基于两个耦合的不同transmon的弱可调的量子比特制造技术

技术涉及超导量子装置。提供固定频率transmon量子比特(110A)。提供可调频率transmon量子比特(110B)。固定频率transmon量子比特(110A)耦合到可调频率transmon量子比特(110B)以形成单量子比特(110)。

Weakly tunable qubits based on two coupled different transmons

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于两个耦合的不同transmon的弱可调的量子比特
技术介绍
本专利技术一般涉及超导电子装置，更具体地，涉及基于两个耦合的不同transmon的弱可调量量子比特。量子计算机的基本元素是量子位(quantumbit)，它被称为“量子比特(qubit)”。与表示零和一的经典比特相反，量子比特还能够表示两种状态的量子叠加。状态可以在量子物理定律中形式化为处于两个状态的概率。因此，可以在量子物理定律中操纵和观察状态。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了用于提供超导量子装置的方法，包括提供固定频率transmon量子比特以及提供可调频率transmon量子比特。方法包括将固定频率transmon量子比特耦合到可调频率transmon量子比特以形成单量子比特。根据本专利技术的第二方面，提供了超导量子装置，包括固定频率transmon量子比特和可调谐频率transmon量子比特。固定频率transmon量子比特耦合到可调频率传输量子比特以形成单量子比特。根据本专利技术的第三方面，提供了用于配置单量子比特的方法，包括提供由第一电容器分流的单约瑟夫森结(JJ)，并提供由第二电容器分流的非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。方法包括通过一个共享节点将单JJ连接到dc-SQUID。根据本专利技术的第四方面，提供了单量子比特，包括由第一电容器分流的单约瑟夫森结(JJ)transmon量子比特，和非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。非对称dc-SQUID由第二电容器分流。根据本专利技术的第五方面，提供了用于提供单量子比特的能量系统的方法，包括提供被配置为耦合到可调频率transmon量子比特的固定频率transmon量子比特的单量子比特。方法包括生成单量子比特的能量系统作为V能量系统，使得单量子比特的读出被配置为通过耦合单量子比特的第四能级或第七能级来执行。固定频率transmon量子比特可以与可调频率transmon量子比特共享节点，并且固定频率transmon量子比特与可调谐频率transmon量子比特两者通过耦合电容器而电容耦合。附图说明现在将参考附图仅以示例的方式描述本专利技术的优选实施例，其中：图1是体现本专利技术的弱可调量子比特的电路；图2是体现本专利技术的量子比特电路的示例实现；图3是表示体现本专利技术的量子比特电路的设计示例的表；图4是根据一个或多个实施例的量子比特的V能谱(V系统)；图5是体现本专利技术的量子比特的V能谱(V系统)；图6是提供体现本专利技术的超导电子装置的方法的流程图；图7是配置体现本专利技术的单量子比特的方法的流程图；图8是提供体现本专利技术的单量子比特的能量系统的方法的流程图。具体实施方式在此参照相关的附图来描述本专利技术的各种实施例。在不脱离本文的范围的情况下，可以设计本专利技术的可替代的实施例。可以注意，在以下描述和附图中阐述了元件之间的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，对在层“B”上形成层“A”的引用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。若干物理系统已被建议作为量子比特的潜在的实施方式。然而，固态电路和特别是超导电路是非常令人感兴趣的，因为它们提供可扩展性，可扩展性是使得电路具有更多数量的相互作用的量子比特的可能性。超导量子比特通常基于约瑟夫森结(Josephsonjunction，JJ)。约瑟夫森结是由例如薄的绝缘障耦合的两个超导体。约瑟夫森结可以通过超导电极之间的绝缘隧道势垒(例如Al2O3)制造。对于这种超导体-绝缘体-超导体(SIS)约瑟夫森结，最大允许的超电流是临界电流Ic。具有可调临界电流(例如，基于约瑟夫森结)的超导量子比特在量子计算领域中一般是有用的，并已使用所谓的超导量子干涉装置(SQUID)实现，其允许量子比特频率通过外部磁场来调谐。SQUID是两个并联的JJ，从而形成可以施加磁场的环。在此配置中，SQUID称为dc-SQUID。然而，若干问题与可调频率量子比特有关，特别是与通过施加外部磁通量来调谐频率的超导量子比特有关。例如，外部磁场可降低约瑟夫森能量和充电能量的比例，由此引入对充电噪声的敏感度。作为另一示例，作为磁通量的函数的量子比特的频率可调性越大，量子比特对磁通噪声的敏感度越大，其中这种噪声可降低量子比特的相干时间。量子误差校正方案依赖于耦合在一起并作用于由外部控制来执行量子门操作的量子比特的阵列。在量子计算中，特别是量子电路计算模型中，量子门(或量子逻辑门)是对少量量子比特操作的基本量子电路。它们是量子电路的构成块，如经典的逻辑门是用于传统数字电路。最常见的量子门在一个或两个量子比特的空间上操作，像常见的经典逻辑门在一个或两个位上操作一样。固定频率超导transmon量子比特和微波交叉共振门为这种系统提供了简单且鲁棒的架构，但它们对相邻量子比特的相对频率非常敏感。这些频率转而对量子比特中约瑟夫森结的详细纳米结构非常敏感。实际上，难以准备频率精度优于约正或负(±)4％的固定频率的5GHz量子比特。通量可调的transmon量子比特设计(基于dc-SQUID，具有对称或非对称的约瑟夫森结)提供调整频率以优化门操作的能力。然而，应该使可调性范围非常小(根据一个或多个实施例，特别是约100MHz)，否则可调性将通过通量噪声的作用增加对量子态去相位的敏感度。同时，任何可调频率量子比特设计中的约瑟夫森结不应超过结点尺寸的某些限制。过大的结点尺寸可使结制造复杂化、增加不需要的结电容、和/或并入随机出现的缺陷(诸如两级系统耗散器)。本专利技术的一个或多个实施例提供了改进的transmon量子比特设计，其被配置为实现低于100MHz的调谐范围，而不需要过多的结尺寸。下面讨论现有技术的可调transmon方案中的各种限制。如上所述，transmon量子比特通常采用具有临界电流Ic1的单约瑟夫森结。如果要使临界电流可调，则采用在SQUID环路中使用具有临界电流Ic2和Ic3的一对约瑟夫森结的方案，其中Ic3>Ic2。外部场线圈(未示出)调整环路中的磁通量，允许所组合的结的临界电流由等于2Ic2/(Ic2+Ic3)比率的分数来调节。量子比特频率依比例近似为临界电流的平方根，因此可调谐性依赖于临界电流Ic3/Ic2的比率，而临界电流Ic3/Ic2又直接取决于约瑟夫森结面积的比率。因此，这种现有技术的可调方案具有若干限制：1)结构尺寸的制造限制。在目前使用电子束光刻的制造系统中，可靠地使约瑟夫森结小于约60纳米(nm)×60nm(或3600平方纳米(nm2))是具有挑战性的。更常见的是，结的面积为约90nm×90nm(例如，8100nm2)。为了实现100MHz的可调谐性(如在一个或多个实施例中提供的)，将需要由60nm×60nm或90nm×90nm结提供的Ic2，以及由比Ic2的结面积大50倍的结面积提供的Ic3，即424nm×424nm或636nm×636nm(例如，分别为180,000nm2或405,000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提供超导量子装置的方法，所述方法包括：提供固定频率transmon量子比特；提供可调频率transmon量子比特；以及将所述固定频率transmon量子比特耦合到所述可调频率transmon量子比特。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.07 US 15/451,7831.一种提供超导量子装置的方法，所述方法包括：提供固定频率transmon量子比特；提供可调频率transmon量子比特；以及将所述固定频率transmon量子比特耦合到所述可调频率transmon量子比特。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特与所述可调频率transmon量子比特共享节点，并且所述固定频率transmon量子比特和所述可调频率transmon量子比特经由耦合电容器电容耦合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特由第一电容器分流。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述可调频率transmon量子比特由第二电容器分流。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一电容器具有大于所述第二电容器的值。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可调频率transmon量子比特是直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。7.根据权利要求7所述的方法，其中，所述dc-SQUID是不对称的。8.根据权利要求5或7所述的方法，其中，所述dc-SQUID包括两个约瑟夫森结(JJ)，所述两个JJ是第一JJ和第二JJ。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一JJ大于所述第二JJ。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述单量子比特的量子比特频率被配置为被移位。11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述单量子比特的所述量子比特频率中的移位是通过所述可调频率transmon量子比特的频移引起的。12.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特包括单个约瑟夫森结。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特和所述可调频率transmon量子比特的所述耦合形成单量...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·阿卜多，J·B·赫茨伯格，E·马格桑，J·甘贝塔，
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