器的输出端与所述量子分析仪连接；

9、所述信号分配器件，用于将所述信号发生单元产生的第一信号的一部分耦合出来并输出给所述解调用混频器，以及将其余第一信号输出给量子处理单元；

10、所述解调用混频器，用于将所述信号分配器件耦合出来的第一信号进行解调后输出至所述量子分析仪；

11、所述量子分析仪，进一步用于对所述解调用混频器解调出的第一信号进行采集和分析，以实现对所述第一信号进行监测。

12、在一个实施例中，所述信号发生单元，包括：任意波形发生器、iq混频器、和微波源；

13、所述iq混频器的输入端分别与任意波形发生器和微波源连接；所述iq混频器的输出端与所述信号分配器件连接；

14、所述解调用混频器的输入端分别与量子处理单元、信号分配器件的输出端以及与所述微波源连接，所述解调用混频器的输出端与量子分析仪连接；

15、所述任意波形发生器用于发射基带信号给所述iq混频器，所述微波源输出本振信号给所述iq混频器，所述iq混频器对所述基带信号与所述本振信号进行混频之后，输出所述第一信号给所述信号分配器件；

16、所述解调用混频器，具体用于将所述信号分配器件输出的第一信号，与所述微波源输出的本振信号进行混频，下变频为量子分析仪能够采集和分析的信号，并输出至所述量子分析仪。

17、在一个实施例中，所述信号监测单元，包括：信号分配模块、合路器和解调用混频器；

18、所述合路器设置于所述信号分配模块和解调用混频器之间；

19、所述信号分配模块包括多个信号分配器件；所述多个信号分配器件与所述合路器连接；

20、所述多个信号分配器件分别与所述信号发生单元的多通道的输出端对应连接；每个所述信号分配器件用于将对应通道的第一信号的部分耦合出来；

21、所述合路器，用于将多个信号分配器件耦合得到的信号组合后输出；

22、所述解调用混频器，用于将所述合路器组合后输出的信号进行解调后输入至所述量子分析仪。

23、在一个实施例中，所述信号发生单元，具体包括：任意波形发生模块、iq混频模块和微波源；

24、所述任意波形发生模块，包括多个任意波形发生器；

25、所述iq混频模块，包括多个iq混频器；

26、所述iq混频模块中的多个iq混频器，分别与所述任意波形发生模块中的多个任意波形发生器以及所述微波源多通道的输出端对应连接，以形成多个第一信号发生通道；其中，每个所述iq混频器的输入端分别与同一通道的所述微波源和任意波形发生器连接；每个所述iq混频器的输出端，分别与所述信号分配模块的同一通道的信号分配器件的输入端对应连接；

27、所述解调用混频器的输入端分别与量子处理单元、所述合路器的输出端以及与所述微波源连接，所述解调用混频器的输出端与量子分析仪连接；

28、所述任意波形发生器用于发射基带信号给所述iq混频器，所述微波源用于输出本振信号给所述iq混频器，所述iq混频器用于对所述基带信号与所述本振信号进行混频并输出所述第一信号给所述信号分配器件；

29、所述微波源，还用于输出一路用于解调所述第一信号的本振信号至所述解调用混频器；

30、所述解调用混频器，具体用于将所述合路器组合后输出的第一信号，与所述一路用于解调所述第一信号的本振信号进行混频，下变频为量子分析能够采集和分析的信号。

31、在一个实施例中，所述信号发生单元，具体包括：任意波形发生模块、iq混频模块、和微波源；

32、所述任意波形发生模块，包括一具有多通道输出端的任意波形发生器；

33、所述iq混频模块，包括多个iq混频器；

34、所述iq混频模块中的多个iq混频器，分别与所述任意波形发生模块多通道的输出端以及所述微波源多通道的输出端对应连接，以形成多个第一信号发生通道；其中，每个所述iq混频器的输入端分别与同一通道的所述微波源和任意波形发生器的输出端连接；每个所述iq混频器的输出端，分别与所述信号分配模块的同一通道的信号分配器件的输入端对应连接；

35、所述解调用混频器的输入端分别与量子处理单元、所述合路器的输出端以及与所述微波源连接，所述解调用混频器的输出端与量子分析仪连接；

36、所述任意波形发生器用于发射基带信号给所述iq混频器，所述微波源用于输出本振信号给所述iq混频器，所述iq混频器用于对所述基带信号与所述本振信号进行混频并输出所述第一信号给所述信号分配器件；

37、所述微波源，还用于输出一路用于解调所述第一信号的本振信号至所述解调用混频器；

38、所述解调用混频器，具体用于将所述合路器组合后输出的信号，与所述一路用于解调所述第一信号的本振信号进行混频，下变频为量子分析能够采集和分析的信号。

39、在一个实施例中，所述微波源输出给iq混频器或iq混频模块的本振信号，与输出给所述解调用混频器的本振信号相同。

40、在一个实施例中，所述信号分配器件为功分器或者定向耦合器。

41、在一个实施例中，所述第一信号为读入信号，所述信号发生单元用于产生读入信号给所述量子处理单元中的量子比特，以读取所述量子比特的状态。

42、在一个实施例中，所述测控系统为超导量子计算机中的测控系统，所述量子处理单元为超导量子芯片。

43、第二方面，本实用新型实施例提供一种量子计算机，包括：如前述的量子计算机的测控系统以及量子处理单元；

44、所述测控系统中的信号监测单元与所述量子处理单元连接，用于将测控系统中的信号发生单元发出的第一信号的一部分耦合出来，解调后输出给量子分析仪进行采集和分析，并将其余第一信号输出给所述量子处理单元，用于对量子比特进行相应的作用。

45、在一个实施例中，所述量子计算机的测控系统，还包括：上位机；

46、所述上位机分别与所述测控系统中的信号发送单元和量子分析仪连接；

47、所述上位机，用于控制所述信号发生单元产生第一信号；以及根据所述量子分析仪采集和分析后的信号，监测所述第一信号是否发出以及是否异常。

48、本实用新型实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

49、本实用新型实施例提供的上述量子计算机的测控系统中，通过信号监测单元连接至信号发生单元和量子分析仪之间，通过信号监测单元将第一信号的一部分耦合出来，并解调后输出给量子分析仪，以便量子分析仪进行信号的采集和分析，从而实现对第一信号的实时监测，提高了第一信号监测的效率，并且，监测过程中由于不需要另外改变量子计算机的测控系统的连接关系，也避免了检查后复原电路可能存在的接错的风险。

50、进一步地，上述信号监测单元包括信号分配器件和解调用混频器，信号分配器件可以将一部分第一信号耦合出来，耦合出来的第一信号通过解调用混频器与微波源输出的信号混频，下变频为量子分析仪能采集到的中频信号，由于使用相同频率的微波源上变频和下变频，量子分析仪采到的信号和awg发出的信号是同一个频率，同样的时序，振幅上有所变化但是完全线性对应,可以保证监测到的信号与awg原始发射的基带信号的一致性，本实用新型实施例还可以实现对高频线路中iq混频器和微波源是否正常工作进行监测。

51、进一步地，本实用新型实施例还通过多通路的信号分配模块、合路器和解调用混频器，实现了对测控系统的结构进行拓展和集成，使用合路器的设计，从硬件上减少了对微波源通道的需求，简化结构的同时，节省了硬件成本。

52、本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

53、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。