(57)【要約】【課題】結合機構、結合機構起動方法、結合機構を含む正方格子および結合機構を含む量子ゲートを提供。【解決手段】固定周波数超伝導量子ビットを使用したマルチ量子ビット可変結合アーキテクチャのための結合機構である。結合機構は、２つの量子ビットと、その周波数の変調によってそれら２つの量子ビット間の相互作用を起こす可変結合量子ビットとを含む。可変結合量子ビットは、２つの量子ビットを容量結合する。可変結合量子ビットは、２つの量子ビットの差周波数で変調される。差周波数は、２つの量子ビットの非調和性より大幅に大きい。可変結合量子ビットは、２つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ループによって分離された２つの電極によって、または、接地に結合するＳＱＵＩＤループを用いる単一の電極によって、２つの量子ビットに結合され得る。ＳＱＵＩＤループは、可変結合量子ビットの中央に位置する誘導結合された磁束バイアス線によって制御される。【選択図】図１
2019508876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの量子ビットと、
その周波数の変調によって前記２つの量子ビットの間の相互作用を起こす可変結合量子ビットと
を含む結合機構。
【請求項２】
前記可変結合量子ビットは、前記２つの量子ビットの差周波数で変調される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項３】
前記２つの量子ビットの前記差周波数は、前記２つの量子ビットの非調和性よりも大幅に大きい、請求項２に記載の結合機構。
【請求項４】
前記可変結合量子ビットは前記２つの量子ビットを容量結合する、請求項１に記載の結合機構。
【請求項５】
前記可変結合量子ビットは、２つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された２つの電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項６】
前記可変結合量子ビットは、接地に結合する超伝導量子干渉デバイス・ループを用いる単一の電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項７】
前記超伝導量子干渉デバイス・ループは、前記可変結合量子ビットの２つの電極への容量結合が対称となるように位置づけられた誘導結合磁束バイアス線を制御するために使用される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項８】
交換型相互作用が前記２つの量子ビット間で励起をスワップする、請求項１に記載の結合機構。
【請求項９】
前記交換型相互作用が前記２つの量子ビットのうちの一方において状態依存位相シフトを誘起する、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１０】
前記可変結合量子ビットは、前記変調周波数の振幅に依存する強度と、前記変調周波数の位相に依存する位相とを有する前記２つの量子ビットの結合を生じさせる、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１１】
前記２つの量子ビットはトランズモン型量子ビットである、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１２】
前記２つの固定周波数量子ビットは初期には分離されている、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１３】
前記２つの固定周波数量子ビットは、対称に位置づけられたミラー量子ビットであり、前記可変結合量子ビットは前記２つの量子ビットの間に位置づけられる、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１４】
前記２つの量子ビットは固定周波数量子ビットである、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１５】
結合機構を起動する方法であって、
２つの量子ビットの間に可変結合量子ビットを位置づけることと、
前記可変結合量子ビットの周波数を変調することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記可変結合量子ビットは、前記２つの量子ビットの差周波数で変調される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記２つの量子ビットの前記差周波数は、前記２つの量子ビットの非調和性よりも大幅に大きい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記可変結合量子ビットは、２つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された２つの電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記結合機構を、エラー訂正を使用するユニバーサル量子コンピュータの基礎として使用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
最も近い隣接量子ビット対間の相互作用を媒介する結合要素を介して接続された量子ビットの格子に基づいて相互作用するシステムの、量子シミュレーションのためのプラットフォームとして前記結合機構を使用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記システムは、ハイゼンベルクＸＹＺ相互作用により相互作用する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記２つの量子ビットのうちの一方が、低コヒーレンス・トランズモンであり、使用可能であり、前記方法は、前記量子ビットを冷却するために前記低コヒーレンス・トランズモンの初期熱励起が環境に移動するように、前記低コヒーレンス・トランズモンに励起をスワップすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記２つの量子ビットのうちの一方が励起状態であり、前記方法は、前記２つの量子ビットのうちの前記一方の量子ビットをその量子ビットの基底状態にリセットすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の結合機構を含む正方格子。
【請求項２５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の結合機構を含む量子ゲート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、超伝導体に関し、より詳細には、超伝導量子ビットを使用したマルチ量子ビット（qubit）可変結合アーキテクチャに関する。
【背景技術】
【０００２】
量子計算は、量子ビットの信頼性の高い制御に基づく。量子アルゴリズムを実現するために必要な基本的演算は、単一量子ビット演算と、２つの別個の量子ビット間に相関関係を設定する１つの２量子ビット演算との組である。量子計算のエラー閾値への到達と、信頼性の高い量子シミュレーションの達成の両方のために、高忠実度２量子ビット演算の実現が必要である。
【０００３】
現在、超伝導量子ビットのために、マイクロ波制御による単一量子ビット・ゲートが実装されている。２ビット・ゲートは主に３種類ある。すなわち、１）可変周波数量子ビットに基づくゲートと、２）マイクロ波駆動量子ビットに基づくゲート（例えば相互共鳴、フリック・フォーク、ベル・ラービ、ＭＡＰ、側波帯遷移）と、３）幾何学位相に基づくゲート（例えば共振器誘起位相ゲート、ホロノミック・ゲート）である。
【０００４】
可変周波数量子ビットに基づくゲートの場合、共振相互作用を起こすために量子ビット自体が同調される。この種のゲートは、基本的に２つの動作点を有する。すなわち、基本的に結合していない「オフ」位置と、量子ビットが強い２量子ビット相互作用を有する「オン」位置である。この種のゲートはきわめて良好なオン−オフ比を有するが、量子ビットは外部から印加される磁束によって同調可能であるため、量子ビットのコヒーレンスを数マイクロ秒に限定する１／ｆノイズによる制限を受ける場合がある。
【０００５】
マイクロ波駆動量子ビットに基づくゲートの場合、量子ビットは、磁束ノイズに影響されないようにするために、周波数が固定されるように設計することができる。しかし、ゲートを起動するためにマイクロ波パルスを必要とする。この種のゲートの問題は、オン／オフ比が低く、望ましくない相互作用を起こさずに対象ゲートに対処することがきわめて困難なことである。
【０００６】
幾何学位相に基づくゲートは、その状態空間における量子状態の経路と、この変位に付随する取得量子位相とに基づく。断熱幾何学的ゲートは、特定の種類のノイズに対しては堅牢であるが、一般に低速であり、断熱に対する制御を必要とする。非断熱ゲートは、より高速であり、場合によっては、対応する断熱ゲートのノイズ回復力を共有し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、超伝導量子ビットを使用したマルチ量子ビット可変結合アーキテクチャのための結合機構、結合機構起動方法、結合機構を含む正方格子および結合機構を含む量子ゲートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態では、結合機構が提供される。この結合機構は、２つの量子ビットと、可変結合量子ビットの周波数の変調によってそれら２つの量子ビット間の相互作用を起こす可変結合量子ビットとを有する。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、結合機構を起動する方法が提供される。この方法は、可変結合量子ビットを２つの量子ビットの間に位置づけることと、可変結合量子ビットの周波数を変調することとを含む。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、超伝導ゲートの正方格子が提供される。この正方格子は複数の単位セルを有する。各単位セルは、２つ以上の量子ビットと、可変結合量子ビットの周波数の変調によってそれら２つ以上の量子ビットのうちの１対の量子ビット間の相互作用を起こす可変結合量子ビットとを含む。
【００１１】
添付図面は、別々の図面を通じて同様の参照番号が同一または機能的に類似した要素を指し、以下の詳細な説明とともに本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成し、本発明の様々な実施形態をさらに示し、すべてが本発明による様々な原理および利点を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による、例示のマルチ量子ビット可変結合アーキテクチャを示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による、周波数可変結合素子として機能する第３のトランズモン量子ビットを介して結合された２つのトランズモン型量子ビットを使用した、マルチ量子ビット可変結合アーキテクチャの例示の幾何形状を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、それぞれ４つの量子ビットに結合する可変結合素子を介して相互接続された相互作用量子ビットの２次元格子の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、新規な量子ゲートが提供される。この新規なゲートは、コヒーレンス時間の長い固定周波数トランズモンを利用した２量子ビット・ゲートのための機構と、やはりトランズモンによって実現可能で、既存のゲートを上回る性能を有する可能性があり、量子計算およびシミュレーションのための拡張可能プラットフォームの実現を可能にする、追加の可変周波数結合素子とを含む。
【００１４】
次に、図１を参照すると、マルチ量子ビット可変結合型ゲート１００は、基本計算素子としての、コヒーレンス時間の長い２つの固定周波数単一接合超伝導量子ビット１０２、１０４（例えばトランズモン型デバイス）と、周波数可変結合素子として機能する補助量子ビット１０６（結合量子ビット１０６とも呼ぶ）とに基づく。補助量子ビット１０６は、トランズモン型量子ビットなどの調和振動子回路として配置されるが、結合器の周波数の調整を可能にする超伝導量子干渉デバイス（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）ループを形成する別途のジョセフソン接合部の形態の別途の自由度を備える。周波数変調は、誘導結合された磁束バイアス線１０８を流れる電流Ｉ（ｔ）を介して２つのジョセフソン接合部によって形成されたＳＱＵＩＤループに貫入する磁束φ（ｔ）を変えることによって実現される。周波数変調は、結合強度Ｊ（ｔ）＝Ｊｃｏｓ（Δｔ）の変調を誘起する。各量子ビット１０２、１０４は、読出し共振器１１０、１１２（すなわちＲ１およびＲ２）と、単一量子ビット・ゲート動作のための荷電バイアス線（図示せず）とに容量結合されている。
【００１５】
補助量子ビット結合器１０６は、選択された量子ビット１０２、１０４間の２量子ビット・ゲートを起動する。結合は、他の２つの量子ビット１０２、１０４の周波数差またはその付近で補助量子ビット結合器１０６の周波数を変調することによって行われ、したがって、結合器量子ビット１０６は、量子ビット１０２、１０４間で励起をスワップする（例えば可変周波数磁束量子ビットの横方向（ＸＹ）相互作用）か、または量子ビット１０２、１０４のいずれかにおいて状態依存位相シフトを誘起する（例えば縦方向（ＺＺ）相互作用）、２つの量子ビット１０２、１０４間の交換型相互作用を起こす。この可変結合方式は、横方向ＸＹ相互作用と縦方向ＺＺ相互作用の両方に基づく２量子ビット量子ゲート実装形態を可能にする。
【００１６】
補助量子ビット１０６は、２つのジョセフソン接合部を含むＳＱＵＩＤループによって分離された別々の電極によって、または接地に結合するＳＱＵＩＤループを用いる単一の電極によって、２つ（またはそれより多くの）トランズモン１０２、１０４に結合する。図２に、周波数可変結合素子として機能する第３のトランズモン１０６を介して結合された２つのトランズモン型量子ビット１０２、１０４の例示の幾何形状を示す。誘導結合されたバイアス線１０８を介して印加された外部磁束が、可変結合器の中央でＳＱＵＩＤループを通り、実効ジョセフソン・インダクタンスを変更することによってその周波数を変更する。磁束バイアス線１０８の対称的配置が、磁束線１０４への容量結合を最小限にすることによって結合トランズモン１０４の減衰を防ぐ。
【００１７】
外部制御磁界がない場合、２量子ビット・システム１００の力学は（遷移周波数ωｔｃを有する可変結合器１０４の力学を度外視して）ハミルトニアン方程式に従う。
【数１】
2019508876.tif 000003
ここで、ω１およびω２は量子ビット周波数、
【数２】
2019508876.tif 000004
は量子ビットｊ＝１、２に対する通常のパウリ演算子、Ｊは結合強度である。この結合は、可変結合素子１０４を流動する仮想光子によって媒介され、
【数３】
2019508876.tif 000005
によって与えられ、ｇ１、２は量子ビット結合器結合強度である。この相互作用は、コモン・モードに結合された量子ビットの共振器量子電磁力学（ＱＥＤ）設定で自然に起こる。量子ビット１０２、１０４が互いから、および、結合器から離調されると（すなわち、量子ビット−結合器間離調δｉｔｃ＝ωｉ−ωｔｃ≠０（ｉ＝１、２）および量子ビット−量子ビット間離調δ１２＝ω２−ω１≠０）、交換確率ｐ１２は量子ビット−結合器間離調の二乗に量子ビット−量子ビット間離調の二乗を乗じた値の逆数（すなわち
【数４】
2019508876.tif 000006
）によって抑制され、したがって、量子ビット１０２、１０４と結合器１０６が十分に離調されている場合、結合は確実に０になる。相互作用項
【数５】
2019508876.tif 000007
は、基本的に無視することができ、量子ビット周波数および遷移速度がわずかに補正されるに過ぎない。
【００１８】
結合された２量子ビット・ゲートを起動する１つの方法は、共鳴する量子ビットを互いに同調させることである。この場合、量子ビットの周波数が可変である必要があり、これは典型的には量子ビットが磁界の影響を受けやすくすることによって達成される。この方法は、量子ビットのコヒーレンス時間を低下させる別途の損失チャネルを生じさせる。
【００１９】
これに対して、新規なゲート１００では、量子ビット１０２、１０４は静的であり、相互作用は可変結合量子ビット１０６の周波数を変調することによって起こされる。結合
Ｊ→Ｊ（ｔ）＝Ｊ０（Ａ＋Ｂｃｏｓδ１２ｔ）            ［２］
を量子ビットの周波数離調δ１２で調和的に変調することによって、相互作用項は変調の回転フレームにおける時間非依存項を得る。結合項は、そのＳＱＵＩＤループを通る外部印加磁束により可変結合器１０６の周波数を変化させることによって変調することができる。この外部印加磁束は、実効ジョセフソン・エネルギー
【数６】
2019508876.tif 000008
を変更し、これは、荷電エネルギーＥｃを超える大きなＥｊｅｆｆの極限では、周波数に対して
【数７】
2019508876.tif 000009
のような関係にある。変調の周波数をしかるべく選択することによって、量子ビットの差周波数δ１２で駆動する場合の横方向結合
【数８】
2019508876.tif 000010
または別の周波数で駆動する場合の縦方向結合
【数９】
2019508876.tif 000011
を生じさせることができる。標準のマイクロ波装置で周波数をきわめて正確に選択するのは簡単であるため、相互作用の対処性はきわめて良好である。さらに、磁束φ（ｔ）に対する結合Ｊ（ｔ）の非線形機能性依存による、変調周波数の倍数において発生する望ましくない周波数成分は、任意の波形発生器を使用して低減することができる。
【００２０】
横方向結合については、（ＸＹ）相互作用項
【数１０】
2019508876.tif 000012
に関係するＳＷＡＰゲートを実現することができ、これは量子ビット間で励起をβＪ０のレートでスワップする。ここで、Ｊ０は最小限の結合強度（量子ビットが遊休位置にあるＪ結合項）であり、β＝（Ｊｍａｘ−Ｊｍｉｎ）／Ｊ０は、可変結合器の周波数ωｔｃを変化させることによる、この結合の変調である。
【００２１】
現在の実験で使用されている典型的なパラメータ範囲の場合（分散領域内にとどまるように、量子ビット周波数ω１／２π＝４．５ＧＨｚおよびω２／２π＝５ＧＨｚ、読出し共振器の下で最大可変結合器周波数ωｔｃ／２π＝６．５ＧＨｚ、量子ビットと可変結合器との間の最小離調δｉｔｃ＝ｇｉ／０．１５（ｉ＝１、２））、最適可変結合器は、量子ビット結合強度ｇｉ／２π≒１２０ＭＨｚと、
【数１１】
2019508876.tif 000013
内での最大振動および約２０ｎｓのエンタングル・ゲート存続期間に対応する結合レートΔＪ／２π＝βＪ０／２π≒６ＭＨｚとを有する。
【００２２】
さらに、トランズモン量子ビット１０２、１０４の非調和性と、より高いエネルギー準位の存在とのために、
【数１２】
2019508876.tif 000014
である別途の縦方向（ＺＺ）結合項
【数１３】
2019508876.tif 000015
が現れる。ここで、αは量子ビットの非調和性（現在のデバイスでは
【数１４】
2019508876.tif 000016
）であり、δｄは、量子ビット−量子ビット間離調δ１２からの変調の離調である。この項は、ＸＹ相互作用項と交換可能であり、したがって、スピン・エコー技術によって、または変調の周波数をわずかにシフトさせることによって補償することができる。この新規なゲートは、ＧＨｚのオーダーの、非調和性よりも大幅に大きい相互作用量子ビットの周波数差を可能にし、したがって、量子ビットの周波数を決定するジョセフソン・トンネル接合の製作公差の要件を軽減する。
【００２３】
縦方向の項は、次に、離調された周波数における結合を変調することによって、条件位相ゲートに対応する縦方向量子ビット−量子ビット間相互作用を起こすために使用することができる。この項は、２量子ビットのシュタルク・シフト項と見なすことができる。結合の強度
【数１５】
2019508876.tif 000017
は、量子ビット−量子ビット間離調からの変調周波数の離調δｄによって調整される。
【００２４】
結合器は、外部環境に結合するように結合器を設計することと、量子ビットを有効に冷却し、リセットするように結合を駆動するマイクロ波とによって、マイクロ波起動リセット機構としても使用し得る。第２のトランズモンの代わりに、低Ｑファクタ共振回路、例えば別の低コヒーレンス・トランズモンを使用することができる。同じ機構により、励起をその低コヒーレンス・トランズモンにスワップすることができ、励起はその後、失われることになる。このようにして、例えば、量子ビットの初期熱励起を環境に放出して量子ビットを実質的に冷却することができる。別の用途は、量子ビットが励起状態にあり、その量子ビットの基底状態にリセットする必要がある場合である。同様に、結合器変調の周波数を走査し、トランズモンから他のモードへのスワップを検出することによって、他のスプリアス・モードの存在、すなわち、デバイスにおける望ましくない共振または検出できない共振を調べることができる。
【００２５】
図３に示すように、可変結合素子１０４を、３個以上の量子ビットに容量結合するように設計することができる。図３は、２つの２量子ビット・ゲート（すなわち、それぞれ４つの量子ビット（例えば３０２ａ、３０２ｂ））に結合する可変結合素子３０４を介して相互に接続された、相互作用量子ビット３０２の２Ｄ格子３００の例を示す。この構成は、最も近い隣接量子ビット間のＸＹＺ相互作用を有する相互作用スピン・モデルの正方格子を実現する。量子ビット１０２、１０４は、相互作用が基本的にオフにされるように、遊休状態のときに離調される。可変結合器１０６の周波数を変調することによって、選択された量子ビット間の差周波数で駆動することにより、量子ビット−量子ビット対の相互作用をオンにすることができる。適切に選定された振幅を使用して他の周波数で同期的に駆動することにより、シュタルク・シフトとσｚσｚ項とを補償することができる。
【００２６】
単一量子ビット・ゲートと組み合わせて、量子計算のためのユニバーサル・セットを作製してもよい。ｉ−ＳＷＡＰゲートと条件位相（Ｃ位相）ゲートは両方ともクリフォード演算ゲートであり、このセットにより表面コードのようなエラー訂正コードを容易に実装することができ、それによってユニバーサル量子コンピューティングのためのアーキテクチャが可能になる。
【００２７】
量子計算アーキテクチャでの応用に加えて、この相互作用は、シミュレートしたいハミルトニアンを模倣するシステム・ハミルトニアンを実現することが重要なアナログ量子シミュレーションにとっても興味深い。研究対象としての特定の興味深いモデルは、相互作用スピンの集合のハイゼンベルク・モデルである。このモデルは、例えば、量子磁性を記述するため、または高ＴＣ超伝導を記述するために使用される。その一般形態では、ハイゼンベルク・ハミルトニアンは以下によって与えられ、
【数１６】
2019508876.tif 000018
ここで、和は隣接スピン＜ｉ，ｊ＞にわたり、Ｊｘｘ、ＪｙｙおよびＪｚｚはそれぞれの軸ｘ、ｙおよびｚに沿った相互作用であり、
【数１７】
2019508876.tif 000019
は、スピンｊの通常のパウリ行列を示す。デジタル方式で回路ＱＥＤを使用して、相互作用ハミルトニアンを一連の単一量子ビット演算および２量子ビット演算に分解することによって、このハミルトニアンの量子シミュレーションを行った。提案のゲート方式により、横方向結合および縦方向結合を生じさせることで、（Ｊｘｘ＝Ｊｙｙにより）ハミルトニアンを直接実現することができる。相互作用スピンの基礎となる２次元光子構造は、例えば図３に示すような２Ｄ正方配列光子３００として、随意に設計することができる。
【００２８】
本明細書に記載のアーキテクチャおよび相互作用は、十分に確立された基礎要素を基にしており、量子コンピューティングと量子シミュレーションの両方の基本要素として使用することができる。
【００２９】
非限定実施形態
本発明のいくつかの特徴を、本発明の一実施形態において本発明の他の特徴を使用せずに使用することができる。したがって、上記の説明は、本発明の原理、教示、例、および例示の実施形態の例示に過ぎず、本発明を限定するものではないと見なされるべきである。
【００３０】
本発明の上記の各実施形態は、本明細書に記載の革新的教示の多くの有利な使用の数例に過ぎないものと理解すべきである。一般に、本明細書の記載は、特許請求されている様々な本発明のいずれも必ずしも限定しない。さらに、記載によっては、一部の発明的特徴には当てはまるが他の発明的特徴には当てはまらないものがある場合がある。
【００３１】
上記の回路は、集積回路チップの設計の一部である。チップ設計は、グラフィカル・コンピュータ・プログラミング言語で作成され、コンピュータ記憶媒体（ディスク、テープ、物理ハード・ドライブ、またはストレージ・アクセス・ネットワークにおける仮想ハード・ドライブなど）に記憶される。設計者がチップ、またはチップを製作するために使用されるフォトリソグラフィ・マスクを製作しない場合、設計者は結果として得られた設計を物理手段によって（例えば設計を記憶した記憶媒体の複製を提供することによって）または電子的に（例えばインターネットを介して）、そのような実体に直接または間接的に送る。記憶された設計は、次に、典型的にはウエハ上に形成される当該チップ設計の複数の複製を含むフォトリソグラフィ・マスクの製作のために適切な形式（例えばＧＤＳＩＩ）に変換される。フォトリソグラフィ・マスクは、エッチングまたはその他の処理が施されるウエハ（またはウエハ上の層あるいはその両方）の領域を画定するために使用される。
【００３２】
上述の方法は、集積回路チップの製造に使用される。
【００３３】
結果として得られた集積回路チップは、製造者によって未加工ウエハ形態で（すなわち、複数のパッケージ化されていないチップを有する単一ウエハとして）、ベア・チップとして、またはパッケージ化された形態で流通させることができる。後者の場合、チップはシングル・チップ・パッケージ（マザーボードまたはその他のより上位レベルの支持体に実装されたリード線を備えたプラスチック支持体など）、またはマルチチップ・パッケージ（表面配線または埋め込み配線あるいはその両方を有するセラミック支持体など）に実装される。いずれの場合も、チップは次に、（ａ）マザーボードなどの中間製品、または、（ｂ）最終製品のいずれかの一部として、他のチップ、個別回路素子、またはその他の信号処理デバイスあるいはこれらの組合せとともに集積化される。最終製品は、玩具およびその他の低性能用途から、表示装置とキーボードまたはその他の入力装置と中央処理装置とを含む高性能コンピュータ製品（情報処理システムなどであるがこれには限定されない）までにわたる、集積回路チップを含む任意の製品とすることができる。
【００３４】
必要に応じ、本明細書では本発明の詳細な実施形態が開示されているが、開示されている実施形態は、様々な形態で具現化可能な本発明の例に過ぎないものと理解すべきである。したがって、本明細書で開示されている具体的な構造上および機能上の詳細は、限定的であると解釈すべきではなく、特許請求の範囲の基礎、および実質的な任意の適切な詳細構造における本発明の様々な使用方法を当業者に教示するための代表的な基礎であるに過ぎないものと解釈すべきである。また、本明細書で使用されている用語および語句は、限定することを意図したものではなく、本発明のわかりやすい説明を行うことを意図したものである。
【００３５】
本明細書で使用されている「ある（ａまたはａｎ）」は、１つまたは複数と定義される。本明細書で使用されている「複数の（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２つ以上と定義される。複数形および単数形は、明記されていない限り、同じである。本明細書で使用されている「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」という用語は、少なくとも第２のもの、またはそれ以上のものと定義される。本明細書で使用されている「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語あるいはその両方は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（すなわちオープン・ランゲージ）と定義される。本明細書で使用されている「結合される」という用語は、「接続される」と定義されるが、必ずしも直接的にではなく、必ずしも機械的にではない。本明細書で使用されている「プログラム」、「ソフトウェア・アプリケーション」などの用語は、コンピュータ・システム上での実行のために設計された一連の命令と定義される。プログラム、コンピュータ・プログラムまたはソフトウェア・アプリケーションは、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクト・メソッド、オブジェクト実装形態、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソース・コード、オブジェクト・コード、共用ライブラリ／ダイナミック・ロード・ライブラリ、またはコンピュータ・システム上での実行のために設計されたその他の一連の命令あるいはこれらの組合せを含み得る。
【００３６】
本発明の特定の実施形態について開示したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなくこれらの特定の実施形態に変更を加えることができることがわかるであろう。したがって、本発明の範囲はこれらの特定の実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内でのそのようなあらゆる応用、変更、および実施形態を含むことを意図している。
【００３７】
連邦政府資金による研究開発の記載
本発明は、陸軍研究事務所（ＡＲＯ）により締結された契約Ｗ９１１ＮＦ−１４−１−０１２４に基づき、政府支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【図１】
2019508876.tif 000020
【図２】
2019508876.tif 000021
【図３】
2019508876.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月13日(2018.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの量子ビットと、
その周波数の変調によって前記２つの量子ビットの間の相互作用を起こす可変結合量子ビットと
を含む結合機構。
【請求項２】
前記可変結合量子ビットは、前記２つの量子ビットの差周波数で変調される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項３】
前記２つの量子ビットの前記差周波数は、前記２つの量子ビットの非調和性よりも大幅に大きい、請求項２に記載の結合機構。
【請求項４】
前記可変結合量子ビットは前記２つの量子ビットを容量結合する、請求項１に記載の結合機構。
【請求項５】
前記可変結合量子ビットは、２つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された２つの電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項６】
前記可変結合量子ビットは、接地に結合する超伝導量子干渉デバイス・ループを用いる単一の電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項７】
前記超伝導量子干渉デバイス・ループは、前記可変結合量子ビットの２つの電極への容量結合が対称となるように位置づけられた誘導結合磁束バイアス線を制御するために使用される、請求項１に記載の結合機構。
【請求項８】
交換型相互作用が前記２つの量子ビット間で励起をスワップする、請求項１に記載の結合機構。
【請求項９】
前記交換型相互作用が前記２つの量子ビットのうちの一方において状態依存位相シフトを誘起する、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１０】
前記可変結合量子ビットは、前記変調周波数の振幅に依存する強度と、前記変調周波数の位相に依存する位相とを有する前記２つの量子ビットの結合を生じさせる、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１１】
前記２つの量子ビットはトランズモン型量子ビットである、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１２】
前記２つの固定周波数量子ビットは初期には分離されている、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１３】
前記２つの固定周波数量子ビットは、対称に位置づけられたミラー量子ビットであり、前記可変結合量子ビットは前記２つの量子ビットの間に位置づけられる、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１４】
前記２つの量子ビットは固定周波数量子ビットである、請求項１に記載の結合機構。
【請求項１５】
結合機構を起動する方法であって、
２つの量子ビットの間に可変結合量子ビットを位置づけることと、
前記可変結合量子ビットの周波数を変調することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記可変結合量子ビットは、前記２つの量子ビットの差周波数で変調される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記２つの量子ビットの前記差周波数は、前記２つの量子ビットの非調和性よりも大幅に大きい、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記可変結合量子ビットは、２つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された２つの電極によって前記２つの量子ビットに結合される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記結合機構を、エラー訂正を使用するユニバーサル量子コンピュータの基礎として使用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
最も近い隣接量子ビット対間の相互作用を媒介する結合要素を介して接続された量子ビットの格子に基づいて相互作用するシステムの、量子シミュレーションのためのプラットフォームとして前記結合機構を使用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記システムは、ハイゼンベルクＸＹＺ相互作用により相互作用する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記２つの量子ビットのうちの一方が、低コヒーレンス・トランズモンであり、使用可能であり、前記方法は、前記量子ビットを冷却するために前記低コヒーレンス・トランズモンの初期熱励起が環境に移動するように、前記低コヒーレンス・トランズモンに励起をスワップすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記２つの量子ビットのうちの一方が励起状態であり、前記方法は、前記２つの量子ビットのうちの前記一方の量子ビットをその量子ビットの基底状態にリセットすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2019508876.tif 000023
2019508876.tif 000024