專利名稱：用于量子處理器元件的有效補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)、方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置總體上涉及超導(dǎo)器件并且具體涉及量子處理器中的超導(dǎo)元件的有效補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)量子位 人們?cè)诳紤]將多種不同的硬件和軟件途徑用于量子計(jì)算機(jī)中。一種硬件途徑使用了超導(dǎo)材料(如鋁和/或鈮)形成的集成電路來(lái)定義超導(dǎo)量子位。根據(jù)用于對(duì)信息進(jìn)行編碼的物理特性，超導(dǎo)量子位可以被分為幾個(gè)類別。例如，它們可以被分為電荷、通量與相位器件。電荷器件以器件的電荷狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)并處理信息；通量器件以與通過(guò)器件的某個(gè)部分的磁通量有關(guān)的一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)并處理信息；而相位器件以與相位器件的兩個(gè)區(qū)域之間的超導(dǎo)相位的差值有關(guān)的一個(gè)變量存儲(chǔ)并處理信息。
在本領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多不同形式的超導(dǎo)通量量子位，但是所有成功的實(shí)現(xiàn)方式總體上包括一個(gè)超導(dǎo)回路(即，一個(gè)“量子位回路”)，該超導(dǎo)回路被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷。一些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)超導(dǎo)回路。一些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了彼此或串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)約瑟夫遜結(jié)。在本領(lǐng)域中，彼此并聯(lián)連接的一對(duì)約瑟夫遜結(jié)被稱為一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)(“CJJ”)。應(yīng)當(dāng)理解，類似于彼此并聯(lián)連接的多個(gè)電阻器的行為可以作為一個(gè)單個(gè)的有效電阻來(lái)建立模型的方式，一個(gè)CJJ的行為可以作為一個(gè)單個(gè)的有效的約瑟夫遜結(jié)來(lái)建立模型。
量子處理器 一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器可以采取一種模擬處理器的形式，例如一種量子處理器(如一種超導(dǎo)量子處理器)。一個(gè)超導(dǎo)量子處理器可以包括多個(gè)量子位以及多個(gè)相關(guān)聯(lián)的局部偏置器件，例如兩個(gè)或更多個(gè)超導(dǎo)量子位。在美國(guó)專利7，533，068、美國(guó)專利公開 2008-0176750、美國(guó)專利公開 2009-0121215、以及 PCT 專利申請(qǐng)序列號(hào) PCT/US2009/037984 中說(shuō)明了可以與本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置結(jié)合使用的多個(gè)示例性量子處理器的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)及實(shí)施方案。

發(fā)明內(nèi)容
在此說(shuō)明了使得能夠?qū)α孔犹幚砥髟M(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)亩鄠€(gè)系統(tǒng)、方法及裝置。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)電路，該電路包括一個(gè)初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)的結(jié)構(gòu)，該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，它們各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑各自包括一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；并且其中該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第一路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。該電路可以包括被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)編程接口，和/或被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)編程接口。在該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)，該單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)中斷了該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的第二路徑?？商娲兀谠摮跫?jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的；以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。在此類實(shí)施方案中，一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)第一電流路徑形成的，該第一電流路徑在一個(gè)臨界溫度處或以下是超導(dǎo)的；以及將該量子位回路中斷的一個(gè)初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中的這兩個(gè)并行的電流路徑各自包括一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；并且其中該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第一路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷了該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。該超導(dǎo)量子位可以是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該量子位回路上，和/或一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上，和/或一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。在該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)，該單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)中斷了該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的第二路徑。可替代地，在該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的；以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷了該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)第一超導(dǎo)電流路徑形成的；一個(gè)第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)， 該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)是由第一對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷了該量子位回路，并且其中該第一對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑中的每個(gè)超導(dǎo)電流路徑被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷；以及一個(gè)串聯(lián)LC電路，該電路通過(guò)一個(gè)第二超導(dǎo)電流路徑與該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)并聯(lián)地耦聯(lián)，其中該串聯(lián)LC電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可調(diào)諧的電容。該超導(dǎo)量子位可以是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。該串聯(lián)LC電路可以包括至少一個(gè)電容以及一個(gè)第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)與該至少一個(gè)電容串聯(lián)地耦聯(lián)，該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)是由第二對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該第二對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑中的每個(gè)超導(dǎo)電流路徑被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷。一個(gè)編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上并且由此調(diào)諧該LC電路的電容。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)量子位控制系統(tǒng)，該量子位控制系統(tǒng)包括 一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該量子位回路被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷；以及一個(gè)第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器，該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器被配置為電感地耦聯(lián)到該量子位回路上，其中該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器的電感是由一個(gè)編程接口控制的，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器上，并且其中該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器未實(shí)質(zhì)性地耦聯(lián)到任何其他量子位上。該超導(dǎo)量子位可以是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。該量子位控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器，該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器被配置為電感地耦聯(lián)到該量子位回路上，其中該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器的電感是由一個(gè)編程接口控制的，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器上，并且其中該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器未實(shí)質(zhì)性地耦聯(lián)到任何其他量子位上。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)量子位控制系統(tǒng)，該量子位控制系統(tǒng)包括 一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該量子位回路被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷；至少一個(gè)將該該量子位回路中斷的L調(diào)諧器復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；以及一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該L調(diào)諧器復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上，由此控制該量子位回路的電感。該超導(dǎo)量子位可以是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一個(gè)量子處理器，該量子處理器包括一個(gè)第一量子位，該第一量子位具有與一個(gè)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第一特征；一個(gè)第二量子位，該第二量子位具有與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二特征，其中該第一量子位的該第一特征不同于該第二量子位的該第二特征；一個(gè)耦聯(lián)系統(tǒng)，該耦聯(lián)系統(tǒng)選擇性地可配置為在該第一量子位與該第二量子位之間提供通信耦聯(lián)；以及至少一個(gè)器件，該器件是選擇性地可運(yùn)行的以便調(diào)諧該第一量子位的該參數(shù)，這樣使得該第一量子位的該第一特征與該第二量子位的該第二特征相匹配。在一些實(shí)施方案中，該參數(shù)可以是選自由電感和電容組成的組。


在這些附圖中，相同的參考號(hào)標(biāo)識(shí)了相似的元件或者動(dòng)作。附圖中元件的尺寸和相對(duì)位置不一定是按比例繪制的。例如，不同元件的形狀以及角度不一定按比例繪制，并且這些元件中的一些被任意地放大和定位以改進(jìn)附圖的易讀性。另外，所繪出的這些元件的特定形狀并非旨在傳遞與這些特定元件的實(shí)際形狀有關(guān)的任何信息，并且選取它們只是為了方便在圖中識(shí)別。
圖1是能夠被實(shí)施為一個(gè)超導(dǎo)通量量子位的一個(gè)常規(guī)超導(dǎo)電路的示意圖。
圖2A是根據(jù)一個(gè)所展示的實(shí)施方案的一個(gè)超導(dǎo)量子位的示意圖，該超導(dǎo)量子位包括被一個(gè)初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)所中斷的一個(gè)量子位回路，其中這些約瑟夫遜結(jié)之一被一個(gè)次級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)替代。
圖2B是根據(jù)一個(gè)所展示的實(shí)施方案的一個(gè)超導(dǎo)量子位的示意圖，該超導(dǎo)量子位包括被一個(gè)初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)所中斷的一個(gè)量子位回路，其中這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)都被對(duì)應(yīng)的次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)替代。
圖3是根據(jù)一個(gè)所展示的實(shí)施方案的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位被適配為使得量子位電容能夠有可調(diào)諧性。
圖4A是根據(jù)一個(gè)所展示的實(shí)施方案的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位具有一個(gè)第一專用的可調(diào)諧式耦聯(lián)器用于調(diào)諧量子位電感。
圖4B是根據(jù)一個(gè)所展示的實(shí)施方案的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位包括串聯(lián)地連接在量子位回路中的一個(gè)L-調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)，以使量子位電感能夠調(diào)諧。
具體實(shí)施例方式在以下說(shuō)明中，包括了一些特定的細(xì)節(jié)來(lái)提供對(duì)不同的披露實(shí)施方案的全面理解。然而，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)這些特定細(xì)節(jié)的情況下，或者在具有其他的方法、部件、材料等的情況下來(lái)實(shí)施多個(gè)實(shí)施方案。在其他的情況下，與量子處理器相關(guān)聯(lián)的公知結(jié)構(gòu)(如量子器件、耦聯(lián)器件和包括微處理器和驅(qū)動(dòng)電路的控制系統(tǒng))未被詳細(xì)地示出或者說(shuō)明，以避免不必要地含混本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法和裝置的實(shí)施方案的說(shuō)明。貫穿本說(shuō)明書及所附權(quán)利要求書，術(shù)語(yǔ)“元件”和“多個(gè)元件”是用于包含但不限于與量子處理器相關(guān)聯(lián)的所有此類結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和器件，以及它們相關(guān)的可編程參數(shù)。
除非上下文另有要求，貫穿整個(gè)說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書，“包括”一詞及其多種變體(例如，“包括了”和“包括著”)將以一種開放式的和包含性的意義來(lái)進(jìn)行解釋，即作為“包括，但不限于”。
貫穿本說(shuō)明書提及的“一個(gè)實(shí)施方案”、或“一種實(shí)施方案”或“另一個(gè)實(shí)施方案” 是指聯(lián)系該實(shí)施方案所說(shuō)明的一個(gè)具體的指示特性、結(jié)構(gòu)或特征包括在至少一個(gè)實(shí)施方案中。由此，貫穿本說(shuō)明書在不同的地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方案中”、或“在一種實(shí)施方案中”或“另一個(gè)實(shí)施方案”并不必全部是指同一個(gè)實(shí)施方案。此外，這些具體的特性、結(jié)構(gòu)或特征能夠以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方案中。
應(yīng)注意，如在本說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式的“一個(gè)”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非文中另外明確指明。因此，例如，提及一個(gè)包括“一個(gè)量子處理器”的解決問(wèn)題的系統(tǒng)包括一個(gè)單個(gè)的量子處理器或者兩個(gè)或更多個(gè)量子處理器。還應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“或者”總體上所使用的意義包括“和/或”，除非內(nèi)容另外明確指明。
在此給予的小標(biāo)題僅為了方便起見(jiàn)，而并非解釋這些實(shí)施方案的范圍或意義。
在此說(shuō)明的這些不同實(shí)施方案提供了使得能夠?qū)σ粋€(gè)超導(dǎo)量子處理器的元件中的不希望的偏差進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)亩喾N機(jī)構(gòu)。超導(dǎo)量子處理器是一種物理器件，它可以由多種物理方法(例如，光刻、蝕刻、沉淀或沉積、制膜、化學(xué)機(jī)械平面化，等等)制造，并且這些制造工藝可能是不完美的。超導(dǎo)量子處理器的元件中的不希望的偏差可能來(lái)自(例如)這些制造工藝中的任何一個(gè)的變化，從而在不同的構(gòu)成器件(例如，約瑟夫遜結(jié)、量子位、耦聯(lián)器，等等)的精確復(fù)合及構(gòu)造中產(chǎn)生了輕微的變化。這些偏差可能影響這些器件的行為以及它們?nèi)绾伪舜讼嗷プ饔?。例如，如果在兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)的大小之間存在偏差，那么在這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)的行為以及特征參數(shù)中可能存在偏差。在一些實(shí)例中，例如在復(fù)合約瑟夫遜結(jié)(“CJJ”)中，可能令人希望的是將兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)的這些特性(例如，臨界電流)對(duì)齊以提供一個(gè)特定的行為。其中的兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)的行為因?yàn)橹圃熳兓煌腃JJ被稱為是展現(xiàn)了 “約瑟夫遜結(jié)不對(duì)稱性”。本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置的一個(gè)方面提供了一種機(jī)構(gòu)用于對(duì)超導(dǎo)量子處理器元件(例如，量子位)中的約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性進(jìn)行有效的補(bǔ) m
te ο 圖1是能夠被實(shí)施為一個(gè)超導(dǎo)通量量子位的一個(gè)常規(guī)電路100的示意圖。電路100 包括一個(gè)第一超導(dǎo)回路101，該第一超導(dǎo)回路被一個(gè)第二超導(dǎo)回路102中斷，該第二超導(dǎo)回路本身被兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)111和112中斷。超導(dǎo)回路101以下被稱為“量子位回路”，而超導(dǎo)回路102連同兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)111和112被稱為復(fù)合約瑟夫遜結(jié)(“CJJ”)結(jié)構(gòu)。如在圖中所展示的，CJJ結(jié)構(gòu)102包括一對(duì)并行的電流路徑131、132，它們各自被一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)111、112中斷。在一些應(yīng)用中，可能令人希望的是在CJJ結(jié)構(gòu)102中的這些約瑟夫遜結(jié)111、112彼此實(shí)質(zhì)性地相似，以便協(xié)助控制并處理這些量子位參數(shù)。然而，制造約瑟夫遜結(jié)的物理過(guò)程可能導(dǎo)致約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性，如(例如)在約瑟夫遜結(jié)111和112的對(duì)應(yīng)的臨界電流之間的不希望的偏差。根據(jù)本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置，可以通過(guò)用另一個(gè) CJJ結(jié)構(gòu)替代CJJ結(jié)構(gòu)(例如，102)中的至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)(例如，111或112)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)約瑟夫遜結(jié)不對(duì)稱性的有效補(bǔ)償。貫穿本說(shuō)明書及所附權(quán)利要求書，術(shù)語(yǔ)“CJJ結(jié)構(gòu)”被用于指代一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)超導(dǎo)電流路徑，它們彼此并聯(lián)地電連接，其中該至少兩個(gè)超導(dǎo)電流路徑各自包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；術(shù)語(yǔ)“約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)”被用于指代一種“有效的”約瑟夫遜結(jié)，該約瑟夫遜結(jié)可以或者由一個(gè)單個(gè)的物理的約瑟夫遜結(jié)或者由多個(gè)物理的約瑟夫遜結(jié)彼此或串聯(lián)或并聯(lián)地電連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在某些方面類似于多個(gè)電阻器可以彼此串聯(lián)或并聯(lián)地連接來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單個(gè)的“有效”電阻的方式；并且術(shù)語(yǔ)“初級(jí) CJJ結(jié)構(gòu)”被用于指代一種CJJ結(jié)構(gòu)(例如，CJJ 102)，該CJJ結(jié)構(gòu)直接中斷一個(gè)電流路徑 (例如，量子位回路101)以便提供一個(gè)有效的約瑟夫遜結(jié)作為一個(gè)電路元件。根據(jù)本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置，可以或者通過(guò)一個(gè)單個(gè)的物理的約瑟夫遜結(jié)或者通過(guò)一個(gè)物理的CJJ 結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)一種約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)”在此被用于說(shuō)明一種CJJ結(jié)構(gòu)，該 CJJ結(jié)構(gòu)被嵌入在一個(gè)初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)中以便在該初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)這些約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)之一。
圖2A是一種超導(dǎo)量子位200a的實(shí)施方案的示意圖，該超導(dǎo)量子位包括被一個(gè)初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 中斷的一個(gè)量子位回路201a，該初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu) 211a與21加。初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 包括一對(duì)并行的電流路徑231a、232a，它們各自被一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)211a、212a中斷。根據(jù)本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置，約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu) 21 是由一個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 物理地實(shí)現(xiàn)的。因此，來(lái)自電路100的約瑟夫遜結(jié)112被量子位200a中的次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 所替代。類似于初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20加，次級(jí)結(jié)構(gòu)CJJ 212a 也包括一對(duì)并行的電流路徑，它們各自被一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)(未在圖中標(biāo)注以減少雜亂)中斷。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到CJJ結(jié)構(gòu)可以作為一個(gè)單個(gè)的“有效的約瑟夫遜結(jié)” 來(lái)建立模型，它的行為至少部分地由組成該CJJ結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)之間的相互作用以及通過(guò)對(duì)可以耦聯(lián)到該CJJ回路上的一個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行編程來(lái)定義。通過(guò)將來(lái)自編程接口 221a的一個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 中，該次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 的至少一些特征可以繼續(xù)調(diào)諧以便與單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)211a的那些特征相匹配。因此，盡管來(lái)自圖1 的電路100中的制造變化可能在約瑟夫遜結(jié)111與112之間產(chǎn)生不希望的不對(duì)稱性，來(lái)自圖2A的量子位200a被適配為使得初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 包括一個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 來(lái)替代這些單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)之一(即，約瑟夫遜結(jié)112)以允許這兩個(gè)有效的約瑟夫遜結(jié)(即， 約瑟夫遜結(jié)211a與次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)212a)在初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 中的有效匹配。次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 的調(diào)諧是通過(guò)編程接口 221a來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該編程接口可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)21 上。另外，可以通過(guò)編程接口 22 與223a來(lái)實(shí)現(xiàn)量子位 200a的為了量子計(jì)算的目的的編程及處理，它們可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)對(duì)應(yīng)地電感耦聯(lián)到初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 以及量子位回路201a上。
在一些應(yīng)用中，可能有利的是使得能夠?qū)υ谝粋€(gè)量子位的初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)中的至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的行為進(jìn)行額外的控制。
圖2B是一種超導(dǎo)量子位200b的實(shí)施方案的示意圖，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路201b，該量子位回路被一個(gè)初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)202b中斷，該初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)包括一對(duì)并行的電流路徑，它們各自被一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)211b和212b中斷。在量子位200b中， 這些約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)各自是由一個(gè)對(duì)應(yīng)的次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)211b和212b實(shí)現(xiàn)的。因此，來(lái)自量子位200a的單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)211a被量子位200b中的另一個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)211b所替代。量子位200b中的初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)202b被兩個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)211b和212b中斷，它們各自對(duì)應(yīng)地通過(guò)編程接口 224b和221b是可調(diào)諧的。通過(guò)將次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)211b和212b的這些特征調(diào)諧為彼此實(shí)質(zhì)性地匹配，初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)20 中的約瑟夫遜結(jié)不對(duì)稱性的負(fù)面影響可以被減弱?？梢酝ㄟ^(guò)編程接口 222b與22 來(lái)實(shí)現(xiàn)量子位200b的為了量子計(jì)算的目的的編程及處理，它們可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)對(duì)應(yīng)地電感耦聯(lián)到初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)202b以及量子位回路201b上。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在此說(shuō)明的并且在圖2A與2B的實(shí)施方案中展示的用于有效地補(bǔ)償約瑟夫遜結(jié)不對(duì)稱性的這些系統(tǒng)、方法及裝置可以被用于在量子計(jì)算之前或者在其期間減少或產(chǎn)生約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性。在一些實(shí)施方案中，可能有利的是調(diào)諧每個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)(例如，212a、211b、和/或212b)以便在運(yùn)行量子計(jì)算之前消除每個(gè)初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)(例如，202a、202b)中的不對(duì)稱性。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)編程接口(如編程接口 221a至223a、以及221b至224b中的任何一個(gè))可以包括如在美國(guó)專利公開 2008-0215850以及PCT申請(qǐng)序列號(hào)PCT/US2009/044537中說(shuō)明的至少一個(gè)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器。
典型地令人希望的是量子處理器中的所有量子位的行為彼此間實(shí)質(zhì)性地相同。因此，盡管如在圖2A與2B中說(shuō)明的在初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)中的次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式可以被用于克服在任何給定的量子位中的約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性的影響，但是同樣重要的是注意這個(gè)途徑可以使之能夠調(diào)諧(即，同步化)一個(gè)多量子位量子處理器中的所有量子位的行為。 例如，在包括來(lái)自圖2B的多個(gè)量子位200b的一個(gè)量子處理器中，編程接口 221b和224b (用于每個(gè)對(duì)應(yīng)的量子位)可以被用于補(bǔ)償在每個(gè)量子位200b內(nèi)的兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)211b 與212b之間的不對(duì)稱性，并且編程接口 221b、222b、以及224b(再次，用于每個(gè)對(duì)應(yīng)的量子位)可以一起被用于使處理器內(nèi)的所有量子位的行為同步。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在一個(gè)初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)內(nèi)使用至少一個(gè)次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)用作一個(gè)有效的約瑟夫遜結(jié)用于補(bǔ)償約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性的目的可以被結(jié)合在CJJ結(jié)構(gòu)的任何應(yīng)用中而不限于一般性地用在超導(dǎo)量子位或量子計(jì)算中。
除約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性之外，總的量子位電容是另一個(gè)容易受因?yàn)橹圃熳兓鸬牟幌Ｍ钠畹挠绊懙膮?shù)。在每個(gè)具體的量子位中實(shí)現(xiàn)的單量子位隧道分裂Ai 典型地對(duì)于量子位電容是敏感的，因?yàn)橹圃斓淖兓赡軓囊粋€(gè)量子位到下一個(gè)量子位而不同。因此，本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置的另一方面提供了一種機(jī)構(gòu)用于通過(guò)實(shí)現(xiàn)一種可調(diào)諧的電容來(lái)有效地補(bǔ)償在量子處理器中的每個(gè)量子位(或一個(gè)量子位的子組)的量子位電容中的偏差。在一個(gè)實(shí)施方案中，這是在量子位水平上通過(guò)將一個(gè)串聯(lián)LC電路與量子位的CJJ結(jié)構(gòu)(例如，初級(jí)CJJ結(jié)構(gòu))并聯(lián)地耦聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中該L(S卩，電感)本身是由一個(gè)可調(diào)諧的CJJ結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施的。
圖3是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位300的實(shí)施方案的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位被適配為使得量子位電容的可調(diào)諧性成為可能。量子位300包括一個(gè)量子位回路301以及一個(gè)第一 CJJ結(jié)構(gòu)302，并且在那方面，量子位300類似于來(lái)自圖1的電路100。然而，為了使得量子位300中的量子位電容能夠有可調(diào)諧性，一個(gè)串聯(lián)LC電路(由虛線框350環(huán)繞)與第一 CJJ結(jié)構(gòu)302并聯(lián)地耦聯(lián)。在LC電路350中，電感L是由一個(gè)第二 CJJ結(jié)構(gòu)351來(lái)實(shí)現(xiàn)的并且這個(gè)電感L的大小可以使用編程接口 361來(lái)調(diào)諧。編程接口 361可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到第二 CJJ結(jié)構(gòu)351上并且編程接口 361可以包括或可以不包括一個(gè)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器。因此，第二 CJJ結(jié)構(gòu)351的電感可以被調(diào)整為在量子位的等離子體頻率處調(diào)諧有效阻抗，該有效阻抗可以影響這種單量子位隧道分裂當(dāng)諧振頻率從量子位等離子體頻率以上移動(dòng)到以下時(shí)，CJJ結(jié)構(gòu)302可見(jiàn)的有效負(fù)載阻抗可以從電容性移動(dòng)到電感性。也就是說(shuō)，盡管運(yùn)行在量子位等離子體頻率以上的一個(gè)諧振頻率處，LC電路350 可以因?yàn)殡娙?52向量子位300貢獻(xiàn)一個(gè)電容性阻抗。使用編程接口 361，CJJ結(jié)構(gòu)351的有效電感可以被增加到諧振頻率變得小于量子位等離子體頻率的點(diǎn)上，在該點(diǎn)處，LC電路 350可以向量子位300貢獻(xiàn)一個(gè)電感性阻抗。因此，在一個(gè)特定的參數(shù)范圍內(nèi)，LC電路350 并且因此量子位300的有效電容可以被有效地調(diào)諧為補(bǔ)償制造的變化并且產(chǎn)生所希望的單量子位隧道分裂Ait5盡管電容352在圖3中被展示為一個(gè)分立的電容器，在一些實(shí)施方案中，電容352可以采取寄生或固有電容的形式。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在此說(shuō)明并在圖3的實(shí)施方案中展示的用于調(diào)諧量子位電容的這些系統(tǒng)、方法及裝置可以被用于在量子計(jì)算之前或其期間改變量子位中的隧穿速率。在一些實(shí)施方案中，可能令人希望的是在運(yùn)行一個(gè)量子計(jì)算之前對(duì)量子處理器中的每個(gè)量子位電容進(jìn)行調(diào)諧以便對(duì)應(yīng)用在每個(gè)量子位上的演算無(wú)序項(xiàng)提供實(shí)質(zhì)上一致的響應(yīng)。
另一個(gè)可能令人不希望地因?yàn)橹圃斓淖兓鴱牧孔游坏搅孔游欢煌膮?shù)是量子位電感。另外，每個(gè)量子位的電感可以至少部分地取決于量子處理器的編程配置，并且當(dāng)量子處理器的配置被重新編程時(shí)，這些電感可以改變。因此，本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置的另一方面提供了一種機(jī)構(gòu)用于有效地補(bǔ)償在量子處理器中的每個(gè)量子位(或一個(gè)量子位的子組)的量子位電感中的偏差。在一個(gè)實(shí)施方案中，這是通過(guò)引入至少一個(gè)專用的可調(diào)諧式耦聯(lián)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該耦聯(lián)器耦聯(lián)到量子位上(例如，耦聯(lián)到量子位回路上)并且可以進(jìn)行調(diào)諧以補(bǔ)償量子位電感中的任何變化和/或偏差。在另一個(gè)實(shí)施方案中，這可以通過(guò)在量子位回路中引入至少一個(gè)CJJ結(jié)構(gòu)(以下稱為“L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)”)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該至少一個(gè)L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)的約瑟夫遜電感可以進(jìn)行調(diào)諧以補(bǔ)償量子位電感中的任何變化和/或偏差。在MJieldman的“約瑟夫遜結(jié)作為一個(gè)可變電感調(diào)諧器”，第四次國(guó)際超導(dǎo)電子裝置會(huì)議的擴(kuò)展文摘的第32至33頁(yè)(1993年8月)說(shuō)明了約瑟夫遜器件調(diào)諧電感的能力。
圖4A是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位400a的實(shí)施方案的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位具有一個(gè)第一專用的可調(diào)諧式耦聯(lián)器410a用于調(diào)諧量子位電感。耦聯(lián)器410a可以采取任何超導(dǎo)量子位耦聯(lián)器的形式，包括但不限于在美國(guó)專利公開2006-01471M、美國(guó)專利公開 2008-0238531、以及美國(guó)專利公開2008-0274898中說(shuō)明的耦聯(lián)器。量子位400a包括一個(gè)量子位回路401a，該量子位回路被一個(gè)CJJ結(jié)構(gòu)40 中斷。同樣在圖4A中示出了兩個(gè)示例性的量子位間耦聯(lián)器451a與45加，它們可以各自被配置為將量子位400a的量子位回路 401a可聯(lián)通地耦聯(lián)到額外的第一和第二其他量子位(未示出)中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的量子位上。 如在圖4A中展示的，除了耦聯(lián)器410a被配置為單獨(dú)地可聯(lián)通地耦聯(lián)到量子位400a上并且未實(shí)質(zhì)性地耦聯(lián)到任何其他一個(gè)或多個(gè)量子位上，耦聯(lián)器410a在結(jié)構(gòu)上可以與用作量子位間耦聯(lián)器451a、45h的這些器件實(shí)質(zhì)性地相似。也就是說(shuō)，耦聯(lián)器410a未實(shí)質(zhì)性地將量子位400a通信地連接到任何其他量子位上或從其他量子位上通信地連接，而是用作量子位400a的一個(gè)可調(diào)整的擴(kuò)展用于調(diào)諧量子位400a的有效電感。在多個(gè)可替代實(shí)施方案中， 用于耦聯(lián)器410a的耦聯(lián)器結(jié)構(gòu)可能不同于用于量子位間耦聯(lián)器451a與45 的耦聯(lián)器結(jié)構(gòu)。耦聯(lián)器410a的電感，以及通過(guò)弓I申還有量子位400a的電感，是通過(guò)調(diào)整編程接口 431a 來(lái)調(diào)諧的。因此，如果量子位間耦聯(lián)的一種特定配置(例如，通過(guò)量子位間耦聯(lián)器451a與 452a)對(duì)量子位400a的電感具有一種不希望的影響，那么編程接口 431a可以被用于調(diào)諧耦聯(lián)器410a并且有效地補(bǔ)償量子位電感中的不希望的變化，由此將量子位400a的電感設(shè)定為所希望的水平。類似地，如果某個(gè)或某些制造變化導(dǎo)致量子位401a的電感不同于量子處理器內(nèi)的其他量子位的電感，那么可調(diào)諧式耦聯(lián)器410a可以被用于補(bǔ)償這個(gè)偏差并且將量子位401a的電感調(diào)整到一個(gè)所希望的水平。在一些實(shí)施方案中，編程接口 431a可以被配置為電感地耦聯(lián)到耦聯(lián)器410a上。在一些實(shí)施方案中，編程接口 431a可以被配置為電感地耦聯(lián)到耦聯(lián)器410a中的CJJ結(jié)構(gòu)441a上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到任何數(shù)目的耦聯(lián)器件(如耦聯(lián)器410a)可以類似地耦聯(lián)到量子位400a上用于調(diào)諧量子位電感的目的。
可替代地，圖4B是一種超導(dǎo)通量量子位400b的實(shí)施方案的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位包括一個(gè)量子位CJJ結(jié)構(gòu)41 Ib以及一個(gè)L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)421b，這個(gè)L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)串聯(lián)地連接在量子位回路401b中以便使之能夠調(diào)諧量子位電感。在圖4B中示出的實(shí)施方案中，除了量子位電感是在量子位回路401b內(nèi)直接地調(diào)諧并且與間接地通過(guò)電感耦聯(lián)到一個(gè)可調(diào)諧式耦聯(lián)器(即，來(lái)自圖4A的耦聯(lián)器410a)相反，量子位電感的調(diào)諧是以與在圖4A中示出的實(shí)施方案所說(shuō)明的實(shí)質(zhì)上相似的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？梢允褂镁幊探涌?431b調(diào)諧量子位400b的量子位回路401b中的L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)421b的約瑟夫遜電感。在一些實(shí)施方案中，編程接口 431b可以被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu) 421b上。這些控制信號(hào)可以被用于調(diào)諧L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)421b的約瑟夫遜電感，由此調(diào)諧量子位400b的電感。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到任何數(shù)目的L調(diào)諧器CJJ結(jié)構(gòu)可以被類似地插入量子位回路401b中。在一些實(shí)施方案中(并且如圖4B中所展示的)，在L調(diào)諧器 CJJ結(jié)構(gòu)421b中的這些約瑟夫遜結(jié)可以優(yōu)選地大于在量子位CJJ結(jié)構(gòu)411b中的這些約瑟夫遜結(jié)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在此說(shuō)明并在圖4A和4B的實(shí)施方案中展示的用于調(diào)諧量子位電感的這些系統(tǒng)、方法及裝置可以被用于在量子計(jì)算之前或之中改變量子位中的電感。在一些實(shí)施方案中，可能令人希望的是，在已經(jīng)對(duì)量子位間耦聯(lián)器配置進(jìn)行編程之后，在運(yùn)行量子計(jì)算之前對(duì)量子處理器內(nèi)的每個(gè)量子位的電感進(jìn)行調(diào)諧。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在此說(shuō)明的提供了量子處理器元件的不同形式的有效補(bǔ)償?shù)倪@些不同實(shí)施方案能夠以不同的方式組合到一個(gè)單一系統(tǒng)中。例如，一個(gè)系統(tǒng)可以將這些機(jī)構(gòu)的所有或任何組合結(jié)合用于調(diào)諧約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性、量子位電容、以及量子位電感。也就是說(shuō)，一個(gè)單個(gè)的量子位可以包括在本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置中所說(shuō)明的這些機(jī)構(gòu)的所有的或任何的組合。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置可以總體上應(yīng)用于量子處理器的任何實(shí)現(xiàn)方式而不限于超導(dǎo)實(shí)現(xiàn)方式。因?yàn)樵趯?shí)際的物理器件之間固有的參數(shù)偏差，大多數(shù)量子計(jì)算系統(tǒng)同樣在量子位之間展現(xiàn)了不希望的參數(shù)偏差。根據(jù)在此說(shuō)明的不同實(shí)施方案，可以通過(guò)實(shí)施包括以下各項(xiàng)的一種量子處理器來(lái)減弱此類偏差的負(fù)面影響 一個(gè)第一量子位，該第一量子位具有與一個(gè)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第一特征；一個(gè)第二量子位， 該第二量子位具有與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二特征，其中該第一量子位的該第一特征不同于該第二量子位的該第二特征；一個(gè)耦聯(lián)系統(tǒng)，該耦聯(lián)系統(tǒng)選擇性地可配置為在該第一量子位與該第二量子位之間提供通信耦聯(lián)；以及至少一個(gè)器件，該器件選擇性地可運(yùn)行用于調(diào)諧該第一量子位的該參數(shù)，這樣使得該第一量子位的該第一特征與該第二量子位的該第二特征相匹配。
根據(jù)本領(lǐng)域的現(xiàn)狀，如果一種超導(dǎo)材料被冷卻到作為所討論的具體材料的特征的一個(gè)臨界溫度以下，它可以總體上僅用作一個(gè)超導(dǎo)體。貫穿本說(shuō)明書及所附權(quán)利要求書，用來(lái)說(shuō)明一種物理結(jié)構(gòu)如“超導(dǎo)回路”時(shí)，術(shù)語(yǔ)“超導(dǎo)”用來(lái)表明在一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟忍?即，在一個(gè)臨界溫度以下)能夠表現(xiàn)為一個(gè)超導(dǎo)體的一種材料。一種超導(dǎo)材料不是必須在本申請(qǐng)的系統(tǒng)、方法及裝置的所有實(shí)施方案中在所有時(shí)刻都起超導(dǎo)體的作用。
對(duì)所展示的實(shí)施方案的以上說(shuō)明(包括在摘要中所說(shuō)明的)并非旨在是窮盡的或者旨在把這些實(shí)施方案限定到所披露的確切的形式。雖然為了解說(shuō)的目的在此說(shuō)明了具體的實(shí)施方案和實(shí)例，但是正如相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的，無(wú)須偏離本披露的精神和范圍即可以做出不同的等效修改。在此提供的不同實(shí)施方案的傳授內(nèi)容可以應(yīng)用到其他量子計(jì)算的系統(tǒng)、方法及裝置上，并不一定是以上總體性說(shuō)明的示例性的量子計(jì)算系統(tǒng)、方法及裝置。
可將上述不同的實(shí)施方案進(jìn)行組合以提供多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案。所有在本說(shuō)明書中引用的和/或在申請(qǐng)數(shù)據(jù)清單上列出的美國(guó)專利、美國(guó)專利申請(qǐng)公開、美國(guó)專利申請(qǐng)、外國(guó)專利、外國(guó)專利申請(qǐng)以及非專利申請(qǐng)，包括但不限于于2008年9月3日提交的題為“用于量子處理器元件的有效補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)、方法及裝置”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/094，002 ；美國(guó)專利7，533, 068 ；美國(guó)專利公開2008-0176750 ；美國(guó)專利公開 2009-0121215 ；PCT 專利申請(qǐng)序列號(hào) PCT/US2009/037984 ；美國(guó)專利公開 2008-0215850 ； PCT申請(qǐng)序列號(hào)PCT/US2009/044537 ；美國(guó)專利公開2006-01471 ；美國(guó)專利公開 2008-0238531 ；以及美國(guó)專利公開2008-0274898，其內(nèi)容通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。如有必要的話，可以對(duì)這些實(shí)施方案的多個(gè)方面進(jìn)行修改，以利用不同的專利、申請(qǐng)和公開文件中的系統(tǒng)、電路及概念來(lái)提供更進(jìn)一步的實(shí)施方案。
鑒于以上的詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)這些實(shí)施方案可做出這些及其他的改變?？傊?，在以下權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)解釋為將權(quán)利要求限制為本說(shuō)明書和這些權(quán)利要求所披露的特定實(shí)施方案，而是應(yīng)當(dāng)解釋為包括所有可能的實(shí)施方案，連同這些權(quán)利要求有權(quán)獲得的等效物的全部范圍。因此，這些權(quán)利要求并不限于本披露。
權(quán)利要求
1.一種電路，包括一個(gè)初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑各自包括一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；并且其中在該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第一路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中在該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)，該單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)中斷了該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的該第二路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中在該初級(jí)的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)， 該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
7.一種超導(dǎo)量子位，包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)第一電流路徑形成的，該第一電流路徑在一個(gè)臨界溫度處或以下是超導(dǎo)的；以及一個(gè)將該量子位回路中斷的初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑各自包括一個(gè)對(duì)應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；并且其中在該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第一路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷了該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，其中該超導(dǎo)量子位是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該量子位回路上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第一次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，其中該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)，該單個(gè)的約瑟夫遜結(jié)中斷了該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的該第二路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)量子位，其中在該初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)第二路徑中的約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)并行的電流路徑，這兩個(gè)并行的電流路徑各自是由在一個(gè)臨界溫度以下超導(dǎo)的一種材料形成的，以及至少兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)，這兩個(gè)約瑟夫遜結(jié)各自中斷了該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)并行的電流路徑中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超導(dǎo)量子位，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二次級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上。
15.一種超導(dǎo)量子位，包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路由一個(gè)第一超導(dǎo)電流路徑形成；一個(gè)第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)是由第一對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷了該量子位回路，并且其中該第一對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑中的每個(gè)超導(dǎo)電流路徑被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷；以及一個(gè)串聯(lián)LC電路，該串聯(lián)LC電路通過(guò)一個(gè)超導(dǎo)電流路徑與該第一復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)并聯(lián)地耦聯(lián)，其中該串聯(lián)LC電路實(shí)現(xiàn)了一種可調(diào)諧的電容。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)量子位，其中該超導(dǎo)量子位是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)量子位，其中該串聯(lián)LC電路包括至少一個(gè)電容以及一個(gè)第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)，該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)與該至少一個(gè)電容串聯(lián)地耦聯(lián)， 該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)是由第二對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該第二對(duì)并行的超導(dǎo)電流路徑中的每個(gè)超導(dǎo)電流路徑被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)量子位，進(jìn)一步包括一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)耦聯(lián)到該第二復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上并且由此調(diào)諧該LC電路的電容。
19.一種量子位控制系統(tǒng)，包括一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該量子位回路被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷；以及一個(gè)第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器，該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器被配置為電感地耦聯(lián)到該量子位回路上，其中該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器的電感是由一個(gè)編程接口控制的，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器上，并且其中該第一可調(diào)諧式耦聯(lián)器未實(shí)質(zhì)性地耦聯(lián)到任何其他量子位上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該超導(dǎo)量子位是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的量子位控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器，該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器被配置為電感地耦聯(lián)到該量子位回路上，其中該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器的電感是由一個(gè)編程接口控制的，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器上，并且其中該至少一個(gè)額外的可調(diào)諧式耦聯(lián)器未實(shí)質(zhì)性地耦聯(lián)到任何其他量子位上。
22.—種量子位控制系統(tǒng)，包括一個(gè)超導(dǎo)量子位，該超導(dǎo)量子位包括一個(gè)量子位回路，該量子位回路是由一個(gè)超導(dǎo)電流路徑形成的，其中該量子位回路被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)中斷；至少一個(gè)將該量子位回路中斷的L-調(diào)諧器復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)；以及一個(gè)編程接口，該編程接口被配置為將多個(gè)控制信號(hào)電感地耦聯(lián)到該L-調(diào)諧器復(fù)合約瑟夫遜結(jié)結(jié)構(gòu)上，由此控制該量子位回路的電感。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該超導(dǎo)量子位是一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
24.—種量子處理器，包括一個(gè)第一量子位，該第一量子位具有與一個(gè)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第一特征； 一個(gè)第二量子位，該第二量子位具有與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二特征，其中該第一量子位的該第一特征不同于該第二量子位的該第二特征；一個(gè)耦聯(lián)系統(tǒng)，該耦聯(lián)系統(tǒng)選擇性地可配置為在該第一量子位與該第二量子位之間提供通信耦聯(lián)；以及至少一個(gè)器件，該器件是選擇性地可運(yùn)行的以便調(diào)諧該第一量子位的該參數(shù)，這樣使得該第一量子位的該第一特征與該第二量子位的該第二特征相匹配。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的量子處理器，其中該參數(shù)選自由電感和電容組成的組中。
全文摘要
裝置及方法使得能夠?qū)σ粋€(gè)量子處理器的超導(dǎo)元件中的不希望的偏差進(jìn)行有效的補(bǔ)償。一個(gè)量子位可以包括一個(gè)初級(jí)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)(CJJ)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)第一次級(jí)CJJ結(jié)構(gòu)以便使得能夠?qū)υ摮跫?jí)CJJ結(jié)構(gòu)中的約瑟夫遜結(jié)的不對(duì)稱性進(jìn)行補(bǔ)償。一個(gè)量子位可以包括一個(gè)串聯(lián)LC電路，該電路與一個(gè)第一CJJ結(jié)構(gòu)并聯(lián)地耦聯(lián)以便提供一個(gè)可調(diào)諧的電容。一個(gè)量子位控制系統(tǒng)可以包括用于調(diào)諧一個(gè)量子位回路的電感的裝置，例如，電感地耦聯(lián)到該量子位回路上并且由一個(gè)編程接口控制的一個(gè)可調(diào)諧式耦聯(lián)器，或者與該量子位回路串聯(lián)地耦聯(lián)并且由一個(gè)編程接口控制的一個(gè)CJJ結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L39/22GK102187489SQ200980141676
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者理查德·G·哈里斯, 安德魯·J·伯克利, 揚(yáng)·約翰遜, 馬克·約翰遜, 穆罕默德·阿明, 保羅·I·布伊克 申請(qǐng)人:D-波系統(tǒng)公司