用于量子计算应用的分层混合量子架构制造技术

一种量子系统包括量子位阵列，量子位阵列包括多个量子位。总线谐振器被耦合在量子位阵列中的至少一对量子位之间。开关被耦合在量子位的至少一个量子位对之间。位的至少一个量子位对之间。位的至少一个量子位对之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量子计算应用的分层混合量子架构


[0001]本公开总体上涉及超导器件，并且更具体地，涉及在量子阵列中集成控制逻辑。

技术介绍

[0002]超导量子计算是量子计算机在超导电子电路中的实现。量子计算研究量子现象在信息处理和通信中的应用。存在量子计算的各种模型，并且最流行的模型包括量子位和量子门的概念。量子位是具有两种可能的状态的位的概括，但可以处于两种状态的量子叠加。量子门是逻辑门的概括，但是量子门描述了在给定一个或多个量子位的初始状态的情况下在将门施加在该一个或多个量子位上之后该一个或多个量子位将经历的变换。
[0003]现今，缩放包括多个量子位的量子处理器的挑战是控制量子位之间的相互作用。超导量子位之间的耦合(诸如微波串扰)可以通过解谐它们的中心频率来减轻。代替将量子位改变成量子位耦合常数，可以通过使量子位能量非简并来减少有效耦合。然而，随着超导量子位缩放到更大的系统，量子位跃迁频率的越来越密集的谱使得抑制剩余的耦合更有挑战性。进一步，重新布置量子位的中心频率不仅具有挑战性，而且还可能导致状态泄漏。

技术实现思路

[0004]根据示例性实施例，一种量子系统包括量子位阵列，该量子位阵列包括多个量子位。总线谐振器被耦合在该量子位阵列中的至少一对量子位之间。开关被耦合在该量子位阵列中的至少一个量子位对之间。
[0005]在一个实施例中，开关与具有约瑟夫逊结(JJ)的耦合谐振器集成。
[0006]在一个实施例中，开关包括耦合到电子系统的栅极，电子系统可通过栅极上的电压来调节。/>[0007]在一个实施例中，电子系统被配置为基于栅极上的电压改变电感。
[0008]在一个实施例中，栅极被配置为在(i)具有第一临界电流的低电感状态和(ii)具有第二临界电流的高电感状态之间调节开关，其中，第二临界电流低于第一临界电流。
[0009]在一个实施例中，开关具有支持超电流的第一状态以及支持高电阻并且没有超电流的第二状态。
[0010]在一个实施例中，栅极上的电压可操作以改变JJ的电感。
[0011]在一个实施例中，开关包括被电子系统分开的两个或更多个超导体。
[0012]在一个实施例中，电子系统包括石墨烯。
[0013]在一个实施例中，开关是电压控制的超电流开关。
[0014]在一个实施例中，对于量子位阵列中的至少一个量子位，开关被耦合在该至少一个量子位与该量子位阵列的读出谐振器之间。
[0015]在一个实施例中，在量子位对之间和在量子位与读出谐振器之间的开关的组合被配置为对该阵列中的单独量子位进行多路复用，使得每个量子位被单独地控制并且独立于量子位频率。
[0016]在一个实施例中，该量子位阵列是第一层中的多个量子位阵列的一部分。该第一层的该多个量子位阵列各自由一个或多个开关隔离。
[0017]在一个实施例中，在多个层中的至少两个层之间存在量子位阵列的不对称性。
[0018]在一个实施例中，该量子系统包括多个层，每个层具有由一个或多个开关与相邻层分开的至少一个量子位阵列。
[0019]在一个实施例中，该量子位阵列中的两个或更多个量子位具有基本上相似的量子位频率。
[0020]在一个实施例中，通过凸块结合的方式将多个层堆叠在彼此的顶部上。
[0021]在一个实施例中，该量子位阵列的量子位中的至少一个量子位被该至少一个开关关闭。
[0022]根据一个实施例，一种控制量子系统的方法包括提供具有多个量子位的量子位阵列。总线谐振器被耦合在该量子位阵列中的每对量子位之间。以下各项中的至少一项：(i)该量子位阵列中的至少一个量子位对通过约瑟夫逊结(JJ)开关分开，或者(ii)该量子位阵列中的至少一个量子位通过第二JJ开关与读出谐振器分开。
[0023]在一个实施例中，JJ开关的栅极的电子系统的电感通过在JJ开关的栅极上施加电压而改变。
[0024]在一个实施例中，两个或更多个超导体被JJ开关的电子系统分开。
[0025]在一个实施例中，单独量子位通过多个开关进行多路复用，所述多个开关包括在该阵列中的JJ开关和第二JJ开关，使得每个量子位被单独地控制并且独立于量子位频率。
[0026]在一个实施例中，量子位阵列被堆叠在多个层中。该多个层中的每个量子位通过多个开关被单独地控制并且独立于量子位频率。
[0027]根据一个实施例，一种量子位系统包括量子位阵列，该量子位阵列包括多个量子位。总线谐振器被耦合在该量子位阵列中的每对相邻量子位之间。以下各项中的至少一项：(i)开关被耦合在该量子位阵列中的每个量子位对之间，或者(ii)对于该量子位阵列的至少一个量子位，开关被耦合在该至少一个量子位与该量子位阵列的读出谐振器之间。
[0028]在一个实施例中，开关与具有约瑟夫逊结(JJ)的耦合谐振器集成。每个开关包括耦合到电子系统的栅极，该电子系统可通过栅极上的电压来调节。电子系统被配置为基于栅极上的电压改变JJ的电感。
[0029]在一个实施例中，在量子位对之间和在量子位与读出谐振器之间的开关的组合被配置为对该阵列中的单独量子位进行多路复用，使得每个量子位被单独地控制并且独立于量子位频率。
[0030]这些和其他特征将从以下将结合附图阅读的对其说明性实施例的详细描述中变得清楚。
附图说明
[0031]附图是说明性实施例的。它们没有示出所有实施例。附加地或替代地，可使用其他实施例。可以省略可能清楚或不必要的细节以节省空间或用于更有效的说明。一些实施例可在具有附加的部件或步骤和/或在没有示出的所有部件或步骤的情况下实践。当在不同的附图中出现相同的标号时，它指代相同或相似的部件或步骤。
[0032]图1示出了量子位阵列的示例架构。
[0033]图2是与说明性实施例一致的在量子位与对应的读出谐振器之间具有隔离的量子位阵列的示例架构。
[0034]图3是与说明性实施例一致的在不同类型的部件之间具有隔离的量子位阵列的示例架构。
[0035]图4示出了与说明性实施例一致的示例三维多路复用架构。
[0036]图5示出了在不同层之间不具有对称性的三维多路复用架构。
[0037]图6示出了与说明性实施例一致的可用于实现图2至图6的开关的示例开关。
[0038]图7示出了与说明性实施例一致的可用于在两个量子位之间和/或在量子位与读出谐振器之间提供中断的开关的俯视图。
[0039]图8是与说明性实施例一致的可用作约瑟夫逊结开关的半导体结构的侧视截面图。
[0040]图9是与说明性实施例一致的用作JJ开关的量子阱异质结构的侧视截面图。
[0041]图10是与说明性实施例一致的约瑟夫逊结开关的侧视截面图，该约瑟夫逊结开关在壁垒的顶部上具有外延超导体结构。
[0042]图11是与说明性实施例一致的约瑟夫逊结开关的侧视截面图，其中超导体结构被直接构造在半导体衬底的顶部上。
[0043]图12提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子系统，包括：包括多个量子位的量子位阵列；总线谐振器，耦合在量子位阵列中的至少一对量子位之间；以及开关，耦合在所述至少一对量子位之间。2.根据权利要求1所述的量子系统，其中：开关包括具有约瑟夫逊结(JJ)的耦合谐振器，以及开关与总线谐振器集成。3.根据前述权利要求中任一项所述的量子系统，其中，开关包括耦合到电子系统的栅极，所述电子系统可通过栅极上的电压来调节。4.根据权利要求3所述的量子系统，其中，电子系统被配置为基于栅极上的电压来改变电感。5.根据权利要求3至4中任一项所述的量子系统，其中，栅极被配置为在(i)具有第一临界电流的低电感状态与(ii)具有第二临界电流的高电感状态之间调节开关，其中，第二临界电流低于第一临界电流。6.根据前述权利要求中任一项所述的量子系统，其中：开关具有支持超电流的第一状态；以及第一开关具有支持高电阻并且没有超电流的第二状态。7.根据权利要求3至6中任一项所述的量子系统，其中，栅极上的电压可操作以改变JJ的电感。8.根据权利要求3至7中任一项所述的量子系统，其中，开关包括被电子系统分开的两个或更多个超导体。9.根据权利要求3至8中任一项所述的量子系统，其中，电子系统包括石墨烯。10.根据权利要求1至9中任一项所述的量子系统，其中，开关是电压控制的超电流开关。11.根据权利要求1至10中任一项所述的量子系统，所述量子系统对于量子位阵列中的至少一个量子位还包括耦合在所述至少一个量子位与量子位阵列的读出谐振器之间的开关。12.根据权利要求11所述的量子系统，其中，在量子位对之间和在量子位与读出谐振器之间的开关的组合被配置为对阵列中的单独量子位进行多路复用，使得每个量子位被单独地控制并且独立于量子位频率。13.根据前述权利要求中任一项所述的量子系统，其中：量子位阵列是第一层中的多个量子位阵列的一部分；以及第一层的所述多个量子位阵列各自由一个或多个开关隔离。14.根据前述权利要求中任一项所述的量子系统，其中，在所述多个层中的至少两个层之间存在量子位阵列的不对称性。15.根据前述权利要求中任一项所述的量子系统，其中，量子系统包括多个层，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：