量子比特读出制造技术

目的是提供一种用于量子比特读出的装置和一种量子计算系统。根据一个实施例，一种用于量子比特读出的装置(100)包括：至少一个量子比特(101)；可控能量弛豫结构(102)，其包括至少一个结，其中可控能量弛豫结构(102)耦合到至少一个量子比特(101)，并且配置为响应于控制信号、经由穿过至少一个结的电荷的光子辅助隧穿从至少一个量子比特(101)吸收至少一个光子；电荷存储器(104)，其配置为存储隧穿的电荷；以及电荷感测结构(103)，其耦合到电荷存储器(104)，配置为响应于对电荷存储器(104)中的隧穿的电荷的检测而提供读出信号。隧穿的电荷的检测而提供读出信号。隧穿的电荷的检测而提供读出信号。

【技术实现步骤摘要】
量子比特读出


[0001]本公开涉及量子计算，并且更具体地涉及用于量子比特读出的装置和量子计算系统。

技术介绍

[0002]在量子计算中，基本操作单元典型地是两级量子系统，其通常称为量子比特。在已经执行(例如，使用多个量子比特)了量子计算之后，需要读取一个或多个量子比特的状态，以便获得计算的中间结果或最终结果。除了读出之外，对于随后的量子计算，通常还需要量子比特状态初始化，优选地，量子比特状态初始化以一种有效的方式进行。

技术实现思路

[0003]为了以简化的形式介绍选择的概念，提供了本
技术实现思路
，该概念将在下面的详细描述中进一步描述。本
技术实现思路
既不旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。
[0004]目的是提供一种用于在量子计算系统中的量子比特读出的装置。通过独立权利要求的特征实现前述目的和其他目的。其它的实施形式从从属权利要求、说明书和附图显而易见。
[0005]根据第一方面，一种用于量子比特读出的装置包括：至少一个量子比特；可控能量弛豫结构，其包括至少一个结，其中可控能量弛豫结构耦合到至少一个量子比特，并且配置为响应于控制信号、经由穿过至少一个结的电荷的光子辅助隧穿从至少一个量子比特吸收至少一个光子；电荷存储器，其配置为存储隧穿的电荷；以及电荷感测结构，其耦合到电荷存储器，配置为响应于对电荷存储器中的隧穿的电荷的检测而提供读出信号。所述装置例如可以能够提供指示至少一个量子比特是处于基态还是处于激发态的读出信号。该装置还可以将至少一个量子比特重置为基态。
[0006]在第一方面的一种实施中，可控能量弛豫结构的至少一个结包括至少一个正常金属
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绝缘体
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超导体结，即NIS结，或至少一个超导体
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绝缘体
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超导体结，即SIS结。该装置例如可能使用至少一个结以有效的方式弛豫至少一个量子比特。
[0007]在第一方面的另一实施中，电荷感测结构包括控制读出信号的库仑阻塞(Coulomb blockade)，其中通过存储在电荷存储器中的电荷改变电荷感测结构的库仑阻塞，电荷存储器耦合到电荷感测结构。该装置例如可能有效地检测电荷存储器中的电荷。
[0008]在第一方面的另一实施中，电荷感测结构包括单电子晶体管SET，单库珀对晶体管SCPT，射频单电子晶体管RF
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SET，感应单电子晶体管L
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SET，或基于半导体量子点、碳纳米管、量子点接触或二维材料的电荷感测结构。该装置例如可能有效地检测电荷存储器中的电荷并且响应于电荷而提供读出信号。
[0009]在第一方面的另一实施中，可控能量弛豫结构的至少一个结包括超导体
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绝缘体
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正常金属
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绝缘体
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超导体结，即SINIS结，并且其中至少一个量子比特电磁耦合到可控能量
弛豫结构的SINIS结的正常金属，并且其中控制信号对应于在SINIS结上的电压偏置。该装置例如可能使用至少一个结以有效且可控的方式弛豫至少一个量子比特。
[0010]在第一方面的另一实施中，电荷存储器由至少一个量子比特与可控能量弛豫结构之间的至少电容性耦合以及可控能量弛豫结构的至少一个结的电容而形成。该装置例如可能有效地将电荷存储在电荷存储器中，用于通过电荷感测结构检测。
[0011]在第一方面的另一实施中，该装置还包括耦合到电荷存储器的电荷泄漏通道，电荷泄漏通道配置为使隧穿的电荷在电荷存储器中衰减。该装置例如可能从电荷存储器中去除隧穿的电荷，同时能够在衰减之前检测电荷。
[0012]在第一方面的另一实施中，至少一个结的至少一个操作参数以这种方式配置，使得当施加控制信号时，在至少一个结中，光子辅助隧穿速率大于弹性隧穿速率。该装置例如可能以提高的可靠性读取至少一个量子比特的状态。
[0013]在第一方面的另一实施中，该至少一个操作参数至少包括低于80毫开尔文的操作温度和低于10
‑4的戴因斯参数(Dynes parameter)。
[0014]在第一方面的另一实施中，所述至少一个量子比特包括至少一个超导量子比特。
[0015]根据第二方面，一种量子计算系统包括：根据第一方面的装置；以及耦合到该装置的控制单元，其中控制单元配置为：向装置的可控能量弛豫结构提供控制信号；以及检测由装置的电荷感测结构提供的读出信号。该系统例如可能以可控的方式读取量子比特的状态。
[0016]在第二方面的一种实施中，该控制信号包括至少一个单极性电压脉冲或双极性电压脉冲。该系统例如可能有效地控制该装置以提供读出信号。
[0017]在第二方面的另一实施中，该至少一个双极性电压脉冲在时间上是不对称的。该系统例如可能使用脉冲的第一部分使得能够实现光子辅助隧穿，以及使用脉冲的第二部分经由弹性隧穿使得能够清空电荷存储器。
[0018]在第二方面的另一实施中，至少一个单极性电压脉冲的幅度或双极性电压脉冲的第一极性部分的幅度对应于一种能量，该能量小于可控能量弛豫结构的至少一个结的超导间隙能量并且大于可控能量弛豫结构的至少一个结的超导间隙能量与至少一个量子比特的量子比特能量之差。该系统例如可能增加电荷存储器中的电荷对应于至少一个量子比特的状态的可能性，这可以提高读出信号的准确性。
[0019]根据第三方面，一种用于在根据第一方面的装置中的量子比特读出的方法，其包括：向装置的可控能量弛豫结构提供控制信号；以及检测由装置的电荷感测结构提供的读出信号。该方法例如可能以可控的方式读取量子比特的状态。
[0020]根据第四方面，一种计算机程序产品，其包括程序代码，程序代码配置成，当该计算机程序产品在计算机上执行时，执行根据第三方面的方法。
[0021]因为许多附带特征通过参考以下结合附图考虑的详细描述而变得更好地理解，所以许多附带特征将更容易地被领会。
附图说明
[0022]在下文中，参考附图更详细地描述示例实施例，其中：
[0023]图1示出根据一个实施例的用于量子比特读出的装置的示意图；
[0024]图2示出根据一个实施例的包括SINIS结的用于量子比特读出的装置的示意图；
[0025]图3示出根据一个实施例的包括NIS结的用于量子比特读出的装置的示意图；
[0026]图4示出根据一个实施例的包括SIS结的用于量子比特读出的装置的示意图；
[0027]图5示出根据一个实施例的用于量子比特读出的装置的示意图，该装置包括电荷存储器和SET之间的直接耦合；
[0028]图6示出根据另一实施例的用于量子比特读出的装置的示意图，该装置包括电荷存储器和SET之间的直接耦合；
[0029]图7示出根据一个实施例的包括SINIS结的可控能量弛豫结构的示意图；
[0030]图8示出根据一个实施例的在耦合到谐振器的QCR中计算出的隧穿速率的曲线图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于量子比特读出的装置(100)，其特征在于，其包括：至少一个量子比特(101)；可控能量弛豫结构(102)，其包括至少一个结，其中可控能量弛豫结构(102)耦合到至少一个量子比特(101)，并且配置为响应于控制信号、经由穿过至少一个结的电荷的光子辅助隧穿从至少一个量子比特(101)吸收至少一个光子；电荷存储器(104)，其配置为存储隧穿的电荷；以及电荷感测结构(103)，其耦合到电荷存储器(104)，并配置为响应于对电荷存储器(104)中的隧穿的电荷的检测而提供读出信号。2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，可控能量弛豫结构(102)的至少一个结包括至少一个正常金属
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绝缘体
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超导体结，即NIS结，或至少一个超导体
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绝缘体
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超导体结，即SIS结。3.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，电荷感测结构(103)包括控制读出信号的库仑阻塞，并且其中通过存储在电荷存储器(104)中的电荷改变电荷感测结构的库仑阻塞，电荷存储器(104)耦合到电荷感测结构(103)。4.根据权利要求3所述的装置(100)，其特征在于，电荷感测结构(103)包括单电子晶体管SET，单库珀对晶体管SCPT，射频单电子晶体管RF
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SET，感应单电子晶体管L
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SET，或基于半导体量子点、碳纳米管、量子点接触或二维材料的电荷感测结构。5.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，可控能量弛豫结构(102)的至少一个结包括超导体
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绝缘体
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正常金属
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绝缘体
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超导体结，即SINIS结，并且其中至少一个量子比特(101)电磁耦合到可控能量弛豫结构(102)的SINIS结的正常金属，并且其中控制信号对应于在SINIS结上的电压偏置。6.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，电荷存储器(104)由至少一个量子比特(101...

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