用于量子位状态读出的系统、方法以及装置制造方法及图纸

一种超导读出系统，包括：一个计算量子位；一个测量器件，用于测量该计算量子位的一种状态；以及一个锁存量子位，该锁存量子位介导在该计算量子位与该测量器件之间的通信性耦连。该锁存量子位包括：一个量子位环路，该量子位环路包括相互串联耦连的至少两个超导电感器；使该量子位环路间断的一个复合的约瑟夫逊结，该量子位环路包括在该复合的约瑟夫逊结中相互串联耦连并且相对于该闭合环路相互并联地耦连的至少两个约瑟夫逊结；以及一个第一时钟信号输入结构，用于将多个时钟信号耦合到该复合的约瑟夫逊结上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本系统、方法以及装置涉及在读出计算量子位状态时使用锁存量子位。
技术介绍
在1936年由Alan Turing描述的图灵机是一种理论上的计算系统。能够有效地 模拟任何其他图灵机的一台图灵机被称为通用图灵机(UTM)。丘奇-图灵理论陈述了任何 实际的计算模型或者具有一个UTM的等效运算能力或者具有其运算能力的一个子集。一台量子计算机是利用一种或者多种量子效应进行计算的任何物理系统。能够有 效地模拟任何其他量子计算机的一台量子计算机被称为通用量子计算机(UQC)。1981年Richard P. Feynman提出可以使用量子计算机比一台UTM更加有效地求解 某些计算问题，并且因此推翻了丘奇-图灵理论。例如，参见Feynman R. P. , Simulating Physics with Computers，，，International Journal of Theoretical Physics, Vol. 21 (1982)pp. 467-488。例如，Feynman指出一台量子计算机能够被用于模拟某些其他 量子系统，从而允许所模拟的量子系统与使用一台UTM所可能的情况相比成指数级地更快 地计算某些特性。量子计算的涂径对于量子计算机的设计及运作存在几种通用的途径。这种途径之一是量子计算 的“电路模型”。在这种途径中，通过多个逻辑门序列对量子位起作用，这些逻辑门序列是 一种算法的已编排的代表。电路模型量子计算机对实际的实现方式有几种严重的障碍。 在该电路模型中，所要求的是多个量子位在比单一门时间长得多的时间周期上保持相干。 这种要求的出现是因为电路模型量子计算机要求被统称为量子误差校正的运作来进行运 算。在没有电路模型量子计算机的这些量子位能够在单一门时间的1000倍数量级的时 间周期上保持量子相干时，就不能够进行量子误差校正。大量研究工作一直集中于开发 具有足以形成电路模型量子计算机的基本信息单元的相干性的量子位。例如，参见Shor， P. W. Introduction toQuantum Algorithms, arXiv. org :quant-ph/0005003(2001), PP. 1-27。本领域仍然受阻于不能够使量子位的相干性提高到用于设计并运行实际电路模 型量子计算机的可接受的水准。量子计算的另一个途径涉及将多个耦合的量子系统的一个系统的自然物理演算 用作一个计算系统。该途径并不是关键性地利用量子门与量子电路。相反，从一个已知的初 始化哈密尔顿算子开始，它取决于多个耦合的量子系统的一种系统的被引导的物理演算， 其中有待解决的问题已按该系统的哈密尔顿算子进行编码，这样使得耦合的量子系统的该系统的最终状态包含了与有待解决的问题的答案相关的信息。该途径并不要求长的量子位 相干时间。此类途径的实例包括绝热量子计算、群集-状态量子计算、单向量子计算、量子 退火及经典退火，并且在如 arXiv. org :quant-ph/0201031 (2002)，ppl-16，Farhi，Ε.等人 的Quantum Adiabatic Evolution Algorithmsversus Simulated Annealing，，中进行了 说明。量子位如前所述，量子位能被用作用于量子计算机的基本信息单元。如同在UTM中的位 一样，量子位可以指至少两个完全不同的量值；一个量子位可以指在其中存储信息的一个 实际的物理装置，并且它还可以指从其物理装置抽象出的信息单位本身。量子位的实例包 括量子粒子、原子、电子、光子、离子、等等。量子位推广了一个经典数字位的概念。一个经典的信息存储装置能够对两个离散 的状态进行编码，这两种离散的状态典型地被标记为“0”和“1”。这两个离散的状态在物理 上由该经典的信息存储装置的两个不同的并可区别的物理状态来代表，如磁 场、电流或电 压的方向或强度，其中对该位的状态进行编码的量值根据经典物理学的定律来表现。一个 量子位也包含两个离散的物理状态，它们也可被标记为“0”和“ 1 ”。这两个离散状态在物 理上是由量子信息存储装置的两个不同的并可区别的物理状态来代表，如磁场、电流或者 电压的方向或强度，其中对该位的状态进行编码的量值根据量子物理学的定律来表现。如 果存储这些状态的物理量值按量子力学方式来表现，则该装置能够额外地被置于一种0和 1的叠加中。这就是说，该量子位能够同时存在于“0”和“1”的状态中，并且因此能够对两 个状态同时进行计算。总之，N个量子位能够处于2N个状态的叠加之中。量子算法利用了 这种叠加特性来加速某些计算。在标准的标记法中，一个量子位的基本状态被称为|0>与I 1>状态。在量子计算的 过程中，一个量子位的状态总体上是多个基础状态的一种叠加，这样该量子位具有占据|0> 基础状态的一个非零概率以及占据11>基础状态的一个同时的非零概率。在数学上，多个 基础状态的叠加是指该量子位的整体状态(它用|Ψ>来代表)具有的形式，其中a和b分 别是对应于概率Ial 2与|b I 2的系数。系数a和b各自具有实部与虚部，这就允许该量子 位的相位被表征出。一个量子位的量子性质在很大程度上是从其在多个基础状态的一种相 干叠加中存在并且使该量子位的状态具有一个相位的能力中衍生出来的。当一个量子位与 脱散源充分地隔离开时，该量子位将保持这种作为多个基础状态的一种相干叠加而存在的 能力。为了使用一个量子位来完成一个计算，对该量子位的状态进行测量(S卩，读出)。 典型地，当进行该量子位的测量时，该量子位的量子性质暂时瓦解并且多个基础状态的叠 加缩减为Io>基础状态或11>基础状态，并因此重新获得它与一个常规位的相似性。这种 量子位在它瓦解以后的实际状态直接取决于在该读出运作之前的概率Ial 2和Ib I 2。超导量子位人们在考虑将多种不同的硬件和软件途径用于量子计算机中。一种硬件途径使用 了超导材料(如铝或者铌)形成的集成电路。设计和制造超导集成电路所涉技术和工艺与 用于常规集成电路的技术和工艺相似。超导量子位是可以包括在一个超导集成电路中的一种类型的超导装置。例如，典型的超导量子位具有可拓展性的优点，并且总体上根据物理性能而被分类，用于对信息进 行编码的这些物理性能包括(例如)电荷与相位装置、相位或通量装置、混合装置、等等。 根据用于对信息进行编码的物理性能，超导量子位可以被分为几个类别。例如它们可以 分成电荷装置、通量装置和相位装置，例如如在Makhlin等人的2001，Reviews of Modern Physics 73，pp. 357-400中所讨论的。电荷装置在该装置的电荷状态中对信息进行存储并 操作，其中的基本电荷由称为库珀对的电子对构成。一个库珀对具有2e的电荷并且由两个 电子构成，这两个电子由(例如)一个声子相互作用连接在一起。例如，参见Nielsen and Chuang, QuantumComputation and Quantum Information, Cambridge University Press, Cambridge (2000), pp. 343-345。通量装置在与通过该装置的某个部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导读出系统，包括：一个计算量子位；一个测量器件，该测量器件用于测量该计算量子位的一种状态；一个第一锁存量子位，该第一锁存量子位包括由超导材料的环路形成的一个量子位环路以及使该量子位环路间断的一个复合的约瑟夫逊结，其中该复合的约瑟夫逊结是由一个超导材料的闭合环路形成的，该闭合环路被至少两个约瑟夫逊结间断；以及一个第一时钟信号输入结构，该结构被配置为将多个时钟信号通信性耦连到该第一锁存量子位的复合的约瑟夫逊结上；其中该计算量子位与该测量器件中的至少一个被配置为通信性地耦连到该第一锁存量子位上，这样使该第一锁存量子位介导在该计算量子位与该测量器件之间的通信性耦连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-24 60/974,743一种超导读出系统，包括一个计算量子位；一个测量器件，该测量器件用于测量该计算量子位的一种状态；一个第一锁存量子位，该第一锁存量子位包括由超导材料的环路形成的一个量子位环路以及使该量子位环路间断的一个复合的约瑟夫逊结，其中该复合的约瑟夫逊结是由一个超导材料的闭合环路形成的，该闭合环路被至少两个约瑟夫逊结间断；以及一个第一时钟信号输入结构，该结构被配置为将多个时钟信号通信性耦连到该第一锁存量子位的复合的约瑟夫逊结上；其中该计算量子位与该测量器件中的至少一个被配置为通信性地耦连到该第一锁存量子位上，这样使该第一锁存量子位介导在该计算量子位与该测量器件之间的通信性耦连。2.如权利要求1所述的超导读出系统，其中该计算量子位是选自下组的一个超导量子 位，该组的构成为一个超导通量量子位、一个超导电荷量子位、一个超导相位量子位、以及 一个超导混合量子位。3.如权利要求1所述的超导读出系统，其中该测量器件包括一个磁强计。4.如权利要求1所述的超导读出系统，其中在该第一锁存量子位与该计算量子位以及 该测量器件中的至少一个之间的通信性耦连包括电感性耦连。5.如权利要求1所述的超导读出系统，其中该第一时钟信号输入结构被配置为在一个 大致绝热的频率上耦连一个时钟信号。6.如权利要求5所述的超导读出系统，其中该绝热的频率是低于约20GHz。7.如权利要求1所述的超导读出系统，其中一个大致恒定的时钟信号被施加到该第 一锁存量子位的复合的约瑟夫逊结上并且将该复合的约瑟夫逊结中的至少两个约瑟夫逊 结的参数选择为使得被耦连到该第一锁存量子位的量子位环路上的一个信号产生一个具 有更大幅值的对应的信号，该对应的信号是从该第一锁存量子位的量子位环路上进行耦连 的。8.如权利要求1所述的超导读出系统，进一步包括至少一个额外的锁存量子位，该量 子位被配置为与该第一锁存量子位串联地通信性耦连，其中该计算量子位被配置为通信性 耦连到该第一锁存量子位上并且该测量器件被配置为通信性耦连到该至少一个额外的锁 存量子位上，这样使该第一锁存量子位以及该至少一个额外的锁存量子位二者介导在该计 算量子位与该测量器件之间的通信性耦连。9.如权利要求8所述的超导读出系统，其中该第一锁存量子位以及该至少一个额外的 锁存量子位各自被配置为通信性耦连到一个对应的绝热时钟信号线上。10.一种超导读出系统，包括多个计算量子位；一个测量器件，该测量器件用于测量这些计算量子位中的至少一个的一种状态；以及一个移位寄存器，该移位寄存器包括多个单独的寄存器，其中至少一个寄存器被配置 为通信性耦连到每个计算量子位上，并且至少一个寄存器被配置为通信性耦连到该测量器 件上。11.如权利要求10所述的超导读出系统，其中这些计算量子位中的至少一个是选自下组的一个超导量子位，该组的构成为一个超导通量量子位、一个超导电荷量子位、一个超 导相位量子位、以及一个超导混合量子位。12.如权利要求10所述的超导读出系统，其中该测量器件包括一个磁强计。13.如权利要求10所述的超导读出系统，其中该移位寄存器包括一个超导移位寄存14.如权利要求13所述的超导读出系统，其中该超导移位寄存器包括一个基于通量的 超导移位寄存器，该超导读出系统包括一组管理锁存量子位，每个管理锁存量子位被配置为通过通信性耦连来接收多个管理 时钟信号；一个第一组伪锁存量子位，在该第一组伪锁存量子位中的每个伪锁存量子位被配置为 通过通信性耦连来接收多个第一伪时钟信号；以及一个第二组伪锁存量子位，该第二组伪锁存量子位的每个伪锁存量子位被配置为通过 通信性耦连来接收多个第二伪时钟信号，其中对于在该组管理锁存量子位中的每对顺序的 管理锁存量子位而言，来自该第一组锁存量子位的一个对应的伪锁存量子位以及来自该第 二组伪锁存量子位的一个对应的伪锁存量子位被定位为对在这对顺序的管理锁存量子位 的管理锁存量子位之间的通量进行耦连；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁J伯克利，
申请(专利权)人：D波系统公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]