一种超导量子力学装置包括在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接的第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结。该装置还包括第一电容器焊盘和第二电容器焊盘。第一电容器焊盘和第二电容器焊盘以及电桥电路形成具有对应于第一谐振本征模式的谐振频率的超导量子位。该装置还包括第一谐振器部分和第二谐振器部分。第一谐振器部分和第二谐振器部分以及电桥电路形成具有对应于第二谐振本征模式的谐振频率的谐振器。该装置还包括布置在电桥电路附近的磁通量源。磁通量源被配置为在操作期间提供通过电桥电路的磁通量，以在第三谐振本征模式被激发时引起第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式之间的耦合。式之间的耦合。式之间的耦合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于约瑟夫逊环调制器的超导量子位和谐振器系统
[0001]本专利技术的当前要求保护的实施例涉及超导量子力学装置，并且更具体地涉及一种具有耦合到在同一装置内的超导谐振器的超导量子位的超导量子力学装置。
技术介绍
[0002]电路量子电动力学(cQED)是量子处理器架构中的基本且常见的构建块。cQED包括耦合到超导谐振器的超导量子位。量子位和谐振器的谐振频率通常是不同的。例如，量子位频率可以是大约5GHz，而谐振器频率可以是大约7GHz。当频率不同时，耦合被称为色散耦合。存在可以使用的各种类型的量子位，包括例如传输子(transmon)、磁通量子(fluxonium)、电容分路(capacitively
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shunted)量子位等。还存在可以使用的各种几何形状的超导谐振器，包括例如共面波导谐振器、带状线谐振器、微带谐振器、三维空腔等。可以用于谐振器的超导材料的示例包括但不限于Nb、Al、TiN、NbTiN、NbN等。可以采用各种机制来将量子位耦合到谐振器，包括电容性耦合(例如，通过电容器)和电感性耦合(例如，通过互感)。
[0003]cQED用于许多应用，包括：1)谐振器用作量子位和外部电路之间的带通滤波器，以滤除在量子位频率处通过线路进入的噪声；2)通过经由谐振器端口注入量子位脉冲，可以驱动和控制量子位；以及3)通过检测受量子位状态影响的谐振器频率的变化，可以测量量子位状态。
[0004]为了使用cQED架构测量量子位的状态，将接近读出谐振器频率的读出信号发送到谐振器。由于量子位和谐振器之间的耦合(电容性或电感性)，谐振器频率取决于量子位状态。换句话说，读出谐振器的谐振频率在量子位处于基态时与在量子位处于激发态时不同。由于读出谐振器谐振频率与量子位状态的相关性，读出信号的频率被设置为在这两个谐振频率之间的中间。通过监测或测量反射的读出信号的相移，可以确定量子位状态，因为相移将取决于读出谐振器的谐振频率而不同，所述谐振频率取决于量子位状态。
[0005]因此，在cQED中，读出谐振器可以保护量子位免受来自外部环境的电磁噪声。cQED还允许使用谐振器相对精确和灵敏地测量量子位状态。cQED允许执行量子位状态的量子非破坏测量。总之，cQED的理论得到了很好的发展，并且cQED架构相对容易实现和放大。
[0006]然而，在cQED中，量子位与读出谐振器之间的耦合总是接通的。因此，读出谐振器中存在的任何噪声光子(热或非热)都可能导致量子位状态失相并失去其相位相干性。避免这个问题的一种方法是增加谐振器的带宽以减少其测量量子位所花费的时间。然而，增加谐振器的带宽以减少其测量量子位所花费的时间也可能导致减少量子位的寿命(由于Purcell效应)。为了对抗Purcell效应并且仍然提供相对快速的读出，通常将Purcell滤波器添加到读出谐振器。Purcell滤波器是在读出频率具有几乎为一的传输但在量子位频率具有大的衰减的微波滤波器。因此，这种解决方案给量子处理器架构增加了硬件复杂性。
[0007]对于耦合到相对慢(具有窄带宽)的读出谐振器的量子位，通过使用施加到读出谐振器的特定脉冲序列(例如CLEAR方法)快速清空光子的读出谐振器，可以减少由长寿命读
出光子(其是读出脉冲的一部分)引起的量子位失相。这种解决方案也给量子处理器架构增加了软件、脉冲和定时复杂性。
[0008]在常规装置中，为了减少读出谐振器内部的光子布居并因此减少量子位失相，量子位与读出谐振器之间的耦合以及噪声光子的存在对量子位设置提出了严格的要求。例如，读出谐振器被很好地热化到基础温度级，所施加的脉冲的功率尽可能低以防止热效应，耦合到读出谐振器的环境中的热耗散也应当被最小化，并且低温隔离器和循环器被添加到输出线路以保护免受包括诸如放大噪声之类的电磁噪声或诸如读出频率处的黑体辐射之类的热噪声的噪声。这些低温循环器和隔离器体积大、难以热化、昂贵、重，并且使用了可能对超导电路具有负面影响的磁性材料和强磁场。
技术实现思路
[0009]本专利技术的一个方面是提供一种超导量子力学装置。该超导量子力学装置包括第一约瑟夫逊结(Josephson junction)、电连接到第一约瑟夫逊结的第二约瑟夫逊结、电连接到第二约瑟夫逊结的第三约瑟夫逊结、以及电连接到第三约瑟夫逊结和第一约瑟夫逊结的第四约瑟夫逊结，使得第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接。该超导量子力学装置还包括在第一约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到第一约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结的第一电容器焊盘，以及在第二约瑟夫逊结和第三约瑟夫逊结之间的节点处电连接到第二约瑟夫逊结和第三约瑟夫逊结的第二电容器焊盘，使得第一电容器焊盘、第二电容器焊盘和电桥电路形成超导量子位，该超导量子位具有与电桥电路的第一谐振本征模式对应的谐振频率。该超导量子力学装置还包括第一谐振器部分和第二谐振器部分，第一谐振器部分在第一约瑟夫逊结与第二约瑟夫逊结之间的节点处电连接至第一约瑟夫逊结和第二约瑟夫逊结，第二谐振器部分在第三约瑟夫逊结与第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接至第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结，使得第一谐振器部分、第二谐振器部分和电桥电路形成具有与第二谐振本征模式对应的谐振频率的谐振器。超导量子力学装置还包括被布置在电桥电路附近的磁通量源。磁通量源被配置为在操作期间提供通过电桥电路的磁通量，以在第三谐振本征模式被激发时引起第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式之间的耦合。
[0010]在一个实施例中，磁通量源是载流元件，以提供对电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。在一个实施例中，磁通量源是磁性材料，以提供对电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。在一个实施例中，磁通量源是可控制的。在一个实施例中，磁通量源提供一半的通量量子
[0011]在一个实施例中，超导量子位是类传输子量子位。在一个实施例中，第一谐振器部分和第二谐振器部分都是基本等长的谐振器线路。在一个实施例中，第一谐振器部分和第二谐振器部分包括布置在电接地焊盘之间的谐振器线路。
[0012]在一个实施例中，超导量子力学装置还包括谐振器馈线，该谐振器馈线被配置为电磁耦合到谐振器，以便在操作期间提供第二谐振本征模式的激发。在一个实施例中，谐振器馈线与谐振器分离，以便在谐振器馈线与谐振器之间限定电容器。
[0013]在一个实施例中，该超导量子力学装置还包括量子位馈线，该量子位馈线被配置
为电磁耦合到超导量子位，以便在操作期间提供第一谐振本征模式的激发。在一个实施例中，量子位馈线与超导量子位分离，以便在量子位馈线与超导量子位之间限定电容器。在一个实施例中，超导量子位和谐振器形成在同一基底上，并且电桥电路基本上位于超导量子位和谐振器的共同中心处。
[0014]在一个实施例中，第一谐振器部分、第二谐振器部分、第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结包括从由Al、Nb、NbTiN、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超导量子力学装置，包括：第一约瑟夫逊结、电连接到所述第一约瑟夫逊结的第二约瑟夫逊结、电连接到所述第二约瑟夫逊结的第三约瑟夫逊结、以及电连接到所述第三约瑟夫逊结和所述第一约瑟夫逊结的第四约瑟夫逊结，使得所述第一约瑟夫逊结、所述第二约瑟夫逊结、所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接；第一电容器焊盘和第二电容器焊盘，所述第一电容器焊盘在所述第一约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第一约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结，所述第二电容器焊盘在所述第二约瑟夫逊结和所述第三约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第二约瑟夫逊结和所述第三约瑟夫逊结，使得所述第一电容器焊盘、所述第二电容器焊盘和所述电桥电路形成超导量子位，所述超导量子位具有与所述电桥电路的所述第一谐振本征模式对应的谐振频率；第一谐振器部分和第二谐振器部分，所述第一谐振器部分在所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结，所述第二谐振器部分在所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结，使得所述第一谐振器部分、所述第二谐振器部分和所述电桥电路形成谐振器，所述谐振器具有与所述第二谐振本征模式对应的谐振频率；以及磁通量源，所述磁通量源被布置在所述电桥电路附近，其中，所述磁通量源被配置为在操作期间提供通过所述电桥电路的磁通量，以在所述第三谐振本征模式被激发时引起所述第一谐振本征模式、所述第二谐振本征模式和所述第三谐振本征模式之间的耦合。2.根据权利要求1所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是载流元件，以提供对所述电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。3.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是磁性材料，以提供对所述电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。4.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是可控制的。5.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源提供一半的通量量子6.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中，所述超导量子位是类传输子量子位。7.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述第一谐振器部分和所述第二谐振器部分都是基本等长的谐振器线路。8.根据前述权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
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