使用频分复用的用于量子信号的微波组合器和分配器制造技术

一种涉及超导微波组合器的技术。第一滤波器至最后一个滤波器分别连接到第一输入至最后一个输入。第一滤波器至最后一个滤波器的的每一个分别具有第一通带至最后一个通带，使得第一通带至最后一个通带各自不同。公共输出经由第一滤波器至最后一个滤波器连接到第一输入至最后一个输入。

Microwave Combiner and Distributor for Quantum Signals Using Frequency Division Multiplexing

A technique involving a superconducting microwave combiner. The first filter to the last filter are connected to the first input to the last input, respectively. Each of the first filter to the last filter has a first pass band to the last pass band, so that the first pass band to the last pass band is different. The common output is connected to the first input to the last input via the first filter to the last filter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用频分复用的用于量子信号的微波组合器和分配器
技术介绍
本专利技术涉及超导电子设备，更具体地，涉及使用频分复用的用于量子信号的微波组合器和分配器。在电信中，频分复用是一种技术，通过该技术，通信介质中可用的总带宽被分成一系列非重叠频率子带，每个子带用于承载单独的信号。这允许诸如空气、电缆或光纤的单个传输介质由多个独立信号共享。在物理学和计算机科学中，量子信息是在量子系统的状态下保持的信息。量子信息是量子信息理论研究的基本实体，可以使用称为量子信息处理的工程技术进行操纵。很像古典信息可以用数字计算机处理，从一个地方传送到另一个地方，用算法操纵，并用计算机科学的数学分析，类似的概念也适用于量子信息。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。
技术实现思路
根据一个或多个实施例，提供了如权利要求1所述的超导微波组合器。本专利技术还提供了如权利要求8所述的配置超导微波组合器的方法。本专利技术还提供了如权利要求15所述的超导微波分配器。本专利技术还提供了如权利要求22所述的配置超导微波分配器的方法。根据一个或多个实施例，提供了一种超导系统。超导系统包括第一量子系统至最后一个量子系统，以及第一滤波器至最后一个滤波器。第一滤波器至最后一个滤波器分别连接到第一量子系统至最后一个量子系统。第一滤波器至最后一个滤波器分别具有第一通带至最后一个通带，使得第一通带至最后一个通带各自不同。超导系统包括经由第一滤波器至最后一个滤波器连接到第一量子系统至最后一个量子系统的公共输出。附图说明图1是描绘根据一个或多个实施例的用于量子信号的微波组合器的设备的示意图。图2是描绘根据一个或多个实施例的用于量子信号的微波分配器的设备的示意图。图3是描绘根据一个或多个实施例的量子系统应用中使用的设备的系统。图4示出了根据一个或多个实施例的作为功率组合器的级联树的设备。图5是描绘根据一个或多个实施例的用于量子信号的微波组合器的设备的示意图。图6是根据一个或多个实施例的配置超导微波组合器设备的方法的流程图。图7是根据一个或多个实施例的配置超导微波分配器设备的方法的流程图。具体实施方式这里参考相关附图描述了各种实施例。在不脱离本文件的范围的情况下，可以设计替代实施例。注意，在以下描述和附图中，在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，上方，下方，相邻等)。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且不旨在限制这方面。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。作为间接位置关系的示例，在层“B”上形成层“A”的提及包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”和层“B”之间的情况。只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被中间层改变。采用微波信号组合器以便在微波域中组合量子信号，代价是端口之间的阻抗不匹配(这将导致反射)、(某些)端口之间的隔离差和/或由于量子信号的衰减导致量子信息的丢失。量子信息的丢失可能是由于功率组合器的内部损耗或由于到其他端口的泄漏。量子信息的这种损失可导致测量的信噪比显着降低。此外，在基于超导量子位的可扩展量子处理器架构中，重要的是最小化进入稀释冰箱的输入和输出线的数量。在输出侧实现这一点的一种方法是，例如，通过使用混合或商用功率组合器在同一输出线上组合多个量子位的多个读出信号。随后，宽带量子限制放大器可用于在多个读出信号向上传播到输出链之前放大多个读出信号。然而，使用这种混合或功率组合器在放大器之前衰减量子信号并导致量子信息的显着损失，因此限制了量子测量的效率。另一种可能性是在多个量子限制放大器之后添加功率组合器，放大每个单独的信号。然而，该方案的缺点是向稀释冰箱添加了笨重的硬件(多个放大器)，这限制了方案的可扩展性。稀释冰箱是一种低温设备，可提供低至7mK温度的连续冷却而在低温区域没有活动部件。以下是功率组合器或分配器的一些示例。以下是T型功率组合器的特性：1)具有一个输入端口和两个输出端口的3端口设备、2)无损耗、3)倒数、4)输出端口之间没有隔离以及5)仅与输入匹配。电阻分配器的特性包括以下：1)3端口设备、2)倒数、3)可以在所有端口匹配(无反射)、4)有损以及5)输出端口之间没有隔离。混合的特性(90°和180°混合)包括以下：1)具有两个输入端口和两个输出端口的4端口设备、2)倒数、3)可以在所有端口匹配(无反射)、4)两个输入端口之间以及两个输出端口之间的良好隔离。如果混合用作功率组合器，则功率在两个输出端口之间平均分配，使得一半信息丢失。以下是威尔金森功率分配器/组合器的特征：1)具有一个输入端口和两个输出端口的3端口设备(可以推广到N路设备)、2)在所有端口处匹配(无反射)、3)两个输出端口之间的隔离、4)当组合输出端口上输入的信号时有损耗，因为只有一半的信号功率出现在输入端，而另一半则消耗掉。一个或多个实施例解决与使用少量输入和输出线(从而提供可扩展性)的复用多个量子位谐振器系统的驱动和读出相关的问题，不会导致量子信息的丢失(无损)并且不允许在不同的量子位谐振器系统之间泄漏信号(输入端口之间的隔离和/或输出端口之间的隔离)。实施例包括基于微波信号(驱动信号和读出信号)的频率分离微波信号的一个或多个方法和设备，从而允许这些方法和设备复用多个量子位的读出和驱动而不衰减驱动器/读出中使用的微波信号。而且，为这些设备在不同端口之间提供隔离。根据一个或多个实施例，该设备可以是用于量子信号的多端口片上超导微波组合器和/或分配器。微波组合器和分配器是无损的，它们的端口与输入/输出环境相匹配。超导微波组合器和/或分配器可用于可扩展量子处理架构，例如用于量子位驱动和读出。在一个或多个实施例中，微波组合器和分配器配置在同一设备中。输入信号的方向确定设备是作为微波组合器还是分配器运行。图1是描绘根据一个或多个实施例的用于量子信号的微波组合器的设备的示意图。设备100被配置为利用频分复用将不同微波信号分配到单个输出传输线的不同频率上。设备100包括通常称为带通滤波器105的带通微波滤波器。不同的带通滤波器105被描绘为带通滤波器105_1至带通滤波器105_N。每个带通滤波器105具有不同的窄通带，具有特定窄通带中的频率的微波信号通过该窄通带传送(即，通过)，并且具有特定窄通带之外的频率的信号被反射(即，被阻挡)。带通滤波器105_1具有自己的具有带宽1(BW1)的窄通带，带通滤波器105_2具有自己的具有带宽2(BW2)的窄通带，并且带通滤波器105_N具有自己的具有带宽N(BWN)的窄通带。例如，带通滤波器105_1配置具有通带(频带)，允许具有频率f1的微波信号150_1通过(发送)但阻挡(反射)位于带通滤波器105_1的通带之外的具有频率f2到fN的所有其他微波信号150_2到150_N。类似地，带通滤波器105_2配置具有通带(频带)，允许具有频率f2的微波信号150_2通过(发送)但阻挡(反射)在带通滤波器105_2的通带之外的具有频率f1、f3至fN的所有其他微波信号150_1、150_3至150_N。类似地，带通滤波器105_N配置具有通带(频带)，允许具有频率fN的微波信号150_N通过(发送)但阻挡(反射)位于带通滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导微波组合器，包括：第一滤波器至最后一个滤波器，其中第一滤波器至最后一个滤波器分别连接到第一输入至最后一个输入，其中第一滤波器至最后一个滤波器的每一个分别具有第一通带至最后一个通带，使得第一通带至最后一个通带各自不同，其中第一输入至最后一个输入互不连接；经由第一滤波器至最后一个滤波器连接到第一输入至最后一个输入的公共输出，其中第一滤波器至最后一个滤波器是超导的，第一滤波器至最后一个滤波器包括超导集总元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.26 US 15/275,5111.一种超导微波组合器，包括：第一滤波器至最后一个滤波器，其中第一滤波器至最后一个滤波器分别连接到第一输入至最后一个输入，其中第一滤波器至最后一个滤波器的每一个分别具有第一通带至最后一个通带，使得第一通带至最后一个通带各自不同，其中第一输入至最后一个输入互不连接；经由第一滤波器至最后一个滤波器连接到第一输入至最后一个输入的公共输出，其中第一滤波器至最后一个滤波器是超导的，第一滤波器至最后一个滤波器包括超导集总元件。2.如权利要求1所述的超导微波组合器，其中第一输入至最后一个输入彼此隔离，从而避免第一输入至最后一个输入之间的信号泄漏。3.如权利要求1所述的超导微波组合器，其中，第一滤波器至最后一个滤波器的每一个被配置为以不同的频率组发送信号；并且其中，第一滤波器至最后一个滤波器都是无源的，因此不需要操作功率来作为无源滤波器工作。4.如权利要求3所述的超导微波组合器，其中：第一滤波器至最后一个滤波器的第一滤波器被配置为仅以第一组频率传递信号，第一滤波器至最后一个滤波器的下一个滤波器被配置为仅以下一组频率传递信号，并且第一滤波器至最后一个滤波器的最后一个滤波器被配置为仅以最后一组频率传递信号，第一组、下一组和最后一组频率中的每一个都是非重叠的。5.如权利要求1所述的超导微波组合器，其中，第一输入至最后一个输入分别包括第一端口至最后一个端口；以及其中，第一端口至最后一个端口可操作地分别连接到第一滤波器至最后一个滤波器，使得分别通过第一端口至最后一个端口输入的第一至最后一个信号被组合并通过公共端口输出。6.如权利要求5所述的超导微波组合器，其中第一阻抗变换器至最后一个阻抗变换器分别连接在第一端口至最后一个端口和第一滤波器至最后一个滤波器之间，第一阻抗变换器至最后一个阻抗变换器提供阻抗匹配；并且其中，公共阻抗变换器连接在第一滤波器至最后一个滤波器和公共端口之间，公共阻抗变换器被配置为提供阻抗匹配。7.如权利要求6所述的超导微波组合器，其中第一滤波器至最后一个滤波器包括超导材料。8.一种配置超导微波组合器的方法，方法包括：提供第一滤波器至最后一个滤波器，其中第一滤波器至最后一个滤波器分别连接到第一输入至最后一个输入，其中第一滤波器至最后一个滤波器的每一个分别具有第一通带至最后一个通带，使得第一通带至最后一个通带各自不同，其中第一输入至最后一个输入互不连接；以及提供经由第一滤波器至最后一个滤波器连接到第一输入至最后一个输入的公共输出，其中第一滤波器至最后一个滤波器是超导的，第一滤波器至最后一个滤波器包括超导集总元件。9.如权利要求8所述的方法，其中第一输入至最后一个输入彼此隔离，从而避免第一输入至最后一个输入之间的信号泄漏。10.如权利要求8所述的方法，其中，第一滤波器至最后一个滤波器的每一个被配置为以不同的频率组发送信号；并且其中，第一滤波器至最后一个滤波器都是无源的，因此不需要操作功率来作为无源滤波器工作。11.如权利要求10所述的方法，其中：第一滤波器至最后一个滤波器的第一滤波器被配置为仅以第一组频率传递信号，第一滤波器至最后一个滤波器的下一个滤波器被配置为仅以下一组频率传递信号，并且第一滤波器至最后一个滤波器的最后一个滤波器被配置为仅以最后一组频率传递信号，第一组、下一组和最后一组频率中的每一个都是非重叠的。12.如权利要求8所述的方法，其中，第一输入至最后一个输入分别包括第一端口至最后一个端口；以及其中，第一端口至最后一个端口可操作地分别连接到第一滤波器至最后一个滤波器，使得分别通过第一端口至最后一个端口输入的第一至最后一个信号被组合并通过公共...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·阿布多，
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