量子处理器中耦合量子位的系统和方法技术方案

约瑟夫逊结(JJ)可以取代变压器的初级电感以实现量子位之间的电流耦合，从而有利地减小尺寸。远程对称耦合器可以包括至少近似定位在沿着所述耦合器的二分之一点处的复合JJ(CJJ)，以有利地提供比非对称远程耦合器更高的第一激发态能量。量子处理器可以包括量子位和具有非随机哈密尔顿算子的耦合器以增强退火期间的多量子位隧穿。量子位可以包括另外的分流电容，例如，以提高总电容的整体品质并提高量子相干性。可以有利地调谐由双阱势能表征的量子位的有效隧穿振幅Δ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子处理器中耦合量子位的系统和方法
本披露内容总体上涉及用于量子计算、并且具体地用于在量子处理器中耦合量子位的系统、设备、方法和制品。
技术介绍
量子设备量子设备是在其中可观察到量子力学效应的结构。量子设备包括在其中由量子力学效应主导电流传输的电路。这种设备包括其中电子自旋被用作资源的自旋电子装置以及超导电路。超导电路是包括超导设备的电路。超导设备是包括超导材料的设备。超导材料是在临界电流、磁场和温度之下没有电阻的材料。自旋和超导性均是量子力学现象。超导性是在提交本申请时本领域所熟知的物理现象。量子设备可以用于测量仪器、用在计算机械中等。量子计算量子计算和量子信息处理是活跃的研究领域并且定义了多类可销售产品。量子计算机是直接使用比如叠加、隧穿和纠缠等至少一种量子力学现象来执行数据运算的系统。量子计算机的元件是量子二进制数字，被称为量子位。量子计算机有望对某些类别的计算问题，比如模拟量子物理的计算问题提供指数级的加速。对于其他类别的问题有可能存在有用的加速。量子计算的一个模型是绝热量子计算。例如，绝热量子计算可以适用于解决困难的优化问题。在例如专利技术名称为“ADIABATICQUANTUMCOMPUTATIONWITHSUPERCONDUCTINGQUBITS(具有超导量子位的绝热量子计算)”的美国专利7,135,701；和专利技术名称为“ADIABATICQUANTUMCOMPUTATIONWITHSUPERCONDUCTINGQUBITS(具有超导量子位的绝热量子计算)”的美国专利7,418,283中描述了关于绝热量子计算系统、方法和装置的进一步细节。量子退火量子退火是一种计算方法，所述计算方法可以用于找出系统的低能态，通常优选地所述系统的基态。在概念上与经典的模拟退火类似，所述方法所依赖的基本原理在于自然系统趋向于较低能态，因为较低能态更加稳定。虽然经典退火使用经典的热波动来将系统引导到低能态，但量子退火可以使用比如量子隧穿等量子效应作为离域来源以便比经典退火更精确和/或更快速地达到能量最小值。在量子退火中，可能存在热效应和其他噪声。最终低能态可以不是全局能量最小值。绝热量子计算可以被视为量子退火的特例。在绝热量子计算中，系统理想地在整个绝热演化中开始并保持其基态。因此，本领域的技术人员还应了解的是量子退火系统和方法总体上可以在绝热量子计算机上实施。贯穿本申请，任何对量子退火的引用均旨在包含绝热量子计算，除非上下文中另有要求。超导量子位量子处理器可以是包括超导量子位的超导量子处理器。WendinG.和ShumeikoV.S.，“SUPERCONDUCTINGQUANTUMCIRCUITS，QUBITSANDCOMPUTING(超导量子电路、量子位和计算)”(arXiv：cond-mat/0508729v1，2005)，提供了对用于量子信息处理的量子化超导电路的物理学和操作原理的引入。耦合耦合器(在本申请中也被称为耦合设备)可以在量子处理器中的量子位之间提供通信耦合。耦合可以在相邻和/或非相邻量子位之间。除非另外明确指出，否则如本文和权利要求中所使用的，术语耦合(couple)、耦合(couples)、耦合(coupling)和这种术语的变体意味着两个或更多个部件之间的直接或间接通信耦合或通信。部件可以包括例如系统、子系统、计算机、电路、集成电路、设备和/或量子处理器的量子位。集成电路(在本申请中也被称为IC、芯片和微芯片)是由包括例如电阻器、电容器、量子位和耦合器的电路和/或设备填充的材料(例如，硅)的晶圆。相关技术的上述示例以及与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。在阅读本说明书和研究附图之后，相关领域的其他限制将对本领域的技术人员变得显而易见。
技术实现思路
一种超导集成电路可以被概述为包括：第一超导量子位，所述第一超导量子位包括第一材料回路；第二超导量子位，所述第二超导量子位包括第二材料回路，所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个在低于对应的临界温度的温度范围内超导；以及超导耦合器，所述超导耦合器包括复合约瑟夫逊结，所述复合约瑟夫逊结以电流方式通信地耦合至所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个；第一约瑟夫逊电感，所述第一约瑟夫逊电感包括中断所述第一材料回路的第一约瑟夫逊结；以及第二约瑟夫逊电感，所述第二约瑟夫逊电感包括中断所述第二材料回路的第二约瑟夫逊结，其中，所述第一超导量子位至少部分地经由所述第一约瑟夫逊电感和所述第二约瑟夫逊电感通信地耦合至所述第二超导量子位。一种量子处理器可以被概述为包括：第一量子位；第二量子位；以及耦合器，所述耦合器以电流方式耦合至所述第一量子位和所述第二量子位，其中，所述耦合器能够操作用于以电感方式通信地耦合所述第一量子位和所述第二量子位。所述第一量子位和所述第二量子位可以是超导通量量子位，并且所述耦合器可以是超导耦合器。所述超导耦合器可以包括复合约瑟夫逊结，所述复合约瑟夫逊结以电流方式耦合至所述第一超导量子位和所述第二超导量子位；以及材料回路，所述材料回路在低于临界温度的温度范围内超导，所述回路包括：第一约瑟夫逊电感，所述第一约瑟夫逊电感包括第一约瑟夫逊结；以及第二约瑟夫逊电感，所述第二约瑟夫逊电感包括第二约瑟夫逊结，其中，所述第一超导量子位至少部分地经由所述第一约瑟夫逊电感和所述第二约瑟夫逊电感通信地耦合至所述第二超导量子位。一种量子计算机可以被概述为包括：第一谐振电路，所述第一谐振电路包括第一电感；第一量子位，所述第一量子位以静电方式通信地耦合至所述第一谐振电路；第二谐振电路，所述第二谐振电路包括第二电感；以及第二量子位，所述第二量子位以静电方式通信地耦合至所述第二谐振电路，其中，所述第一谐振电路和所述第二谐振电路经由所述第一电感与所述第二电感之间的互感以电感方式通信地耦合。所述第一谐振电路可以是包括所述第一电感和第一电容的第一LC电路，并且所述第二谐振电路可以是包括所述第二电感和第二电容的第二LC电路。所述第一量子位和所述第二量子位各自可以是对应的超导通量量子位。所述第一量子位和所述第二量子位各自可以是对应的射频超导量子干涉设备(RF-SQUID)。所述第一量子位可以包括在低于临界温度的温度范围内超导的第一材料回路，所述第一材料回路被第一约瑟夫逊结中断，所述第一回路包括与所述第一约瑟夫逊结串联的第一量子位电感和与所述第一约瑟夫逊结并联的第一量子位电容；并且所述第二量子位可以包括在所述温度范围内超导的第二材料回路，所述第二材料回路被第二约瑟夫逊结中断，所述第二回路包括与所述第二约瑟夫逊结串联的第二量子位电感和与所述第二约瑟夫逊结并联的第二量子位电容。一种量子处理器可以被概述为包括：第一LC电路；第一量子位，所述第一量子位经由第一电容通信地耦合至所述第一LC电路；第二LC电路；以及第二量子位，所述第二量子位经由第二电容通信地耦合至所述第二LC电路，所述第二LC电路经由互感通信地耦合至所述第一LC电路，其中，所述第一量子位以电容方式耦合至所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导集成电路，包括：/n第一超导量子位，所述第一超导量子位包括第一材料回路，/n第二超导量子位，所述第二超导量子位包括第二材料回路，所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个在低于对应的临界温度的温度范围内超导；以及/n超导耦合器，所述超导耦合器包括：/n复合约瑟夫逊结，所述复合约瑟夫逊结以电流方式通信地耦合至所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个；/n第一约瑟夫逊电感，所述第一约瑟夫逊电感包括中断所述第一材料回路的第一约瑟夫逊结；以及/n第二约瑟夫逊电感，所述第二约瑟夫逊电感包括中断所述第二材料回路的第二约瑟夫逊结，其中，所述第一超导量子位至少部分地经由所述第一约瑟夫逊电感和所述第二约瑟夫逊电感通信地耦合至所述第二超导量子位。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171220 US 62/608,501;20180702 US 62/693,3051.一种超导集成电路，包括：
第一超导量子位，所述第一超导量子位包括第一材料回路，
第二超导量子位，所述第二超导量子位包括第二材料回路，所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个在低于对应的临界温度的温度范围内超导；以及
超导耦合器，所述超导耦合器包括：
复合约瑟夫逊结，所述复合约瑟夫逊结以电流方式通信地耦合至所述第一材料回路和所述第二材料回路中的每一个；
第一约瑟夫逊电感，所述第一约瑟夫逊电感包括中断所述第一材料回路的第一约瑟夫逊结；以及
第二约瑟夫逊电感，所述第二约瑟夫逊电感包括中断所述第二材料回路的第二约瑟夫逊结，其中，所述第一超导量子位至少部分地经由所述第一约瑟夫逊电感和所述第二约瑟夫逊电感通信地耦合至所述第二超导量子位。


2.一种量子处理器，包括：
第一量子位；
第二量子位；以及
耦合器，所述耦合器以电流方式耦合至所述第一量子位和所述第二量子位，其中，所述耦合器能够操作用于以电感方式通信地耦合所述第一量子位和所述第二量子位。


3.如权利要求2所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位是超导通量量子位，并且所述耦合器是超导耦合器。


4.如权利要求3所述的量子处理器，其中，所述超导耦合器包括：
复合约瑟夫逊结，所述复合约瑟夫逊结以电流方式耦合至第一超导量子位和第二超导量子位；以及
材料回路，所述材料回路在低于临界温度的温度范围内超导，所述回路包括：
第一约瑟夫逊电感，所述第一约瑟夫逊电感包括第一约瑟夫逊结；以及
第二约瑟夫逊电感，所述第二约瑟夫逊电感包括第二约瑟夫逊结，其中，所述第一超导量子位至少部分地经由所述第一约瑟夫逊电感和所述第二约瑟夫逊电感通信地耦合至所述第二超导量子位。


5.一种量子计算机，包括：
第一谐振电路，所述第一谐振电路包括第一电感；
第一量子位，所述第一量子位以静电方式通信地耦合至所述第一谐振电路；
第二谐振电路，所述第二谐振电路包括第二电感；以及
第二量子位，所述第二量子位以静电方式通信地耦合至所述第二谐振电路，其中，所述第一谐振电路和所述第二谐振电路经由所述第一电感与所述第二电感之间的互感以电感方式通信地耦合。


6.如权利要求5所述的量子计算机，其中，所述第一谐振电路是包括所述第一电感和第一电容的第一LC电路，并且所述第二谐振电路是包括所述第二电感和第二电容的第二LC电路。


7.如权利要求5所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导通量量子位。


8.如权利要求7所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的射频超导量子干涉设备(RF-SQUID)。


9.如权利要求5所述的量子处理器，其中：
所述第一量子位包括在低于临界温度的温度范围内超导的第一材料回路，所述第一材料回路被第一约瑟夫逊结中断，第一回路包括与所述第一约瑟夫逊结串联的第一量子位电感和与所述第一约瑟夫逊结并联的第一量子位电容；以及
所述第二量子位包括在所述温度范围内超导的第二材料回路，所述第二材料回路被第二约瑟夫逊结中断，第二回路包括与所述第二约瑟夫逊结串联的第二量子位电感和与所述第二约瑟夫逊结并联的第二量子位电容。


10.一种量子处理器，包括：
第一LC电路；
第一量子位，所述第一量子位经由第一电容通信地耦合至所述第一LC电路；
第二LC电路；以及
第二量子位，所述第二量子位经由第二电容通信地耦合至所述第二LC电路，所述第二LC电路经由互感通信地耦合至所述第一LC电路，其中，所述第一量子位以电容方式耦合至所述第二量子位。


11.如权利要求10所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导量子位。


12.如权利要求11所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导通量量子位。


13.如权利要求12所述的量子处理器，其中，所述第一量子位通过YY耦合以电容方式通信地耦合至所述第二量子位。


14.如权利要求10所述的量子处理器，进一步包括接口，所述接口能够操作用于调谐所述第一量子位与所述第二量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个。


15.一种量子处理器，包括：
第一LC电路；
第一量子位，所述第一量子位经由第一电容通信地耦合至所述第一LC电路；
第二LC电路；以及
第二量子位，所述第二量子位经由第二电容通信地耦合至所述第二LC电路，其中，所述第二LC电路经由第一互感以电感方式通信地耦合至所述第一量子位，并且所述第一LC电路经由第二互感以电感方式通信地耦合至所述第二量子位。


16.如权利要求15所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导量子位。


17.如权利要求16所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导通量量子位。


18.如权利要求17所述的量子处理器，其中，所述第一量子位通过YZ耦合通信地耦合至所述第二量子位。


19.如权利要求15所述的量子处理器，进一步包括接口，所述接口能够操作用于调谐所述第一量子位与所述第二量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个。


20.一种量子处理器，包括：
公共谐振器；
第一LC电路；
第二LC电路；
第一量子位，所述第一量子位经由第一电容通信地耦合至所述第一LC电路，所述第一LC电路经由第一互感以电感方式通信地耦合至所述公共谐振器；以及
第二量子位，所述第二量子位经由第二电容通信地耦合至所述第二LC电路，所述第二LC电路经由第二互感以电感方式通信地耦合至所述公共谐振器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自经由所述公共谐振器彼此通信地耦合。


21.如权利要求20所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导量子位。


22.如权利要求21所述的量子处理器，其中，所述第一量子位和所述第二量子位各自是对应的超导通量量子位。


23.如权利要求22所述的量子处理器，其中，所述第一量子位以电容方式通信地耦合至所述第二量子位。


24.如权利要求20所述的量子处理器，进一步包括接口，所述接口能够操作用于调谐所述第一量子位与所述第二量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个。


25.如权利要求20所述的量子处理器，进一步包括：
第三LC电路；
第三量子位，所述第三量子位经由第三电容通信地耦合至所述第三LC电路，所述第三LC电路经由第三互感以电感方式通信地耦合至所述公共谐振器。


26.如权利要求25所述的量子处理器，其中，所述第一量子位、所述第二量子位、和所述第三量子位各自是对应的超导量子位。


27.如权利要求26所述的量子处理器，其中，所述第一量子位、所述第二量子位、和所述第三量子位各自是对应的超导通量量子位。


28.如权利要求27所述的量子处理器，其中，所述第一量子位以电容方式通信地耦合至所述第二量子位，所述第二量子位以电容方式通信地耦合至所述第三量子位，并且所述第三量子位以电容方式通信地耦合至所述第一量子位。


29.如权利要求25所述的量子处理器，进一步包括：
第一接口，所述第一接口能够操作用于调谐所述第一量子位与所述第二量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个；
第二接口，所述第二接口能够操作用于调谐所述第二量子位与所述第三量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个；以及
第三接口，所述第三接口能够操作用于调谐所述第三量子位与所述第一量子位之间的耦合强度的符号和大小中的至少一个。


30.一种电路，包括：
第一设备，所述第一设备包括：
第一回路，所述第一回路包括在低于对应的临界温度的温度范围内超导的材料，所述第一回路被第一约瑟夫逊结中断；以及
第一设备电感，所述第一设备电感与所述第一约瑟夫逊结串联；
第二设备，所述第二设备包括：
第二回路，所述第二回路包括在低于对应的临界温度的温度范围内超导的材料，所述第二回路被第二约瑟夫逊结中断；以及
第二设备电感，所述第二设备电感与所述第二约瑟夫逊结串联；以及
耦合设备，所述耦合设备包括第三回路，所述第三回路包括在低于对应的临界温度的温度范围内超导的材料，所述第三回路被第三约瑟夫逊结中断，所述第三回路包括多个耦合电感，每个耦合电感与所述第三约瑟夫逊结串联，所述第三回路的一部分与所述第一回路的一部分共享以形成第一公共区段，其中，所述第二设备通过以下各项通信地耦合至所述第一设备：
所述第一设备电感到所述多个耦合电感中的第一耦合电感的电感耦合；
所述第二设备电感到所述多个耦合电感中的第二耦合电感的电感耦合；以及
由所述第一公共区段产生的电流耦合。


31.如权利要求30所述的电路，其中，所述第一设备和所述第二设备中的至少一个进一步包括第三设备电感，所述第二设备通过以下各项通信地耦合至所述第一设备：
所述第三设备电感到所述多个耦合电感中的第三耦合电感的电感耦合。


32.如权利要求30所述的电路，其中，所述第三回路进一步包括第二公共区段，所述第二公共区段是与所述第二回路共有的，所述第二设备通过耦合通信地耦合至所述第一设备，所述耦合进一步包括由所述第二公共区段产生的电流耦合。


33.如权利要求32所述的电路，其中，所述第一设备和所述第二设备中的至少一个进一步包括第三设备电感，所述第二设备通过以下各项通信地耦合至所述第一设备：
所述第三设备电感到所述多个耦合电感中的第三耦合电感的电感耦合。


34.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述电路是集成电路。


35.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述第一设备是第一量子位，并且所述第二设备是第二量子位。


36.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述第一设备是超导通量量子位，并且所述第二设备是超导通量量子位。


37.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述第一约瑟夫逊结、所述第二约瑟夫逊结和所述第三约瑟夫逊结中的至少一个是复合约瑟夫逊结。


38.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结中的至少一个是复合-复合约瑟夫逊结。


39.如权利要求30至33中任一项所述的电路，其中，所述第一设备电感、所述第二设备电感和所述多个耦合电感中的至少一个包括多个电感区段。


40.一种电路，包括：
第一设备，所述第一设备包括第一回路，所述第一回路包括在低于对应的临界温度的温度范围内超导的材料，所述第一回路被第一约瑟夫逊结中断；
第二设备，所述第二设备包括第二回路，所述第二回路包括在低于对应的临界温度的温度范围内超导的材料，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·H·阿明，保罗·I·布尼克，特雷弗·M·兰廷，邓纯青，阿纳托利·斯米尔诺夫，凯利·T·r·布思比，艾米丽·M·霍斯金森，克里斯托弗·B·里奇，
申请(专利权)人：D波系统公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA