具有耦合扩展的可调谐耦合器制造技术

提供一种可调谐耦合器，用于与至少第一量子比特(801，1501)形成能够控制的耦合。它包括第一恒定耦合元件(803，1506)和可调谐耦合元件(804，1509)。所述第一恒定耦合元件(803，1506)在远离所述可调谐耦合元件(804，1509)的第一末端处形成至少到所述第一量子比特(801，1501)的非电耦合接口。所述可调谐耦合元件(804，1509)定位为邻近在其第二末端处形成的到另一电路元件(802，805，1507)的非电耦合接口。口。口。

【技术实现步骤摘要】
具有耦合扩展的可调谐耦合器


[0001]本专利技术总体上涉及量子计算技术。特别地，本专利技术涉及用于产生量子比特并在两个或更多个量子比特之间形成耦合的硬件。

技术介绍

[0002]在量子计算中，使用术语“量子比特(qubit)”不仅来指代信息的基本单位，而且还指代用于存储一个量子比特的信息的信息存储元件，这已经变为普遍现象。作为示例，可以考虑具有一个或多个量子比特(即量子比特大小的信息存储元件)的超导存储电路。在这样的示例中，量子比特是非谐振荡器，诸如传输子(transmon)，并且它可以耦合到附近的读出谐振器，以促进读出存储在其中的量子比特的状态。
[0003]为了实现量子门，必要的是在量子比特之间存在可控的耦合，使得量子比特的状态可以以受控方式与彼此交互。在具有特性谐振频率的电量子比特的情况下，控制相邻量子比特之间耦合的一种相对简单的方法涉及频率调谐，以便将量子比特调谐到(或接近)谐振，以实现强耦合(接通
‑
位置)和为小耦合而失调(断路
‑
位置)。对于给定的浇口速度，这种装置对浇口接通
‑
断开比赋予了上限。没有已知的可伸缩方法来抵消由于弱的始终接通交互作用而导致的空载量子比特的不希望的纠缠。
[0004]一种更通用的方法是在两个量子比特之间使用可调谐耦合元件，如例如在F.Yan等人的“用于实现高保真双量子比特门的可调谐耦合方案(Tunable Coupling Scheme for Implementing High
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Fidelity Two
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Qubit Gates)”，物理评论应用(Phys.Rev.Applied)，第一卷，第5号，第54062页，2018年11月(vol.10,no.5,p.54062,Nov.2018)。然而，使用可调谐耦合元件的已知方法涉及与距离和尺寸有关的缺点。不仅在每个单独的量子比特与可调谐耦合元件之间，而且量子比特它们本身之间也需要足够的电容，这主张保持量子比特相对靠近彼此。同时，短的量子比特到量子比特距离还增加了不希望的量子比特对之间以及量子比特和控制引线之间的耦合，从而引入串扰。短的量子比特到量子比特距离还限制了可用于其他所需组件(诸如读出谐振器)的空间量。
[0005]需要一种结构和功能解决方案，该解决方案使得能够在量子比特之间实现足够强但可控的耦合，同时消除不希望的串扰并在电路硬件的设计和实施方式中给予大的自由度。

技术实现思路

[0006]一个目的是提供一种装置，该装置使得能够在量子比特之间实现强但可控的耦合，同时消除不希望的串扰并在电路硬件的设计和实施方式中给予大的自由度。
[0007]本专利技术的目的是通过利用带有单独的耦合扩展器的可调谐(tunable)耦合器来实现量子比特之间的耦合，该量子比特之间可以进行耦合以实现量子计算中的门。
[0008]根据第一方面，提供一种可调谐耦合器，其用于与至少第一量子比特形成能够控制的耦合，该可调谐耦合器包括第一恒定耦合元件和可调谐耦合元件。在所述第一恒定耦
合元件远离所述可调谐耦合元件的第一末端处，所述第一恒定耦合元件形成到至少所述第一量子比特的非电耦合接口。所述可调谐耦合元件定位为邻近在所述第一恒定耦合元件的第二末端处形成的到另一电路元件的非电耦合接口。
[0009]根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件是波导。这涉及的优点是，可以利用第一恒定耦合元件的长度来使其他电路元件之间的距离足够长。
[0010]根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件是波导谐振器。除了上述优点之外，这还涉及额外的优点，即第一恒定耦合元件的谐振特性可用于设定第一恒定耦合元件所参与的每个电磁耦合的强度。
[0011]根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件是集总元件谐振器。这涉及的优点是，可以在非常宽的范围内选择第一恒定耦合元件的特性阻抗，从而使其能够介导量子比特之间的非常强的耦合。
[0012]根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件是导体岛。这涉及的优点是，其尺寸特别可以与量子点量子比特一起非常有效地利用。
[0013]根据一个实施例，可调谐耦合器包括第二恒定耦合元件，在所述第二恒定耦合元件远离所述可调谐耦合元件的末端处，该第二恒定耦合元件形成到第二量子比特的非电耦合接口。然后，可调谐耦合元件可定位为邻近在所述第一恒定耦合元件和第二恒定耦合元件之间形成的非电耦合接口。这涉及的优点是，在第一恒定耦合元件和第二恒定耦合元件之间可以存在耦合，并且可调谐耦合元件可以用于影响该耦合的强度。
[0014]根据一个实施例，所述第二恒定耦合元件是以下之一：波导，波导谐振器，集总元件谐振器，导体岛(conductor island)。这些替代方案中的每一个都涉及上面相对于第一恒定耦合元件已经提到的类似优点。
[0015]根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件和第二恒定耦合元件是波导，并且它们中的每一个在可调谐耦合元件在邻近其定位的相应末端处包括相应的耦合区域。第一恒定耦合元件和第二恒定耦合元件的相应耦合区域均包括与另一个耦合区域的第一边缘相邻的第一边缘和与可调谐耦合元件的相应边缘相邻的第二边缘。这涉及的优点是，可以高的精度和可再现性设计各个元件之间的耦合。
[0016]根据一个实施例，可调谐耦合元件占据环形二维区域的第一扇区，并且第一恒定耦合元件和第二恒定耦合元件的每个所述相应的耦合区域分别占据所述环形二维区域的相应的另一个扇区。所述另外的扇区于是可以是所述环形二维区域的相邻扇区。所述第一扇区和所述另外的扇区一起可以覆盖整个所述环形二维区域。这涉及的优点是，可以非常紧凑的尺寸和形状实现元件的期望特性。
[0017]根据一个实施例，可调谐耦合器包括连续的恒定耦合元件的链，所述第一恒定耦合元件是其中的一个，在所述链中的连续恒定耦合元件之间形成非电耦合接口。可调谐耦合器于是可以包括至少两个可调谐耦合元件，所述至少两个可调谐耦合元件中的每一个都与在所述链中的连续恒定耦合元件之间形成的所述非电耦合接口中的相应一个相邻。这涉及的优点是，可以使用上面解释说明的原理来设计甚至非常大的量子计算电路。
[0018]根据第二方面，提供一种量子计算电路，其包括上面解释说明类型的可调谐耦合器和至少一个量子比特，其中所述可调谐耦合器形成到所述至少一个量子比特的能够控制的耦合。
[0019]根据一个实施例，量子计算电路包括两个量子比特，使得所述可调谐耦合器在所述两个量子比特之间形成可控的耦合。这涉及的优点是，可以在所述两个量子比特之间形成精确可控的耦合，同时最小化串扰和对于现有技术解决方案而言典型的其他不利影响。
附图说明
[0020]其被包括以提供对本专利技术的进一步理解并构成本说明书的一部分的附图示出本专利技术的实施例，并且与说明书一起有助于解释说明本专利技术的原理。在附图中：
[0021]图1示出了两个量子比特之间的恒定耦合；
[0022]图2示出了在两个量子比特之间使用可调谐耦合元件；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐耦合器，其用于与至少第一量子比特(801、1501)形成能够控制的耦合，所述可调谐耦合器包括：第一恒定耦合元件(803，1506)；以及可调谐耦合元件(804，1509)：其特征在于，在远离所述可调谐耦合元件(804，1509)的、所述第一恒定耦合元件(803，1506)的第一末端处，所述第一恒定耦合元件(803，1506)形成至少到所述第一量子比特(801，1501)的非电耦合接口；以及所述可调谐耦合元件(804，1509)定位为邻近在所述第一恒定耦合元件(803，1506)的第二末端处形成的、到另一电路元件(802，805，1507)的非电耦合接口。2.根据权利要求1所述的可调谐耦合器，其特征在于，所述第一恒定耦合元件(803，1506)是波导。3.根据权利要求2所述的可调谐耦合器，其特征在于，所述第一恒定耦合元件(803，1506)是波导谐振器。4.根据权利要求1所述的可调谐耦合器，其特征在于，所述第一恒定耦合元件(803，1506)是集总元件谐振器。5.根据权利要求1所述的可调谐耦合器，其特征在于，所述第一恒定耦合元件(803，1506)是导体岛。6.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐耦合器，其特征在于，可调谐耦合器包括第二恒定耦合元件(805)；所述另一电路元件是第二量子比特(802)；在远离所述可调谐耦合元件(804)的、所述第二恒定耦合元件(805)的末端处，所述第二恒定耦合元件(805)形成到所述第二量子比特(802)的非电耦合接口；以及所述可调谐耦合元件(804)定位为邻近在所述第一恒定耦合元件(803)和第二恒定耦合元件(805)之间形成的非电耦合接口。7.根据权利要求6所述的可调谐耦合器，其特征在于，所述第二恒定耦合元件(805)是以下各项中的一种：波导、波导谐振器、集总元件谐振器、导体岛。8.根据从属于权利要求1至3中任一项时的权利要求6所述的可调谐耦合器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：