为了重置量子比特，存在一个或多个量子电路致冷器，每个量子电路致冷器包括隧穿结和用于接收控制信号的控制输入。响应于控制信号发生光子辅助单电子隧穿过相应的隧穿结。量子比特与量子电路致冷器之间的电容耦合元件或电感耦合元件将每个量子比特耦合到量子电路致冷器。量子比特、量子电路致冷器和耦合元件处于低温冷却环境中。到控制输入的公共控制信号线从室温环境穿过进入所述低温冷却环境。线从室温环境穿过进入所述低温冷却环境。线从室温环境穿过进入所述低温冷却环境。
【技术实现步骤摘要】
用于重置量子比特的方法和装置
[0001]总体而言，本专利技术涉及量子计算的技术。特别地，本专利技术涉及重置量子计算器件的量子比特，该量子比特驻留在低温冷却环境中。
技术介绍
[0002]超导芯片用于各种应用，例如量子计算。量子比特是超导芯片的核心，量子比特是双态量子力学系统。以受控方式改变量子比特的状态是量子计算的本质。
[0003]重置量子比特意味着将多余的能量排出量子比特，即将量子比特冷却到最低能量水平。从作为EP3398213公开的欧洲专利申请中已知一种用于重置各个量子比特的方法和装置，该专利申请通过引用并且入本文。在所述现有技术文献中描述的电路元件通常称为量子电路致冷器或QCR。它基于一种称为光子辅助单电子隧穿的过程，该过程可以发生在正常金属-绝缘体-超导体(NIS)结中。向NIS结施加合适的偏置电压会引发单个电子从正常金属穿过绝缘体到超导体的隧穿。这种单电子隧穿需要能量，该能量以光子的形式从量子比特吸收。发射光子使量子比特衰减到较低的能量状态，这最终导致重置量子比特。
[0004]图1示出量子计算系统，该量子计算系统包括位于低温冷却环境中的量子比特；量子比特101、102和103作为示例示出。可以有任意数量的量子比特。基本上，量子计算系统的计算能力越高，量子比特就越多。通过位于周围的室温环境中的信号处理装置104将输入信号注入到量子比特101至103内，并且从量子比特101至103获得读出信号。为了重置每个量子比特，存在相关联的QCR，其中QCR 105、106和107作为示例示出。每个量子比特及其相关联的QCR之间的耦合可以具有任何合适的形式，该形式允许由量子比特发出的光子在相关联的QCR中被吸收。在QCR中激活单电子隧穿的偏置信号来自QCR控制电路108，其在图1中作为单独的功能块示出。在实际的实施中，它可以是信号处理装置104的一部分。
[0005]在图1的已知装置中，量子比特控制线和QCR偏置线的数量均与量子比特的数量成比例地线性增加。随着量子比特的数量变得更大，在室温环境和低温冷却环境之间提供信号线会引起增加大小的问题。每条信号线都需要一定的空间，并且给低温恒温器造成一定的热负荷，该低温恒温器用于产生低温冷却环境。这使其自身表现为高功率消耗(由于从室温到低温环境的信号路径中的热负载和信号耗散)，并且这种系统需要的大物理空间，并且最终对量子计算基础结构的可缩放性设置了限制。此外，QCR的线性增加的数量会消耗芯片面积和制造成本，并且引起低温恒温器中对冷却功率的需求增加。
技术实现思路
[0006]目的是提供一种用于一种方式重置量子比特的方法和装置，该方式使得在室温环境与低温冷却环境之间的界面处实现更简单的硬件实施。另一个目的是使得能够对于低温恒温器以有限的热负荷重置量子比特。又一个目的是对设计用于重置量子比特的硬件接口的方式提供相当大的自由度。
[0007]本专利技术的目的通过使用一种方法实现，其中通过激活公共量子电路致冷器、或者
通过同时激活多个量子电路致冷器、或者通过两者公共控制信号同时影响多个量子比特的重置。
[0008]根据第一方面，提供一种用于重置量子比特的装置。该装置包括多个量子比特和一个或多个量子电路致冷器。每个量子电路致冷器包括隧穿结和用于接收控制信号的控制输入，并且每个量子电路致冷器配置为，响应于通过相应的控制输入接收的控制信号，使得光子辅助单电子能够隧穿过相应的隧穿结。该装置包括耦合元件，其在所述多个量子比特与所述一个或多个量子电路致冷器之间。所述耦合元件配置为，将所述多个量子比特中的每一个耦合到所述一个或多个量子电路致冷器的一个。所述多个量子比特、所述一个或多个量子电路致冷器、和所述耦合元件配置为在低温冷却环境中操作。该装置包括到所述一个或多个量子电路致冷器的控制输入的公共控制信号线。公共控制信号线配置为，从室温环境穿过进入所述低温冷却环境。
[0009]根据一个实施例，所述耦合元件包括电容耦合元件。这具有的优势是，可以通过非电耦合的公知手段进行耦合，其相对容易地确定尺寸和制造。
[0010]根据一个实施例，所述耦合元件包括电感耦合元件。这具有的优势是，可以通过非电耦合的公知手段来进行耦合，其相对容易地确定尺寸和制造。
[0011]根据一个实施例，所述一个或多个量子电路致冷器包括共享量子电路致冷器，其对于所述多个量子比特的至少一个子集是共用的。然后该装置包括谐振器，用于经由所述耦合元件的至少一个相应子集将所述共享量子电路致冷器的隧穿结耦合到所述多个量子比特的所述子集。这具有的优势是，即使在具有相对大量量子比特的系统中，也可以仅需要有限数量的量子电路致冷器。
[0012]根据一个实施例，所述谐振器具有尺寸适于振荡电信号的谐振频率的长度。然后所述相应子集的耦合元件可以位于沿着所述谐振器的所述长度的点处，所述点对应于所述振荡频率下的所述振荡电信号的振荡幅度的最大值。这具有的优势是，可以实现谐振器与相关联的量子比特的每一个之间的有效耦合。
[0013]根据一个实施例，所述谐振频率是基本谐振频率的n次谐波频率，在基本谐振频率下所述谐振器的所述长度是一半波长。然后在所述耦合元件包括电容耦合元件的情况下，可以存在沿着谐振器的所述长度的n+1个所述点，所述耦合元件位于所述点处。可替代地，在所述耦合元件包括电感耦合元件的情况下，可以存在沿着谐振器的所述长度的n个所述点，所述耦合元件位于所述点处。在此n是正整数。这具有的优势是，可以使用所使用的谐振频率与可以重置的量子比特的数量之间的逻辑和直观的关联。
[0014]根据一个实施例，所述一个或多个量子电路致冷器包括与所述多个量子比特中存在的量子比特一样多的量子电路致冷器。然后可以将所述一个或多个量子电路致冷器中的每一个连接到公共参考电势，并且所述公共控制信号线可以配置为，以公共电势将所述控制信号耦合到所述量子电路致冷器的相应控制输入。这具有的优势是，可以重置非常精确限定的唯一谐振频率的量子比特，并且可以最小化量子比特间干扰和不希望的杂散耦合。
[0015]根据一个实施例，该装置包括能够控制的解复用器。然后，所述公共控制信号线则可以配置为，通过所述能够控制的解复用器，将所述控制信号耦合到所述量子电路致冷器的相应控制输入。该装置还可以包括解复用控制信号线，其耦合到所述能够控制的解复用器，用于选择性地将所述控制信号耦合到所述量子电路致冷器中选定的量子电路致冷器的
相应控制输入。这具有的优势是，可以根据需要重置期望的量子比特子集。
[0016]根据一个实施例，所述一个或多个量子电路致冷器是RF-QCR，其配置为通过振荡信号控制。然后，所述公共控制信号线可以配置为用于将所述振荡信号传输到所述一个或多个量子电路致冷器的控制输入。这具有的优势是，可以通过将辅助能量选择性地注入隧穿结控制量子电路致冷器的操作。
[0017]根据一个实施例，所述一个或多个量子电路致冷器包括与所述多个量子比特中存在的量子比特一样多的RF-QCR。然后，该装置可以包括RF分流器，用于将来自所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于重置量子比特的装置，其特征在于，其包括：-多个量子比特；-一个或多个量子电路致冷器，所述一个或多个量子电路致冷器中的每一个包括隧穿结和用于接收控制信号的控制输入，并且所述量子电路致冷器中的每一个配置为，响应于通过相应的控制输入接收的控制信号，使得光子辅助单电子能够隧穿过相应的隧穿结；-耦合元件，其在所述多个量子比特与所述一个或多个量子电路致冷器之间，所述耦合元件配置为，将所述多个量子比特中的每一个耦合到所述一个或多个量子电路致冷器中的一个；其中所述多个量子比特、所述一个或多个量子电路致冷器、和所述耦合元件配置为在低温冷却环境中操作；并且其中所述装置包括到所述一个或多个量子电路致冷器的控制输入的公共控制信号线，所述公共控制信号线配置为，从室温环境穿过进入所述低温冷却环境。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述耦合元件包括电容耦合元件。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述耦合元件包括电感耦合元件。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于：-所述一个或多个量子电路致冷器包括共享量子电路致冷器，其对于所述多个量子比特的至少一个子集是共用的；并且-所述装置包括谐振器，其用于经由所述耦合元件的至少一个相应子集将所述共享量子电路致冷器的隧穿结耦合到所述多个量子比特的所述子集。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：-所述谐振器具有尺寸适于振荡电信号的谐振频率的长度；-所述相应子集的耦合元件位于沿着所述谐振器的所述长度的点处，所述点对应于所述振荡频率下的所述振荡电信号的振荡幅度的最大值。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：-所述谐振频率是基本谐振频率的n次谐波频率，在基本谐振频率下所述谐振器的所述长度是一半波长；并且-在所述耦合元件包括电容耦合元件的情况下，存在沿着谐振器的所述长度的n+1个所述点，所述耦合元件位于所述点处；或者在所述耦合元件包括电感耦合元件的情况下，存在沿着谐振器的所述长度的n个所述点，所述耦合元件位于所述点处；其中n是正整数。7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于：-所述一个或多个量子电路致冷器包括与所述多个量子比特中存在的量子比特一样多的量子电路致冷器；-将所述一个或多个量子电路致冷器中的每一个连接到公共参考电势；并且-所述公共控制信号线配置为，以公...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天一，曾国维，陈冠言，J，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：
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