射频（RF）至直流（DC）转换器和双极量化超电流发生器（QSG）制造技术

提供了一种射频(RF)至直流(DC)转换器。当经由该转换器的DC输入端口施加DC电流时，该DC电流通过该转换器的约瑟夫逊结(JJ)被分流到地并且基本上没有DC电流流过该转换器的电阻器，以及当经由该转换器的RF输入端口施加RF电流时，从所述RF至DC转换器的DC至SFQ转换器输出SFQ电流脉冲序列，具有与该RF电流频率成反比的脉冲到脉冲间隔的该SFQ电流脉冲序列使该JJ以与该RF电流的RF频率相称的速率进行切换，以取决于该RF频率生成跨所述JJ的稳态电压。以取决于该RF频率生成跨所述JJ的稳态电压。以取决于该RF频率生成跨所述JJ的稳态电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】射频(RF)至直流(DC)转换器和双极量化超电流发生器(QSG)


[0001]本专利技术的当前要求保护的实施例涉及量子计算，并且更具体地涉及射频(RF)至直流(DC)转换器和双极量化超电流发生器(QSG)以及使用它们的量子机械系统。

技术介绍

[0002]传统上，快速通量偏置脉冲的施加已经通过室温千兆采样每秒(GS/s)数模转换器(DAC)将电流驱动到温度T＝4K电阻器来完成，该电阻器具有由多个DAC比特和偏置电阻器的约翰逊噪声设置的脉冲幅度的精度。然而，这种方法遭受大的脉冲形状失真，因为电流脉冲必须在到达预期装置(待测装置
‑
DUT)之前遍历多个温度阶段和滤波。此外，为了实现精确的脉冲高度，需要具有相对大的计数的电压DAC。此外，偏置多个n个装置所需的布线随着多个装置的数量n线性缩放。因此，希望提供一种新的生成快速电流脉冲的方法或系统，该快速电流脉冲可被直接施加到装置(DUT)或经由一对互感器耦合成通量。
[0003]此外，向超导电路施加静态通量偏置主要是经由向冷电阻器(例如，在大约4K的温度T下)施加电压来执行的，该冷电阻器然后将电流驱动到互连到装置(DUT)上的初级电感环路。这种方法就室温布线和电压源开销而言的缩放在希望通量偏置的器件(DUT)的数量上是线性的。经由实现计算范例(例如表面代码)来证明量子优势所需的容纳数百(如果不是数千)物理装置(例如，量子位)所需的热负载和物理空间是不可行的。因此，还令人希望的是提供一种新的生成双极通量偏置电流的方法或系统，以使得在低温恒温器的任何阶段实现最小至零的动态热负荷的同时改善了装置数目对室温控制线的缩放。

技术实现思路

[0004]本专利技术的方面是提供一种射频(RF)至直流(DC)转换器，包括直流电流(DC)输入端口；射频(RF)输入端口；以及直流电流(DC)至单通量量子(SFQ)转换器，其被连接到所述RF输入端口，所述DC至SFQ转换器被配置为将RF电流转换成SFQ电流脉冲。所述转换器进一步包括约瑟夫逊结(JJ)，起经由第一感应线被连接到所述DC输入端口并且经由第二感应线连接到所述DC至SFQ转换器，并且接地；以及电阻器，其经由第三感应线连接到所述约瑟夫逊结，并且被连接到DC输入端口。在操作中，当经由所述DC输入端口施加DC电流时，DC电流通过所述JJ分流到地，并且基本上没有DC电流流过所述电阻器，并且当经由所述RF输入端口施加RF电流时，具有与所述RF电流频率成反比的脉冲到脉冲间隔的来自所述DC至SFQ转换器的SFQ电流脉冲的输出序列使所述约瑟夫逊结(JJ)以与所述RF电流的所述RF频率相称的速率进行切换，以取决于所述RF频率而线性地生成跨所述约瑟夫逊结(JJ)的稳态电压，以使得流经所述电阻器的电流直接取决于所述RF电流的所述RF频率。
[0005]在实施例中，所述转换器进一步包括：多个约瑟夫逊结，其经由所述第一感应线连接到所述DC输入端口并且经由所述DC到SFQ转换器通过所述第二感应线连接到所述RF输入端口，并且接地。所述多个约瑟夫逊结被配置为在经由索虎RF输入端口施加所述RF电流时以与所述RF电流的RF频率相称的速率进行切换，以取决于所述RF频率生成跨所述多个约瑟
夫逊结(JJ)的稳态电压，以使得流经所述电阻器的所述电流直接取决于所述RF电流的所述RF频率。
[0006]在实施例中，跨所述约瑟夫逊结(JJ)的所述稳态电压(V)根据以下等式与所述RF频率(f
clk
)成比例：V＝Φ0x f
clk
，其中，Φ0是超导磁通量量子。
[0007]本专利技术的另一方面是提供一种包括上述射频(RF)至直流(DC)转换器的量子机械系统。在一个实施例中，所述量子机械系统还包括被连接至所述电阻器的至少一个量子机械装置。在一个实施例中，所述一个或多个装置包括例如量子比特、超导量子干涉装置、或非量子机械电路。
[0008]在实施例中，所述量子机械系统还包括具有输入端口和输出端口的快速单通量量子(RSFQ)脉冲倍频器。所述RSFQ脉冲倍频器的所述输出端口与所述DC至SFQ变换器的输入端口连接，所述RSFQ脉冲倍频器被配置为生成通过所述DC至SFQ变换器的所述输入端口输入的SFQ脉冲电流。
[0009]在实施例中，RSFQ脉冲倍频器被配置为：根据在所述RSFQ脉冲倍频器的所述输入端口处输入的单个射频电流脉冲，以在所述RSFQ脉冲倍频器的所述输出端口处施加的SFQ脉冲的速率的两倍，生成多个电流脉冲，以便生成跨所述变换器的更大电压。
[0010]在实施例中，所述量子机械系统还包括串联连接的m级快速单通量量子(RSFQ)脉冲倍频器。所述m级RSFQ脉冲倍频器被配置为生成RF电流(I)，所述RF电流(I)由以下公式给出：I＝2
m xΦ0x f
clk
/R，其中，Φ0是超导磁通量量子，f
clk
是所述RF电流的所述RF频率，R是所述电阻器的电阻值。
[0011]在一个实施例中，所述量子机械系统包括多个射频(RF)至直流(DC)转换器；以及多个量子机械装置，所述多个量子机械装置中的每个量子机械装置被连接到所述多个RF至DC转换器中的对应的RF至DC转换器。所述多个RF至DC转换器是可寻址的，以使得根据所述RF电流产生的所述SFQ脉冲被路由到所述多个RF到DC转换器中的期望转换器。
[0012]在一个实施例中，所述量子机械系统进一步包括：输入端口，其被配置为接收所述直流电流(DC)和所述射频(RF)电流；以及多个地址线，每个地址线路具有至少一个解复用器(DEMUX)，并且在第一地址线路中的解复用器(DEMUX)被连接到所述输入端口。所述多个射频(RF)至直流(DC)转换器中的每个转换器被连接到所述至少一个解复用器(DEMUX)中的对应的解复用器(DEMUX)。
[0013]在实施例中，所述第一地址线中的所述解复用器(DEMUX)被连接到第二地址线中的两个解复用器(DEMUX)，并且所述两个解复用器中的每个解复用器被连接到至少两个射频(RF)到直流(DC)转换器。
[0014]本专利技术的另一方面是提供一种双极量化超电流发生器(QSG)，所述双极量化超电流发生器包括：第一输入端口，其被配置为接收至少一个增量单通量量子脉冲；第二输入端口，其被配置为接收至少一个减量单通量量子脉冲。所述QSG还包括：连接到所述第一输入端口的第一约瑟夫逊结(JJ)和连接到所述第二输入端口的第二约瑟夫逊结(JJ)，所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结进一步接地；以及电感器(Lq)，其被连接到所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结。所述电感器(Lq)、所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结(JJs)形成超导量子干涉装置(SQUID)环路。在操作中，在由所述第一约瑟夫逊结、诉搜狐第二约瑟夫逊结以及所述电感器(Lq)形成的所述存储SQUID环路中循环的电流基于通
过所述第一输入端口输入的至少一个增量的单通量量子脉冲或通过所述第二输入端口输入的至少一个减量的单通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种射频(RF)至直流(DC)转换器，包括：直流电流(DC)输入端口；射频(RF)输入端口；直流电流(DC)至单通量量子(SFQ)转换器，其被连接到所述RF输入端口，所述DC至SFQ转换器被配置为将RF电流转换成SFQ电流脉冲；约瑟夫逊结(JJ)，其经由第一感应线连接到所述DC输入端口，并且经由第二感应线连接到所述DC至SFQ转换器，并且接地；以及电阻器，其经由第三感应线连接到所述约瑟夫逊结并且被连接到所述DC输入端口，其中，在操作中，当经由所述DC输入端口施加DC电流时，没有DC电流流过所述电阻器，并且当经由所述RF输入端口施加RF频率的RF电流时，基于来自所述DC至SFQ转换器的切换所述JJ的所述SFQ电流脉冲，直接取决于所述RF频率的电流流过所述电阻器。2.根据前一权利要求所述的转换器，其中，当经由所述RF输入端口施加所述RF电流时，具有与所述RF电流频率成反比的脉冲到脉冲间隔的来自所述DC至SFQ转换器的SFQ电流脉冲的输出序列使所述约瑟夫逊结(JJ)以与所述RF电流的所述RF频率相称的速率进行切换，以取决于所述RF频率而线性地生成跨所述约瑟夫逊结(JJ)的稳态电压。3.根据前述权利要求中任一项所述的转换器，进一步包括：多个约瑟夫逊结，其经由所述第一感应线连接到所述DC输入端口，并且经由所述DC至SFQ转换器通过所述第二感应线连接到所述RF输入端口，并且接地，其中，所述多个约瑟夫逊结被配置为当经由所述RF输入端口施加所述RF电流时，以与所述RF电流的所述RF频率相称的速率进行切换，以取决于所述RF频率而线性地生成跨所述多个约瑟夫逊结(JJ)的稳态电压，以使得流经所述电阻器的电流直接取决于所述RF电流的所述RF频率。4.根据前述权利要求中任一项所述的并且具有权利要求2的特征的转换器，其中，根据以下等式，跨所述约瑟夫逊结(JJ)的所述稳态电压(V)与所述RF频率(f
clk
)成比例：V＝Φ0x f
clk
其中，Φ0是超导磁通量量子。5.一种量子机械系统，包括：射频(RF)至直流(DC)转换器，包括：直流电流DC输入端口；射频(RF)输入端口；直流电流(DC)至单通量量子(SFQ)转换器，其被连接到所述RF输入端口，所述DC至SFQ转换器被配置为将RF电流转换成SFQ电流脉冲；约瑟夫逊结(JJ)，其经由第一感应线连接到所述DC输入端口，并且经由第二感应线连接到所述DC至SFQ转换器，并且接地；以及电阻器，其经由第三感应线连接到所述约瑟夫逊结并且连接到所述DC输入端口，其中，在操作中，当经由所述DC输入端口施加DC电流时，所述DC电流通过所述约瑟夫逊结(JJ)被分流到地，并且基本上没有电流流过所述电阻器，以及当经由所述RF输入端口施加RF电流时，所述约瑟夫逊结(JJ)以与所述RF电流的RF频率相称的速率进行切换，以取决于所述RF频率而线性地生成跨所述约瑟夫逊结(JJ)的稳态电压，以使得流经所述电阻器的
电流直接取决于所述RF电流的所述RF频率。6.根据前一权利要求所述的量子机械系统，进一步包括：连接到所述电阻器的至少一个量子机械装置。7.根据前一权利要求所述的量子机械系统，其中，所述一个或多个装置包括量子比特、超导量子干涉装置、或非量子机械电路中的至少一个。8.根据前述三个权利要求中任一项所述的量子机械系统，进一步包括：具有输入端口和输出端口的快速单通量量子(RSFQ)脉冲倍频器，其中，所述RSFQ脉冲倍频器的所述输出端口与所述DC
‑
SFQ变换器的输入端口连接，所述RSFQ脉冲倍频器被配置为生成通过所述DC至SFQ变换器的所述输入端口输入的SFQ脉冲电流。9.根据前一权利要求所述的量子机械系统，其中，所述RSFQ脉冲倍频器被配置为：根据在所述RSFQ脉冲倍频器的所述输入端口处输入的单个射频电流脉冲，以在所述RSFQ脉冲倍频器的输出端口处施加的SFQ脉冲的速率的两倍，生成多个电流脉冲，以便生成跨所述转换器的更大电压。10.根据前述两个权利要求中任一项所述的量子机械系统，进一步包括：串联连接的m级快速单通量量子(RSFQ)脉冲倍频器，其中，所述m级RSFQ脉冲倍频器被配置为生成RF电流(I)，所述RF电流(I)由以下公式给出：I＝2
m
xΦ0x f
clk
/R其中，Φ0是超导磁通量量子，f
clk
是所述RF电流的所述RF频率，R是所述电阻器的电阻值。11.根据前述权利要求5至10中任一项所述的量子机械系统，进一步包括：多个射频(RF)至直流(DC)转换器；以及多个量子机械装置，所述多个量子机械装置中的每个量子机械装置被连接到所述多个RF至DC转换器中的对应的RF至DC转换器，其中，所述多个RF至DC转换器是可寻址的，以使得根据所述RF电流产生的所述SFQ脉冲被路由到所述多个RF至DC转换器中的期望转换器。12.根据...

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