本发明涉及超导量子计算，特别涉及一种基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片及封装结构和量子计算机。
背景技术：
1、超导量子计算机被认为是最有前途的量子计算平台之一。其核心部件超导量子芯片上的量子比特数量在过去十年中显著增加，从少量量子比特增加到超过1000个量子比特。然而在扩大到实现实际有用算法所需更大量子比特数时却带来了巨大的科学与工程挑战，包括晶圆尺寸、器件产量和串扰等，都限制了单个超导量子芯片上量子比特数的可扩展性。因此用更小的、专门的模块组装成大规模可扩展架构的超导量子芯片有望简化许多艰巨的科学和工程挑战。而研发模块化芯片架构的主要挑战之一是在模块化芯片之间设计高保真、低延迟的量子互联。因此，高保真互联的大规模超导量子芯片的扩展设计方法至关重要。现有技术中有通过模块化互连耦合技术实现多芯片间量子比特交互设计，但大规模芯片间扩展互联存在研究空白。
技术实现思路
1、为此，本发明提供一种基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片及封装结构和量子计算机，解决超导量子芯片间大规模扩展互联的问题，在保证单芯片性能的同时，能够适用于任意类型和规模的超导量子芯片扩展。
2、按照本发明所提供的设计方案，一方面，提供一种基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，包含：
3、上层模块化比特层芯片结构，包括以二维阵列形式排列的若干目标超导量子芯片，所述目标超导量子芯片仅包含量子比特结构，其以量子比特数量为依据并根据扩展的需求及超导量子芯片类型从超导量子芯片资源库中选取；
4、与上层模块化比特层芯片结构相对设置的下层芯片，下层芯片的电路结构分布依据上层模块化比特层芯片结构及扩展需求设置，包含传输线，读取谐振腔，控制线等；
5、及用于将上层模块化比特层芯片结构与下层芯片耦合连接的耦合连接件。
6、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，上层模块化比特层芯片结构中，目标超导量子芯片以m×n的二维阵列形式排列组合，其中，m、n均为正整数。
7、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，所述耦合连接件采用真空间隙电容。
8、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，所述真空间隙电容指上层模块化比特层芯片结构及下层芯片两者待耦合连接区域的上下电极板构成的平行板电容。
9、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，待耦合连接区域包括：上层模块化比特层芯片电路结构目标器件与下层芯片电路结构目标器件之间的耦合，其中，电路结构目标器件包含量子比特、读取谐振腔及控制线。
10、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，真空间隙电容大小参数依据电路结构目标器件耦合强度设置，其中，真空间隙电容大小参数包括上下电极板面积及上下电极板之间的垂直高度。
11、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，下层芯片上还设置有用于将上层模块化比特层芯片结构中相邻目标超导量子芯片的边缘量子比特进行耦合连接的可调耦合器，以利用该可调耦合器调节相邻目标超导量子芯片边缘量子比特之间的相互作用强度。
12、作为本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，进一步地，所述可调耦合器包括电容，及与电容连接的超导量子干涉仪；所述超导量子干涉仪包括两个并联的约瑟夫森结。
13、再一方面，本发明还提供一种超导量子芯片封装结构，包含：封装盒、超导铝线及上述的大规模超导量子芯片，封装盒内设有焊盘和容置腔，所述大规模超导量子芯片置于容置腔内，焊盘邻近大规模超导量子芯片设置，下层芯片的电路与焊盘通过超导铝线电性连接。
14、又一方面，本发明超导量子计算机，所述超导量子计算机至少设置有上述的大规模超导量子芯片，以及与大规模超导量子芯片连接的操控/读取装置。
15、本发明的有益效果：
16、本发明基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片能够为超导量子芯片扩展提供规范化通用流程，可适用于任何类型超导量子比特进行大规模扩展，比如定频超导量子比特或者变频超导量子比特任意规模的扩展；能够适用于任意规模超导量子比特的扩展，可根据需求选定模块化比特层芯片和其数量，组装成二维阵列形式进行互联，基于倒装焊并通过真空间隙电容对多个芯片进行互联，保证芯片互联的质量，最终获取所需的模块组装的量子比特数，具有较好的应用前景。
1.一种基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，上层模块化比特层芯片结构中，目标超导量子芯片以m×n的二维阵列形式排列组合，其中，m、n均为正整数。
3.根据权利要求1所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，所述耦合连接件采用真空间隙电容。
4.根据权利要求3所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，所述真空间隙电容为上层模块化比特层芯片结构及下层芯片两者待耦合连接区域的上下电极板构成的平行板电容。
5.根据权利要求4所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，待耦合连接区域包括：上层模块化比特层芯片电路结构目标器件与下层芯片电路结构目标器件之间的耦合，其中，电路结构目标器件包含量子比特、读取谐振腔及控制线。
6.根据权利要求5所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，真空间隙电容大小参数依据电路结构目标器件耦合强度设置，其中，真空间隙电容大小参数包括上下电极板面积及上下电极板之间的垂直高度。
7.根据权利要求1所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，下层芯片上还设置有用于将上层模块化比特层芯片结构中相邻目标超导量子芯片的边缘量子比特进行耦合连接的可调耦合器，以利用该可调耦合器调节相邻目标超导量子芯片边缘量子比特之间的相互作用强度。
8.根据权利要求7所述的基于二维阵列扩展的大规模超导量子芯片，其特征在于，所述可调耦合器包括电容，及与电容连接的超导量子干涉仪；所述超导量子干涉仪包括两个并联的约瑟夫森结。
9.一种超导量子芯片封装结构，其特征在于，包含：封装盒、超导铝线及权利要求1～6任一项所述的大规模超导量子芯片，封装盒内设有焊盘和容置腔，所述大规模超导量子芯片置于容置腔内，焊盘邻近大规模超导量子芯片设置，下层芯片的电路与焊盘通过超导铝线电性连接。
10.一种超导量子计算机，其特征在于，所述超导量子计算机至少设置有权利要求1～8任一项所述的大规模超导量子芯片，以及与大规模超导量子芯片连接的操控/读取装置。
