用光学频率光子读出微波频率量子位的量子态制造技术

技术涉及读取耦合到微波谐振器的量子位。微波谐振器频率的微波信号输入到耦合到量子位的微波谐振器。来自微波谐振器的微波读出信号输出到微波到光学转换器。微波读出信号包括量子位的量子位状态。微波到光学转换器被配置为将微波读出信号转换为光学信号。响应于光信号由微波输出到光转换器，确定量子位处于预定义的量子位状态。响应于没有光信号由微波输出到光转换器，确定量子位不在预定义的量子位状态。

Readout of Quantum States of Microwave Frequency Quantum Bits by Optical Frequency Photons

The technology involves reading quantum bits coupled to microwave resonators. The microwave signal of the frequency of the microwave resonator is input to the microwave resonator coupled to the quantum bit. The microwave readout signal from the microwave resonator is output to the microwave to optical converter. Microwave readout signals include quantum bit states of quantum bits. The microwave to optical converter is configured to convert the microwave readout signal into an optical signal. In response to the output of the optical signal from microwave to optical converter, it is determined that the quantum bit is in a predefined quantum bit state. In response to the absence of an optical signal from the microwave output to the optical converter, it is determined that the quantum bit is not in a predefined quantum bit state.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用光学频率光子读出微波频率量子位的量子态
本专利技术涉及光电装置，更具体地，涉及用光学频率光子读出微波频率量子位(qubit)的量子态。
技术介绍
在称为电路量子电动力学的一种方法中，量子计算采用称为量子位的非线性超导装置以操纵和存储微波频率的量子信息，以及谐振器(例如，作为二维(2D)平面波导或作为三维(3D)微波腔)以读出并促进量子位之间的相互作用。作为一个示例，每个超导量子位可以包括一个或多个约瑟夫森结，所述约瑟夫森结由与所述结并联的电容器分流。量子位电容耦合到2D或3D微波腔。与量子位相关联的电磁能存储在约瑟夫森结中以及形成量子位的电容和电感元件中。在一个示例中，为了读出量子位状态，将微波信号施加到微波读出(readout)腔，该微波读出腔以对应于量子位状态A的腔频率耦合到量子位。透射(或反射)的微波信号经过多个隔热阶段和需要阻止或降低噪声并提高信噪比的低噪声放大器。在室温下测量微波信号。高微波信号表明量子位处于状态A。微波读出提供用于控制的稳定的信号幅度，可使用覆盖大部分微波频率范围的商用现货(COTS)硬件。但是，微波读出信号必须与热噪声隔离，并在增加最小噪声的情况下被放大。诸如超导量子位的量子系统对电磁噪声非常敏感，特别是在微波和红外域中。为了保护这些来自微波和红外噪声的量子系统，应用了几层滤波，衰减和隔离。特别感兴趣的是在输入和输出(I/O)线(也称为传输线)上采用的保护层，其连接到量子系统，并且分别将输入和输出信号传送到量子系统和从量子系统传送输入和输出信号。在超导量子位的情况下，这些I/O线(传输线)通常是微波同轴线或波导。为了阻挡或衰减传播或泄漏到这些传输线中的噪声使用的一些技术或组件是衰减器，循环器，隔离器，低通微波滤波器，带通微波滤波器和基于有损吸收材料的红外滤波器。然而，这些噪声隔离组件和微波信号放大技术需要大量额外的微波硬件和成本。因此，在现有技术中需要解决上述问题。
技术实现思路
从第一方面看，本专利技术提供一种读取分别耦合到N个微波谐振器的N个量子位的方法，该方法包括：将处于N个微波谐振器频率的N个微波输入读出信号输入到分别耦合N个量子位的N个微波谐振器，其中N是整数，其中N个微波谐振器频率的一个各自对应于N个微波谐振器的一个；将N个微波输出读出信号从N个微波谐振器输出到N个微波到光学转换器，N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态，其中N个微波到光学转换器配置成将N个微波输出读出信号转换到N个光学信号，其中N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个；响应于由N个微波到光学转换器输出N个光学信号的任何一个，确定N个量子位的相应一些是在预定义的量子位状态；和响应于N个微波到光学转换器没有任何一个输出光学信号，确定N个量子位的相应一些不在预定义的量子位状态。优选地，本专利技术提供一种方法，其中N＝1。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于读取N个量子位的系统，该系统包括：耦合到N个量子位的N个微波谐振器，N个微波谐振器被配置为在N个微波谐振器频率接收N个微波输入读出信号并输出N个微波输出读出信号，其中N是整数；和N个微波到光学转换器，被配置为从N个微波谐振器接收N个微波输出读出信号，N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态，其中N个微波到光学转换器被配置为将N个微波输出读出信号转换为N个光学信号，其中N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个，其中N个量子位的一些被分别定义为当N个光学信号的相应一些由N个微波到光学转换器的相应一些输出时是在预定义的量子位状态，其中N个量子位的相应一些被定义为当N个微波到光学转换器的相应一些没有输出N个光学信号的相应一些时，不在预定义的量子位状态。优选地，本专利技术提供一种系统，其中N＝1。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于读取一个或多个量子位的系统，该读出系统包括：一个或多个微波波导；一个或多个光波导；和一个或多个微波到光学转换器，被配置为经由一个或多个波导接收与一个或多个量子位对应的一个或多个微波读出信号，其中，一个或多个微波到光学转换器被配置为经由一个或多个光波导输出用于在预定义的量子位状态的一个或多个量子位的一个或多个光学信号，其中一个或多个微波到光学转换器被配置为不输出用于不在预定义量子位状态的一个或多个量子位的光学信号。根据一个或多个实施例，提供了一种读取耦合到微波谐振器的量子位的方法。该方法包括在微波谐振器频率将微波信号输入到耦合到量子位的微波谐振器，并将微波读出信号从微波谐振器输出到微波到光学转换器。此外，微波读出信号包括量子位的量子位状态，并且微波到光学转换器被配置为将微波读出信号转换为光学信号。此外，该方法包括响应于光学信号被微波到光学转换器输出，确定量子位是在预定义的量子位状态，以及响应于N个微波到光学转换器没有任何一个输出光学信号，确定量子位不在预定义的量子位状态。根据一个或多个实施例，提供了一种读取分别耦合到N个微波谐振器的N个量子位的方法。该方法包括在N个微波谐振器频率将N个微波输入读出信号输入到分别耦合N个量子位的N个微波谐振器，其中N是整数，并且其中N个微波谐振器频率的一个各自对应于N个微波谐振器的一个。该方法包括将N个微波输出读出信号从N个微波谐振器输出到N个微波到光学转换器。N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态。N个微波到光学转换器被配置为将N个微波输出读出信号转换为N个光学信号，并且N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个。此外，该方法包括响应于由N个微波到光学转换器输出N个光学信号的任何一个，确定N个量子位的相应一些是在预定义的量子位状态，以及响应于N个微波到光学转换器没有任何一个输出任何光学信号，确定N个量子位的相应一些不在预定义的量子位状态。根据一个或多个实施例，提供了一种用于读取量子位的系统。该系统包括耦合到量子位的微波谐振器，所述微波谐振器被配置为在微波谐振器频率接收微波信号并输出微波读出信号，微波读出信号包括量子位的量子位状态，所述系统包括微波到光学转换器，其被配置为为从微波谐振器接收微波读出信号。微波到光学转换器被配置为将微波读出信号转换为光学信号，并且当光学信号由微波到光学转换器输出时，量子位被定义为是在预定义的量子位状态。当微波到光学转换器没有输出光信号时，量子位被定义为不在预定义的量子位状态。根据一个或多个实施例，提供了一种用于读取N个量子位的系统。该系统包括耦合到N个量子位的N个微波谐振器，并且N个微波谐振器被配置为在N个微波谐振器频率接收N个微波输入读出信号并输出N个微波输出读出信号，其中N是整数。N个微波到光学转换器被配置为从N个微波谐振器接收N个微波输出读出信号，以及N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态。N个微波到光学转换器被配置为将N个微波输出读出信号转换为N个光学信号。其中N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个，N个量子位的一些被分别定义为当N个光学信号的相应一些由N个微波到光学转换器的相应一些输出时是在预定义的量子位状态。N个量子位的相应一些被定义为当N个微波到光学转换器的相应一些没有输出N个光学信号的相应一些时，不在预定义的量子位状态。根据一个或多个实施例，提供了一种用于读取一个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种读取分别耦合到N个微波谐振器的N个量子位的方法，所述方法包括：将处于N个微波谐振器频率的N个微波输入读出信号输入到分别耦合N个量子位的N个微波谐振器，其中N是整数，其中N个微波谐振器频率的一个各自对应于N个微波谐振器的一个；将N个微波输出读出信号从N个微波谐振器输出到N个微波到光学转换器，N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态，其中N个微波到光学转换器配置成将N个微波输出读出信号转换到N个光学信号，其中N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个；响应于由N个微波到光学转换器输出N个光学信号的任何一个，确定N个量子位的相应一些是在预定义的量子位状态；和响应于N个微波到光学转换器没有任何一个输出光学信号，确定N个量子位的相应一些不在预定义的量子位状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 15/198,2401.一种读取分别耦合到N个微波谐振器的N个量子位的方法，所述方法包括：将处于N个微波谐振器频率的N个微波输入读出信号输入到分别耦合N个量子位的N个微波谐振器，其中N是整数，其中N个微波谐振器频率的一个各自对应于N个微波谐振器的一个；将N个微波输出读出信号从N个微波谐振器输出到N个微波到光学转换器，N个微波输出读出信号各自包括N个量子位的量子位状态，其中N个微波到光学转换器配置成将N个微波输出读出信号转换到N个光学信号，其中N个微波输出读出信号的一个各自对应于N个量子位的一个；响应于由N个微波到光学转换器输出N个光学信号的任何一个，确定N个量子位的相应一些是在预定义的量子位状态；和响应于N个微波到光学转换器没有任何一个输出光学信号，确定N个量子位的相应一些不在预定义的量子位状态。2.权利要求1所述的方法，其中N＝1。3.如权利要求2所述的方法，其中确定量子位是在预定义的量子位状态包括通过微波到光学转换器将微波读出信号转换为光学信号。4.如权利要求3所述的方法，还包括通过微波到光学转换器输出光学信号。5.如权利要求4所述的方法，还包括由光子检测器检测来自微波到光学转换器的光学信号。6.如权利要求5所述的方法，其中利用由光子检测器检测光学信号来确定量子位是在预定义的量子位状态。7.如权利要求2至6中任一项所述的方法，其中响应于光子检测器没有检测到从微波到光学转换器输出的光学信号，利用无光学信号的检测来确定量子位不在预定义的量子位状态。8.如权利要求7所述的方法，其中光子检测器没有检测到光学信号，因为微波读出信号低于用于微波到光学转换器的阈值，从而使微波到光学转换器不输出光学信号。9.如权利要求2至8中任一项所述的方法，其中所述微波到光学转换器是选自电光装置、光机械装置、光电压电装置和磁光装置组成的组的装置。10.如权利要求2至9中任一项所述的方法，其中，所述微波谐振器是微波腔。11.如权利要求2至10中任一项所述的方法，其中将所述微波谐振器，量子位和微波到光学转换器冷却到预定义温度。12.如权利要求11所述的方法，其中所述预定义温度范围从约0.01至0.1开尔文。13.如权利要求1所述的方法，其中，所述N个微波到光学转换器被配置为将所述N个光学信号多路复用成在光学线路上输出的单个光学信号。14.一种用于读取N个量子位的系统，所述系统包括：耦合到N个量子位的...

【专利技术属性】
技术研发人员：H白，JS奥克特，LS毕晓普，J甘贝塔，J罗森，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US