约瑟夫森参数耦合器制造技术

提出了一种约瑟夫森参数设备，其包括输入端口、输出端口以及输入端口和输出端口之间的信号路径。信号路径包括耦合到输入端口并具有第一通带的第一区段，耦合到输出端口并具有第二通带的第二区段，以及用于第一和第二区段之间的参数耦合的约瑟夫森结耦合元件。约瑟夫森结耦合元件耦合到第一区段和第二区段并且被插置在第一区段和第二区段之间。约瑟夫森结耦合元件被配置为使得响应于输入端口接收到处于第一通带内的第一频率的第一信号并且约瑟夫森结耦合元件接收到泵音，约瑟夫森结耦合元件将第一信号转换为具有处于第二通带内的第二频率的第二信号。二频率的第二信号。二频率的第二信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】约瑟夫森参数耦合器


[0001]本主题涉及约瑟夫森参数耦合器。

技术介绍

[0002]大规模量子计算机具有为某些类别的困难问题提供快速解决方案的潜力。在设计和实现量子架构以控制、编程和维护量子硬件方面的多个挑战阻碍了大规模量子计算的实现。

技术实现思路

[0003]本公开涉及约瑟夫森参数耦合器，其包括用于实现用于量子位的状态测量的放大设备的技术等。
[0004]通常，本公开的主题的创新方面可以体现在约瑟夫森参数设备，该约瑟夫森参数设备包括输入端口、输出端口以及输入端口和输出端口之间的信号路径。信号路径包括：第一区段，耦合到输入端口并具有第一通带；第二区段，耦合到输出端口并具有第二通带；以及约瑟夫森结耦合元件，用于第一区段和第二区段之间的参数耦合。约瑟夫森结耦合元件耦合到第一区段和第二区段并且被插置在第一区段和第二区段之间。约瑟夫森结耦合元件被配置为使得响应于输入端口接收到处于第一通带内的第一频率的第一信号并且约瑟夫森结耦合元件接收到泵音(pump tone)，约瑟夫森结耦合元件将第一信号转换为具有处于第二通带内的第二频率的第二信号。
[0005]前述和其他实现方式可以各自可选地单独或组合地包括以下特征中的一个或更多个。
[0006]在一些实现方式中，第二频率是第一频率和泵音的频率之和。
[0007]在一些实现方式中，泵音的频率是第一频率和第二频率之和。
[0008]在一些实现方式中，约瑟夫森耦合元件包括约瑟夫森结、具有第一通带的第一谐振器和具有第二通带的第二谐振器。约瑟夫森结被插置在第一谐振器和第二谐振器之间并连接到第一谐振器和第二谐振器。
[0009]在一些实现方式中，第一谐振器包括第一串联电感器和第一分流电容器。第二谐振器包括第二串联电感器和第二分流电容器。第一串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接，并且第二串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接。
[0010]在一些实现方式中，第一谐振器和第二谐振器包括谐振器传输线短截头。
[0011]在一些实现方式中，第一谐振器和第二谐振器包括基于传输线的谐振器。
[0012]在一些实现方式中，第一区段包括具有第一通带且被布置在信号路径中的输入端口和第一谐振器之间的至少一个分流谐振器，并且第二区段包括具有第二通带且被布置在信号路径中的第二谐振器和输出端口之间的至少一个分流谐振器。
[0013]在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括分流电容器和分流电感器。
[0014]在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括谐振器短截头。
[0015]在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括基于传输线的谐振器。
[0016]在一些实现方式中，约瑟夫森结耦合元件是RF SQUID。
[0017]在一些实现方式中，RF SQUID被安排为使得响应于施加到RF SQUID的第一外部通量偏置，RF SQUID的约瑟夫森电感值发散，使得第一谐振器和第二谐振器之间的无源电感耦合减小。
[0018]通常，本公开的主题的另一创新方面可以体现在设计约瑟夫森参数设备的方法中，该约瑟夫森参数设备包括输入端口、输出端口以及输入端口和输出端口之间的信号路径，其中，信号路径包括耦合到输入端口并具有第一通带的第一区段、耦合到输出端口并具有第二通带的第二区段以及插置在第一区段和第二区段之间的约瑟夫森结耦合元件。该方法包括：在第一区段中提供第一数量j的谐振器，并且在第二区段中提供第二数量N
‑
j的谐振器；向第一区段中的谐振器提供第一谐振频率ω
A
并且向第二区段中的谐振器提供第二谐振频率ω
B
，并且在输入端口与第一区段之间以及在第二区段与输出端口之间提供衰减率γ；提供第一区段和第二区段的带宽δω；为每个谐振器提供阻抗Z1到Z
N
；提供归一化元素值g0到g
N+1
。g0表示输入端口处的归一化阻抗，g
N+1
表示输出端口处的归一化阻抗，并且g1到g
N
表示N个谐振器的归一化阻抗。根据第一区段和第二区段的响应函数的制表值来确定归一化元素值g0至g
N+1
。该方法还包括：计算导纳值J
01
至J
N，N+1
，其中，第一导纳值J
01
表示要布置在输入端口和与输入端口相邻并耦合的第一区段的谐振器之间的第一电路元件的导纳，第N+1导纳值J
N，N+1
表示要布置在输出端口和与输出端口相邻并连接的第二区段的第N谐振器之间的第N+1电路元件的导纳，并且第i导纳值J
i
‑
1，i
表示要布置在第i
‑
1谐振器和第i谐振器之间的第i电路元件的导纳。第一导纳值J
01
由给出。第i导纳值J
i
‑
1i
由J
i
‑
1，i
＝给出，并且第N+1导纳值J
N，N+1
由给出，其中，Z0是输入端口的阻抗，Z
N+1
是输出端口的阻抗，并且Z
i
是第i谐振器的阻抗。所述方法还包括：计算表示包括在第一区段中的第j谐振器与包括在第二区段中的第j+1谐振器之间的耦合度的耦合系数β
j，j+1
，其中，j是第一数量，并且N
‑
j是第二数量，其中，耦合系数β
j，j+1
由给出。该方法还包括基于耦合系数β
j，j+1
计算用于施加到约瑟夫森结耦合元件的AC通量Φ
AC
。
[0019]前述和其他实现方式均能够可选地单独或组合地包括以下特征中的一个或更多个。
[0020]在一些实现方式中，当施加到约瑟夫森结耦合元件的DC通量Φ
DC
由给出时，基于耦合系数β
j，j+1
计算用于施加到约瑟夫森结耦合元件的AC通量Φ
AC
基于L是约瑟夫森结耦合元件的线性电感，I
C
是约瑟夫森结的临界电流，Φ0是磁通量子，是第j谐振器和第j+1谐振器之间的互感耦合相对于施加到约瑟夫森耦合元件的通量偏置的斜率，并且L
j
和L
j+1
分别是第j谐振器和第j+1谐
振器的电感值。
[0021]在一些实现方式中，约瑟夫森结耦合元件包括RF
‑
SQUID。
[0022]在一些实现方式中，第一数量等于第二数量，使得j＝N/2。
[0023]通常，本公开的主题的另一创新方面可以体现在使用约瑟夫森参数设备的方法中，该方法包括：确定第一信号的第一频率和第二信号的第二频率；确定泵音的频率，使得当泵音被提供给约瑟夫森耦合元件时，第一信号被转换为第二信号；将泵音提供给约瑟夫森结耦合元件，并将第一频率的第一信号提供给输入端口。
[0024]在附图和以下描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种约瑟夫森参数设备，包括：输入端口；输出端口；以及输入端口和输出端口之间的信号路径，所述信号路径包括：第一区段，耦合到输入端口并具有第一通带；第二区段，耦合到输出端口并具有第二通带；和约瑟夫森结耦合元件，用于第一区段和第二区段之间的参数耦合，约瑟夫森结耦合元件耦合到第一区段和第二区段并且被插置在第一区段和第二区段之间，其中，约瑟夫森结耦合元件被配置为使得响应于输入端口接收到处于第一通带内的第一频率的第一信号并且约瑟夫森结耦合元件接收到泵音，约瑟夫森结耦合元件将第一信号转换为具有处于第二通带内的第二频率的第二信号。2.如权利要求1所述的约瑟夫森参数设备，其中，第二频率是第一频率和泵音的频率之和。3.如权利要求1所述的约瑟夫森参数设备，其中，泵音的频率是第一频率和第二频率之和。4.如任一前述权利要求所述的约瑟夫森参数设备，其中，约瑟夫森耦合元件包括：约瑟夫森结；第一谐振器，具有第一通带；以及第二谐振器，具有第二通带，其中，约瑟夫森结被插置在第一谐振器和第二谐振器之间并且连接到第一谐振器和第二谐振器。5.如权利要求4所述的约瑟夫森参数设备，其中，第一谐振器包括第一串联电感器和第一分流电容器，其中，第二谐振器包括第二串联电感器和第二分流电容器，其中，第一串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接，并且其中，第二串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接。6.如权利要求4所述的约瑟夫森参数设备，其中，第一谐振器和第二谐振器包括传输线短截头。7.如权利要求4所述的约瑟夫森参数设备，其中，第一谐振器和第二谐振器包括基于传输线的谐振器。8.如任一前述权利要求所述的约瑟夫森参数设备，其中，第一区段包括被布置在信号路径中的输入端口和第一谐振器之间的、具有第一通带的至少一个分流谐振器，并且其中，第二区段包括被布置在信号路径中的第二谐振器和输出端口之间的、具有第二通带的至少一个分流谐振器。9.如权利要求8所述的约瑟夫森参数设备，其中，所述至少一个谐振器中的每一个包括分流电容器和分流电感器。10.如权利要求8所述的约瑟夫森参数设备，
其中，至少一个谐振器中的每一个包括谐振器短截头。11.如权利要求8所述的约瑟夫森参数设备，其中，至少一个谐振器中的每一个包括基于传输线的谐振器。12.如任一前述权利要求所述的约瑟夫森参数设备，其中，约瑟夫森结耦合元件是RF SQUID。13.如权利要求12所述的约瑟夫森参数设备，其中，RF SQUID被安排成使得响应于施加到RF SQUID的第一外部通量偏置，RF SQUID的约瑟夫森电感值发散，使得第一谐振器和第二谐振器之间的无源电感耦合减小。14.一种设计约瑟夫森参数设备的方法，约瑟夫森参数设备包括：输入端口；输出端口；以及输入端口和输出端口之间的信号路径，所述信号路径包括：第一区段，耦合到输入端口并具有第一通带；第二区段滤波器，耦合到输出端口并具有第二通带；和约瑟夫森结耦合元件，被插置在第一区段和第二区段之间，所述方法包括：在第一区段中提供第一数量j的谐振器，并且在第二区段中提供第二数量N
‑
j的谐振器；向第一区段中的谐振器提供第一谐振频率ω
A
并向第二区段中的谐振器提供第二谐振频率ω
B
，并且在输入端口与第一区段之间以及在第二区段与输出端口之间提供衰减率γ；提供第一区段和第二区段的带宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：O乃缦，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：