(57)【要約】【課題】  感度を効果的に高める、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法を提供すること【解決手段】  ジョセフソン比較器から情報を抽出するための確率的デジタイザが開示される。デジタイザは、統計的方法を使用して、コンピュータ読出しの集合を総計し、入力信号が比較器のグレーゾーン内にあるときであっても、比較器の感度を効果的に高める。とりわけ、かかるデジタイザは、量子ビットの状態間の弁別に使用することができる。【選択図】      図８
2019512112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
各確率が前記ジョセフソン比較器に対する入力信号の離散的パラメータ値の有効集合に対応する、前記ジョセフソン比較器からの出力パルスを観測することの所定の確率の集合を得ることと、
前記入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
前記出力集合のサイズに関して、前記ジョセフソン比較器からの出力パルスの計数に対する１つ以上の閾値を計算することと、
出力パルスの実験的計数を決定することと、
前記出力パルスの実験的計数を前記１つ以上の閾値に対して比較することによって、前記入力信号の前記離散的パラメータ値の仮説を立てることと、
を含み、
ここで、前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２】
パラメータ値の有効集合が２つのみ存在し、したがって１つの閾値のみが存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つの有効集合は、量子ビットの状態に対応する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の閾値は、正しくない仮説のワーストケース確率を最小化するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の閾値は、正しくない仮説の平均確率を最小化するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記入力信号を前置増幅することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合に基づいて、入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器が出力パルスを生成する確率を推定することと、
入力信号値の関数として確率を表す確率曲線を使用して、前記推定された確率の逆関数を計算することによって前記入力信号の値を推定することと、
を含み、
ここで、前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある入力信号値によって生成される、
方法。
【請求項８】
前記出力集合のサイズは、（ｉ）前記ジョセフソン比較器が前記入力信号をサンプリングするために使用したクロックの周波数を（ｉｉ）入力信号周波数で除したもの以下である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、較正によって決定される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプリングは、前記入力信号周波数よりも高い周波数で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力集合内の前記出力は、前記ジョセフソン比較器からの逐次的な出力である、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記入力信号は、基底帯域信号である、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
前記入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された、同相出力及び直交出力の両方を含む出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合の前記同相出力に基づいて、前記ジョセフソン比較器の前記出力の同相期待値を推定することと、
収集された前記出力集合の前記直交出力に基づいて、前記ジョセフソン比較器の前記出力の直交期待値を推定することと、
振幅及び位相を同相期待値及び直交期待値に関連付ける連立方程式の組を解くことによって、入力信号振幅及び入力信号位相を推定することと、
を含み、
ここで、前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項１４】
前記出力集合のサイズは、（ｉ）前記ジョセフソン比較器が前記入力信号をサンプリングするために使用したクロックの周波数を（ｉｉ）入力信号帯域幅で除したもの以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記入力信号は、前記入力信号の周波数より低いレートでサンプリングされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記入力信号周波数は、前記比較器の最大サンプリングレートを超える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記出力集合内の前記出力は、前記ジョセフソン比較器からの逐次的な出力である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力信号は、通過帯域信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合に基づいて、前記ジョセフソン比較器が出力パルスを生成する１つ以上の確率を推定することと、
１つ以上の入力信号パラメータの値を、前記推定された確率と、前記１つ以上の入力信号パラメータの関数として確率を表す確率曲線とを使用して推定することと、
を含み、
ここで、前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２０】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、較正によって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、理論的モデル化によって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記１つ以上の入力信号パラメータの値を推定することは、前記パラメータ値が閾値レベルの上又は下にあるかどうかを決定することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
前記出力集合を組み合わせて総計測度にすることと、
前記総計測度に基づいて、前記収集された出力を生成した量子ビット状態を決定することと、
を含み、
ここで、前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２４】
前記量子ビット状態は、前記入力信号のいずれかのパラメータを最初に推定することなく、前記総計測度から直接決定される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記出力集合を組み合わせて総計測度にすることは、前記出力集合から出力の数の計数を作成することを含み、計数される各出力は同じ値を有し、
前記量子ビット状態を決定することは、
前記計数を、前記出力集合内の出力の総数に基づく閾値と比較することと、
前記計数が前記閾値より下であるとの決定に応答して、前記量子ビット状態が第１の量子ビット状態であると決定することと、
前記計数が前記閾値より上であるとの決定に応答して、前記量子ビット状態が第２の量子ビット状態であると決定することと、
を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記請求項のいずれかに記載の方法のすべてのステップを行うように適合された手段を含む、システム。
【請求項２７】
コンピュータシステム上で実行されたときに、前記請求項のいずれかに記載の方法のすべてのステップを行うための命令を含む、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に単一磁束量子確率的デジタイザの分野に関し、より具体的には単一磁束量子（ＳＦＱ）デジタル検出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジョセフソン接合は公知である。ジョセフソン接合は、弱い連結で結合された２つの超伝導体で構成される。絶縁体、非超電導金属、及び物理的狭窄（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を含むいくつかのタイプの弱い連結が知られている。ジョセフソン接合は、ジョセフソン比較器を構築するのに使用されてきた。少なくともいくつかのジョセフソン比較器において、量子力学的原理に基づいて動作する一対のジョセフソン接合は、共に決定対（ｄｅｃｉｓｉｏｎ−ｍａｋｉｎｇ  ｐａｉｒ）として作用して、クロックパルスが印加されるたびに、入力電流が閾値より上又は下のどちらであるかを示す信号を発する。この閾値レベルは、物理的雑音を受けることが知られており、これは閾値レベルをぼやけさせるので、現実には閾値レベルは、実際には、比較器の「グレーゾーン」として知られる、ある範囲になる。典型的なジョセフソン比較器は、数マイクロアンペアのオーダの雑音限界感度、すなわち正確な検出のために信号レベル間に要する差、を有する。ジョセフソン比較器の特性として、極めて高速の動作、低電力消費、低雑音、及び高感度を挙げることができ、結果として、これら比較器は、単一磁束量子（ＳＦＱ）アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）等のデバイス、及び、このような特性値がその製造及び動作のコストに見合うその他のアプリケーションにおける用途が見いだされている。とりわけ、ジョセフソン接合に対して提案されている用途は、量子コンピューティングデバイスにおける量子ビット用の読出しサポートとしてのものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、感度を効果的に高める、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様によれば、以下のステップを（必ずしも以下の順序ではなく）行う、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法がある：（ｉ）各確率がジョセフソン比較器に対する入力信号の離散的パラメータ値の有効集合に対応する、ジョセフソン比較器からの出力パルスを観測することの所定の確率の集合を得るステップ、（ｉｉ）入力信号をサンプリングすることに応答してジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集するステップ、（ｉｉｉ）出力集合のサイズに関して、ジョセフソン比較器からの出力パルスの計数に対する１つ以上の閾値を計算するステップ、（ｉｖ）出力パルスの実験的計数を決定するステップ、及び（ｖ）出力パルスの実験的計数を１つ以上の閾値に対して比較することによって、入力信号の離散的パラメータ値の仮説を立てるステップ。出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される。
【０００５】
本発明のさらなる態様によれば、以下のステップを（必ずしも以下の順序ではなく）行う、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法がある：（ｉ）入力信号をサンプリングすることに応答してジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集するステップ、（ｉｉ）収集された出力集合に基づいて、入力信号をサンプリングすることに応答してジョセフソン比較器が出力パルスを生成する確率を推定するステップ、及び（ｉｉｉ）入力信号値の関数として確率を表す確率曲線を使用して、推定された確率の逆関数を計算することによって入力信号の値を推定するステップ。出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある入力信号値によって生成される。
【０００６】
本発明のさらなる態様によれば、以下のステップを（必ずしも以下の順序ではなく）行う、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法がある：（ｉ）入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された、同相出力及び直交出力の両方を含む出力集合を収集するステップ、（ｉｉ）収集された出力集合の同相出力に基づいて、ジョセフソン比較器の出力の同相期待値を推定するステップ、（ｉｉｉ）収集された出力集合の直交出力に基づいて、ジョセフソン比較器の出力の直交期待値を推定するステップ、並びに（ｉｖ）振幅及び位相を同相期待値及び直交期待値に関連付ける連立方程式の組を解くことによって、入力信号振幅及び入力信号位相を推定するステップ。出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される。
【０００７】
以下のステップを（必ずしも以下の順序ではなく）行う、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法がある：（ｉ）入力信号をサンプリングすることに応答してジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集するステップ、（ｉｉ）収集された出力集合に基づいて、ジョセフソン比較器が出力パルスを生成する１つ以上の確率を推定するステップ、及び（ｉｉｉ）１つ以上の入力信号パラメータの値を、推定された確率と、１つ以上の入力信号パラメータの関数として確率を表す確率曲線とを使用して推定するステップ。出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される。
【０００８】
以下のステップを（必ずしも以下の順序ではなく）行う、ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法がある：（ｉ）入力信号をサンプリングすることに応答してジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集するステップ、（ｉｉ）出力集合を組み合わせて総計測度（ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅ）にするステップ、及び（ｉｉｉ）総計測度に基づいて、収集された出力を生成した量子ビット状態を決定するステップ。出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される。
【０００９】
特許請求される通り、対応するシステム及びコンピュータプログラミングもまた提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による第１の実施形態のシステムのブロック図である。
【図２】本発明による第１の実施形態のシステムにおいて、特定の出力状態を検出する確率をジョセフソン比較器に対する入力の関数として示すグラフである。
【図３】本発明による第２の実施形態のシステムのブロック図である。
【図４】本発明による第３の実施形態のシステムのブロック図である。
【図５】本発明による第３の実施形態のシステムにおいて、２つの所与の量子ビット状態の各々について、ジョセフソン比較器から特定の出力状態を検出する確率を示すグラフである。
【図６】本発明によるシステムの第４の実施形態のブロック図である。
【図７】第４の実施形態のシステムの機械論理（例えばソフトウェア）部分を示すブロック図である。
【図８】少なくとも部分的に、第４の実施形態のシステムによって行われる、第１の実施形態の方法を示すフローチャートである。
【図９】少なくとも部分的に、第４の実施形態のシステムによって行われる、第２の実施形態の方法を示すフローチャートである。
【図１０】少なくとも部分的に、第４の実施形態のシステムによって行われる、第３の実施形態の方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明による第５の実施形態のシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態は、統計的解析を使用して、ジョセフソン比較器に対する入力がその比較器のグレーゾーン内にあるときに該比較器から得られた出力の集合から情報を抽出する。このことは、比較器の感度を、従来技術を使用して達成することができる感度を超えて効果的に高める。このようにして抽出された情報は、その後、アナログ入力信号の特性を推定すること又は２以上の離散的な入力状態間を区別すること等の種々の用途に使用することができる。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態は、（ｉ）デバイス雑音は、ジョセフソン比較器の最終感度を限定し、かかる感度は典型的には数マイクロアンペア（例えば５−１０μＡ）の範囲内に入ること、（ｉｉ）ジョセフソン比較器は、量子コンピューティングの分野において、量子ビットの状態の読出し用、例えば非常に弱い無線周波数（ＲＦ）パルスによって量子ビットをプローブすることによる量子ビット状態の検出用に有望であること、（ｉｉｉ）そのような量子コンピューティング量子ビット読出し用途のためには、ｎＡ範囲（例えば５−５０ｎＡ）の振幅を有する信号を検出する能力が必須又は有利であること、しかし（ｉｖ）このようなＲＦ信号の振幅は非常に小さく、比較器の雑音限界感度よりもかなり小さくいので、信号は、測定出力が量子ビットの確率関数になるジョセフソン比較器のグレーゾーン内に入ること、を認識する。
【００１３】
結果として、本発明のいくつかの実施形態は、（ｉ）確率的デジタル化を使用して、測定を複数回繰り返すこと並びに統計量及び確率の知識を適用して状態を決定することによって、このような小さい信号に関する情報を取得することができること、（ｉｉ）したがって確率的デジタイザを量子コンピュータにおける量子ビット用の読出しデバイスとして使用することができること、及び（ｉｉｉ）より一般的には、このような二値（ｂｉｎａｒｙ）検出問題を標本統計量を使用して解いて２つの可能なパラメータ値又は状態のどちらが存在するかを決定するこの手法は、Ｍ値（Ｍ−ａｒｙ）検出問題を解くために拡張することができ、標本統計量を使用して、パラメータ値のＭ個の有効集合（ここで集合は、振幅、位相、及び／又は状態等のパラメータについての１つ以上のパラメータ値から構成される）の母集団（ｕｎｉｖｅｒｓｅ）の中からＭ個の可能なパラメータ値、値集合、又は状態のうちのどれが存在するかを決定することできること、を認識する。本発明のいくつかの実施形態は、ジョセフソン比較器に対するアナログ入力信号を、入力レベルが比較器のグレーゾーンに入るときに確率的デジタイザを使用して確率的方法によって推定することもできることを認識する。確率的デジタイザを適用してジョセフソン比較器のグレーゾーン制限を克服することについての詳細は、基底帯域信号の推定、通過帯域信号の推定、及び離散的数の既知状態間の区別（量子ビットの状態の読出し用など）のためのその使用を例証する実施形態と共に後述する。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの従来の量子ビットシステムにおいて、（ｉ）生の量子ビット読出し信号（例えば、単一モードの伝送線路共振器の電磁場に容量結合されたクーパー対ボックスからの）は弱いこと、（ｉｉ）弱い読出し信号は、「ＲＦアンプ」（これは任意のタイプのＲＦ増幅器とすることができる）によって検出されること、及び（ｉｉｉ）ＲＦ増幅器の後のミクサを、読出し信号の同相（Ｉ）成分と直交（Ｑ）成分とを分離するためのアナログ技術として使用することができること、を認識する。さらに本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの従来の量子ビットシステムにおいて、（ｉ）生の量子ビット読出し信号を増幅するための「量子制限」増幅器の一型式として、超電導低インダクタンス波動検流計（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｌｏｗ−ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ  Ｕｎｄｕｌａｔｏｒｙ  Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ（ＳＬＵＧ））が使用されていること、（ｉｉ）ＳＬＵＧは、制限された利得を有すること、及び（ｉｉｉ）この制限された利得ゆえに、ＳＬＵＧからの出力は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）低雑音増幅器へ送られること、を認識する。さらにまた、本発明のいくつかの実施形態は、非常に高感度の確率的デジタイザを提供し、確率的デジタイザがＳＬＵＧ出力を直接検知することができるので、上述のＨＥＭＴ増幅器を必要としない。本発明のいくつかの実施形態は、確率的デジタイザの感度が十分に高い場合、生の量子ビット読出し信号を直接（ＳＬＵＧ等の量子制限増幅器なしで）検知することができることを認識する。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態は、量子コンピュータにおける量子ビット読出しを、量子ビット状態をプローブすること、弱いＲＦパルスを量子ビットに印加すること、及び戻ってきたＲＦ信号の位相シフトを測定することによって行うことができること、を認識する。印加されるＲＦパルスは、量子ビット状態が乱されないように、量子ビットの基本共振周波数とは異なる周波数を有する。結果として得られる戻りＲＦ信号の振幅及び／又は位相シフトは、量子ビット状態に依存する。（例えば、主として位相シフトを検出するとき、位相感受性弁別器を使用して、量子ビット状態が｜０＞又は｜１＞のどちらであるかを決定することができる。）印加／発生ＲＦパルスは非常に弱いので、量子制限増幅器／ＨＥＭＴを使用して、受信信号の振幅を検出用に使用される読出し比較器のグレーゾーンより上までブーストすることによって、読出しプロセスを補助することができる。本発明のいくつかの実施形態によって認識されるように、代替的又は相補的な手法は、発生ＲＦパルスの振幅が比較器のグレーゾーン内に入るときであっても比較器が量子ビット状態間を弁別する感度を効果的に高めるために、確率的デジタイザを使用することである。
【００１６】
図１１に示す回路９００は、マイクロ波入力信号９０２の位相感受性測定のための、この後者の手法を例証する、本発明の実施形態である（代替的に又は付加的に振幅を使用することができる）。回路９００は、プローブ信号９０２、１つ以上の制御信号９０４、情報信号９０５、出力信号又は読出し９０６、キャパシタ９０８、結合器９０９、伝送線路共振器９１０、クーパー対ボックス９１２、（随意の）増幅器９１４、及び確率的デジタイザ９２０を含む。量子ビットは、クーパー対ボックス９１２によって維持され、１つ以上のキャパシタ９０８及び伝送線路共振器９１０を介して、設定及び読出し回路に結合される。プローブ信号９０２は、パルスであっても連続的であってもよく、図示したように回路に入り、結合器９０９の中で１つ以上の制御信号９０４に加えられる。制御信号９０４は、クーパー対ボックス・レベル分離及びコヒーレンシ操作といった回路の態様を制御する。結合器９０９から出た信号は、クーパー対ボックス９１２に格納された量子ビットの状態に関連した情報を取得して、情報信号９０５になり、この情報信号から確率的デジタイザ９２０によって取得される読出しの組を介して情報が抽出され、確率的デジタイザは、個々の読出し値を組み合わせて又は総計して出力９０６を生成する。回路９００は、確率的デジタイザを使用して、読出し回路の感度を効果的に高めて、非常に弱いＲＦパルスであっても量子ビット状態間を弁別するので、増幅器９１４は必ずしも必要ではなく、したがって点線で示されている。
【００１７】
詳細に後述するように、確率的デジタイザ９２０のような確率的デジタイザは、情報信号の同相成分及び直交成分を検出するためにその直交サンプリングを行うことができ、これにより、多くの用途において、従来の（ヘテロダイン）ＲＦ検出回路において使用されているようなアナログミクサ（及び関連付けられた局所発振器）が必要なくなる。したがって図１１において、増幅器９１４の出力は、確率的デジタイザ９２０の入力に直接接続される。他方、増幅器９１４の出力と確率的デジタイザ９２０の入力との間にミクサを挿入することが可能であり、その場合、確率的デジタイザは、情報信号の周波数変換バージョンをサンプリングする。本発明の思想又は範囲から逸脱しないこのような修正は、情報信号の中央周波数が確率的デジタイザの帯域の外側にある場合に有用であり得る。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態は、アナログドメインからデジタルドメインへの変換を提供する単一磁束量子（ＳＦＱ）アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）が、ジョセフソン比較器回路を含むことを認識する。本発明のいくつかの実施形態において使用される単純なジョセフソン比較器回路の一例は、図１に示す平衡ジョセフソン比較器５１０である。比較器５１０は、ジョセフソン接合５０１及び５０２（合わせて、決定対）、並びにＳＦＱクロック５０４を含む。アナログ入力電流Ｉｘ５０６は、図示したように比較器に入る。ＳＦＱクロックパルス（ｉ＝１，２，．．．に対して、ＣＬＫ（ｉ））が、直列接続されたジョセフソン接合５０１及び５０２に印加されると、入力電流が実質的にゼロより大きいとき（Ｉｘ＞０）、接合５０２を横断するＳＦＱパルスが生成され、比較器出力５０８においてデジタル「１」を生成する（ｃｍｐ（ｉ）＝１）。入力信号が実質的にゼロより小さいとき（Ｉｘ＜０）、ＣＬＫ（ｉ）の印加は、接合５０２ではなく接合５０１を横断するＳＦＱパルスを生成し、比較器出力５０８における出力パルスを生成しない。これはデジタル「０」である（ｃｍｐ（ｉ）＝０）。
【００１９】
しかしながら、本発明のいくつかの実施形態によって認識されるように、ジョセフソン比較器回路からの出力が確率的になる入力信号の範囲がある。換言すれば、２つの信号レベル間を区別するための閾値は、点の値ではなく範囲であり、閾値範囲より下の入力信号に対しては「０」が検出され、閾値範囲より上の入力信号に対しては「１」が検出され、閾値範囲内に入る入力信号は、比較器固有の特性及び実際の入力信号レベルによって定められる確率で「０」又は「１」のいずれかを生成し得る。
【００２０】
この状況を比較器５１０について図２のグラフ４００によって示す。グラフ４００は、ｃｍｐ（ｉ）＝１の確率を入力電流Ｉｘの関数として示す。比較器５１０は平衡比較器であるので接合５０１及び５０２の臨界電流は等しく、そのため、Ｉｘが０のとき、比較器はちょうどその切換え点（確率＝５０％）になる。ゼロより十分に小さいＩｘの値に対して、ｃｍｐ（ｉ）＝１の確率は事実上０である。同様に、ゼロより十分に大きいＩｘの値に対して、ｃｍｐ（ｉ）＝１の確率は事実上１である。しかしながら、比較器のいわゆる「グレーゾーン」であるΔＩｘ４０７の範囲内のＩｘの値に対して、ｃｍｐ（ｉ）＝１の確率は非自明であり、比較器は「０」又は「１」のどちらかを出力することができ、「１」の確率は入力されたＩｘの値における曲線の高さによって与えられる。グレーゾーンの幅、並びにその内側の確率曲線の形状は、温度によって、及び、その他の、所与の比較器を構成するジョセフソン接合の種々のパラメータによって決定される。これらの同じ動作原理は、不平衡ジョセフソン比較器にも当てはまるが、グレーゾーンの位置はシフトし得る。当業者は、固有のグレーゾーンを伴って動作するジョセフソン比較器回路のその他の例を認識するであろう。
【００２１】
従って、本発明のいくつかの実施形態は、現在の技術状態に対して改善すべき以下の事実、潜在的な問題及び／又は潜在的な領域を認識する：（ｉ）従来のＳＦＱ  ＡＤＣは、少なくとも最小桁ビット（ＬＳＢ）に至るまで決定論的出力が生成されるようにするために、グレーゾーンよりも十分に大きい信号（すなわちＩｘはΔＩｘ内のいかなる入力値よりもはるかに大きい、又はＩｘ＞＞ΔＩｘ）を扱うように設計されていること、及び／又は（ｉｉ）量子ビット検知等のいくつかの用途は、非常に低い入力信号（すなわちグレーゾーン内に入る入力信号、又はＩｘ＜＜ΔＩｘ）をもたらすこと。
【００２２】
加えて、本発明のいくつかの実施形態は、（ｉ）比較器のグレーゾーン内に入る低レベル入力信号を扱うための１つの選択肢は前置増幅である−例えば量子ビットと共に使用することができる量子制限増幅器（ＱＬＡ）を使用することができる−が、そのような手法は、有限の利得及び過剰な電力損失等の問題によって制限されること（信号を前置増幅することは、その振幅をグレーゾーンに対して高めることができるので、それにより検出が改善されるが、増幅された信号が、それでもなおグレーゾーンの境界を越えないことがある。余分な増幅段を追加することは、多くの用途において、特に量子ビットが極低温で動作する量子コンピューティングにおいて、電力損失ゆえに実際的ではない。したがって感度を比較器のグレーゾーン内に拡張することが望ましい）、（ｉｉ）比較器の入力がグレーゾーン内にあるときにその確率的出力から情報を抽出することができること、及び／又は（ｉｉｉ）手法（ｉ）及び（ｉｉ）は、互いに独立に使用することができるが、一緒に使用することもできること、を認識する。
【００２３】
例えば、図１に戻り、回路５００を考える。回路５００は、基底帯域信号をサンプリングするための本発明の実施形態である。上記のジョセフソン比較器５１０に加えて、回路５００は、コレクタ５１２、確率推定器５１４、及び信号推定器５１６を含む。回路５００は、（入力）信号Ｉｘ５０６の測度である出力５１８を生成し、ここでＩｘ５０６は、比較器５１０のグレーゾーン内の基底帯域信号である。回路５００は、ジョセフソン比較器５１０の比較器出力５０８（ｃｍｐ（ｉ））から確率的情報を抽出することによって、出力５１８を生成する。出力５１８は、入力信号Ｉｘ５０６の値の推定量である。あるいは、出力５１８は、入力信号Ｉｘ５０６の値が比較器のグレーゾーン内の精密な閾値の上又は下のどちらであるかの推定量とすることができる。
【００２４】
回路５００は以下のように働く。
【００２５】
（ｉ）クロック５０４の各パルスに対して、出力５０８をコレクタ５１２によって読み取る。総計周波数（ａｇｇｒｅｇａｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が比較器のクロック周波数の約数であるサブサンプリングもまた可能であるが、情報を捨てるという欠点を有するので、所与の測定期間にわたる精度を低下させる。クロック５０４の周波数は、基底帯域入力信号５０６のナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）周波数／レートよりもはるかに高い（例えば５０倍又は１００倍高い）（すなわち、ｆｃｌｋ＞＞ｆｓｉｇ）。信号周波数よりもはるかに高いクロック周波数は、推定される信号が測定間隔にわたって事実上、定常又は一定であるように見えることを可能にする。また、入力信号５０６の値は比較器５１０のグレーゾーン４０７内にあり（すなわち、Ｉｘの大きさはΔＩｘの範囲内にあり、又はａｂｓ（Ｉｘ）＜ΔＩｘである）（図２参照）、あるサンプリング周期にわたってＩｘが事実上一定値であっても、出力５０８が一貫性がないことを意味する。
【００２６】
（ｉｉ）ひとたびコレクタ５１２がある数Ｎ個の読取り値を収集すると、コレクタは、結果を確率推定器５１４に渡す。推定器５１４は、ｃｍｐ（ｉ）＝１である確率を次式
【数１】
2019512112.tif 000003
を用いて推定し、ここでｐ（ｊ）は、サイズＮの出力パルスの標本集合ｊについてｃｍｐ（ｉ）＝１である実験的確率である。すなわち、推定器５１４は、比較器５１０からの出力５０８のＮ個の逐次的な読取り値の算術平均を取ることによって、ｃｍｐ（ｉ）＝１の確率を推定し、ここで各読み取り値は０又は１である。実施形態５００において、Ｎ＜ｆｃｌｋ／ｆｓｉｇであり、各期間ｊは重複しない（各ｐ（ｊ）を計算するのに使用される読取り値が他のいずれのｐ（ｊ）とも共有されないことを意味する。例えば、クロックパルス１、２及び３からの読取り値を使用してｐ（１）を計算し、クロックパルス４、５、及び６からの読取り値を使用してｐ（２）を計算し、以下同様である）。当業者であれば、その他の変形が可能であることを認識し、これには、（ａ）ｐ（ｊ）を計算するための別の式の使用、（ｂ）異なる又は変化する値のＮの使用（一般に、Ｎは典型的にはｆｓｉｇに対するｆｃｌｋの比より小さいが、必ずしも全く等しくなくてもよい）、（ｃ）集合ｊに対する推定量を、Ｎ個すべての読取り値を待って推定量を計算するのではなく、各読取り値が収集されたときに即座に更新すること、（ｄ）重複する期間ｊの使用、及び／又は（ｅ）指数平滑法のような種々の時系列的解析の使用、が含まれるが、必ずしもそれらに限定されない。
【００２７】
（ｉｉｉ）確率推定器５１４は、そのｐ（ｊ）の推定量を信号推定器５１６に渡し、信号推定器は、期間ｊにわたる入力信号Ｉｘの値（Ｉｘ（ｊ））を次式
Ｉｘ（ｊ）＝Ｐｒｏｂ−１（ｐ（ｊ））                式２
を用いて推定する。
【００２８】
すなわち、推定器５１６は、確率曲線Ｐｒｏｂ（Ｉｘ）を用いてｐ（ｊ）の逆関数を計算することによって、Ｉｘ（ｊ）を推定する。任意の所与のジョセフソン比較器について、Ｐｒｏｂ（Ｉｘ）は、その比較器の他の特性及びその比較器が動作する条件の関数である。比較器５１０について、Ｐｒｏｂ（Ｉｘ）は、図２に示す曲線によって与えられ、これは実験的較正試験によって決定されたものである（すなわち、これは較正曲線である）。あるいは、Ｐｒｏｂ（Ｉｘ）は、他の関連の実験的又は理論的比較器特性及び動作条件をＰｒｏｂ（Ｉｘ）を計算するための入力として利用する、理論的モデルを使用した計算によって決定することができる。あるいは、いくつかの実施形態は、Ｉｘ（ｊ）を推定するのではなく、Ｉｘ（ｊ）が、比較器のグレーゾーン内にある精密な閾値（値）の上又は下のどちらであるかということのみを推定する。
【００２９】
ｊの逐次的な値に対してステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を繰り返すことによって、回路５００は、比較器に対する入力が比較器のグレーゾーン内にあるときであっても、比較器５１０の確率的出力から（すなわちｃｍｐ（ｉ）データの集まりから）信号情報を抽出する。この方式で動作することで、比較器の感度がこの範囲内に有効に拡張される。
【００３０】
図３に示すのは、通過帯域信号をサンプリングするための本発明の実施形態を例証する回路６００である。回路６００は、ジョセフソン比較器６１０、直交コレクタ６１２、期待値推定器６１４、及び信号推定器６１６を含む。回路６００は、（入力）信号Ｉｘ６０６の測度である出力６１８を生成し、ここでＩｘ６０６は、比較器６１０のグレーゾーン内の通過帯域信号である。回路６００は、ジョセフソン比較器６１０の出力６０８から確率的情報を抽出することによって、出力６１８を生成する。出力６１８は、入力信号Ｉｘ６０６のパラメータ（振幅及び位相）の推定量である。あるいは、出力６１８は、入力信号Ｉｘ６０６の各パラメータが比較器のグレーゾーン内の閾値の上又は下のどちらであるかの推定とすることができる。
【００３１】
回路６００は以下のように働く。
【００３２】
（ｉ）ジョセフソン比較器クロック（図示せず）の各パルスに対して、出力６０８を直交コレクタ６１２によって読み取る。ジョセフソン比較器クロックの周波数は、通過帯域入力信号６０６の帯域幅よりもはるかに大きい（すなわちｆｃｌｋ＞＞δｆｓｉｇ）。前の実施形態と同様に、信号の帯域幅よりもはるかに高いクロック周波数は、測定期間中、推定される信号の位相及び振幅が事実上、定常又は一定であるように見えることを可能にする。各々のジョセフソン比較器クロックパルスの幅（τｃｌｋ）は、Ｉｘ６０６の周期の四分の一より小さい（すなわちτｃｌｋ＜１／（４ｆｓｉｇ））ので、比較器は、Ｉｘ６０６の四分の一周期に対して十分に速く確率的決定を行う。前の実施形態と同様に、Ｉｘ６０６の値は、比較器６１０のグレーゾーン内にあり（すなわち、Ｉｘの振幅はΔＩｘの範囲内にあり、又はａｂｓ（Ｉｘ）＜ΔＩｘである）、これは、事実上定常の信号（例えば、Ｉｘが、サンプリング周期にわたって事実上一定の振幅及び周期を有する非常に高周波数の正弦波信号である場合）のサイクルにおける一貫した点において取得した標本であっても、出力６０８があるサンプリング周期にわたって一貫性がないことを意味する。ジョセフソン比較器クロックは、レート４ｆｓｉｇでパルス化されているので、Ｉｘ６０６はそのサイクルｉの間に４回サンプリングされるようになっており、標本出力ｃｍｐ（ｉ，０）、ｃｍｐ（ｉ，１）、ｃｍｐ（ｉ，２）、及びｃｍｐ（ｉ，３）を生成する。前の実施形態と同様に、各標本出力は、デジタル「０」又はデジタル「１」のいずれかである。
【００３３】
（ｉｉ）ひとたび直交コレクタ６１２が、入力信号Ｉｘ６０６に対してＮ周期にわたって標本集合ｊを収集すると、直交コレクタは、結果を期待値推定器６１４に渡す。期待値推定器６１４は、サイズ４Ｎの標本集合ｊに対して、ｃｍｐ（ｉ，０）＝１の同相確率（ｐｉ（ｊ））及びｃｍｐ（ｉ，１）＝１の直交確率（ｐｑ（ｊ））を、以下の二式をそれぞれ用いて推定する。
【数２】
2019512112.tif 000004
値ｐｉ（ｊ）及びｐｑ（ｊ）は、各標本集合ｊに対して同相測定及び直交出力測定を使用すると、これらの確率に対応する以下の式の期待値（それぞれ同相期待値及び直交期待値）を推定するので、ｃｍｐ（ｉ，０）＝１及びｃｍｐ（ｉ，１）＝１の不偏推定量である。
【数３】
2019512112.tif 000005
同相比較ｃｍｐ（ｉ，０）及びｃｍｐ（ｉ，２）は、入力正弦波の１８０度離れた標本を表すので、それらの確率は相補的であることに留意されたい。同じことが、ｃｍｐ（ｉ，１）及びｃｍｐ（ｉ，３）の直交比較についても当てはまる。実施形態６００において、Ｎ＜ｆｃｌｋ／δｆｓｉｇであり、各期間ｊは重複しない。当業者であれば、その他の変形が可能であることを認識し、これには、（ａ）ｐｉ（ｊ）及びｐｑ（ｊ）を計算するための別の式の使用、（ｂ）異なる又は変化する値のＮの使用（一般に、Ｎは典型的にはδｆｓｉｇに対するｆｃｌｋの比より小さいが、必ずしも全く等しくなくてもよい）、（ｃ）集合ｊに対する各確率推定量を、４Ｎ個すべての読取り値を待って推定量を計算するのではなく、各読取り値の対が収集されたときに即座に更新すること、（ｄ）重複する期間ｊの使用、及び／又は（ｅ）指数平滑法のような種々の時系列的解析の使用、が含まれるが、必ずしもそれらに限定されない。
【００３４】
（ｉｉｉ）期待値推定器６１４は、そのｐｉ（ｊ）及びｐｑ（ｊ）の推定量を信号推定器６１６に渡し、信号推定器は、期間ｊにわたる入力Ｉｘの振幅Ａ（ｊ）及び位相φ（ｊ）を、以下の２つの連立方程式の組ＩＱを解くことによって推定する。
【数４】
2019512112.tif 000006
すなわち、信号推定器６１６は、比較器６１０についての確率曲線Ｐｒｏｂ（Ａ，φ）から計算した同相確率及び直交確率が、以前のステップにおいて決定されたｐｉ（ｊ）及びｐｑ（ｊ）の実験的推定量と等しくなるようなＡ（ｊ）及びφ（ｊ）を見いだすことによって、Ａ（ｊ）及びφ（ｊ）を推定する。実験的に決定された所与の対と厳密に一致する計算された確率の対ｐｉ（ｊ）及びｐｑ（ｊ）を生じさせるＡ（ｊ）及びφ（ｊ）の組合せが存在しないこともあり得るので、最適法（ｂｅｓｔ−ｆｉｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を使用する必要があり得ることに留意されたい。また、前の実施形態とは対照的に、この場合の確率曲線は、振幅及び位相の両方を入力とする二変量関数であることにも留意されたい。しかしながら、前と同様に、曲線の形状は、較正試験を通じて実験的に決定することができ、又は、比較器６１０の既知の特性若しくは予測された特性を通じて理論的に決定することができる（ここではＩｘ＝Ａ×ｓｉｎ（２πｆｓｉｇｔ＋φ）に対して）。いくつかの実施形態は、Ａ（ｊ）及びφ（ｊ）を推定するのではなく、期間ｊの間の入力信号６０６の同相成分及び直交成分が、精密な二次元閾値（Ａ及びφに対して定義される）の上又は下のどちらであるかということのみを推定する。
【００３５】
ｊの逐次的な値に対してステップ（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）を繰り返すことによって、回路６００は、比較器に対する入力が比較器のグレーゾーン内にあるときであっても、比較器６１０の確率的出力から信号情報を抽出する。この方式で動作することで、比較器の感度がこの範囲内に有効に拡張される。
【００３６】
４ｆｓｉｇのレートでのサンプリングは単なる１つの可能性に過ぎないことに留意されたい。例えば、本発明のいくつかの実施形態は、分数周波数（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）サンプリングを使用し、ここで例えば入力周波数（ｆｓｉｇ）は、（４ｆｓｉｇ）／５のレートでサンプリングされる。このような場合の入力信号は、サブサンプリング（入力周波数より低いレートでのサンプリング）されたものであるが、それでもＳＦＱ比較器からの連続した出力は、同相標本の後に直交標本が続き、以下同様に提示する。測定時間については不利である（可能な標本がスキップされるので）が、入力に関する同じ型式の統計的情報が最終的には取得される。ＳＦＱ比較器は最大サンプリングレート（これを超えると良好な感度又は信頼性のある動作が得られない）を有するので、サブサンプリングが有用であり得る。仮に入力信号の測定が４ｆｓｉｇのレートに制限されたとすれば、最大入力信号周波数は、事実上、比較器の最大サンプリングレートの四分の一に制限されることになる。しかしながら、分数周波数サンプリング（サブサンプリング）では、この制限が解消され、比較器の最大サンプリングレートを超える周波数の信号を有効にサンプリングすることができる。
【００３７】
図４に示すのは、２つの候補定常通過帯域又信号は基底帯域信号の間を弁別するための本発明の実施形態を例証する回路７００である。回路７００は、ジョセフソン比較器７１０、コレクタ７１２、及び状態仮説器（ｓｔａｔｅ  ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｚｅｒ）７１４を含む。比較器７１０は、入力信号Ｉｘ７０６を比較器出力７０８に変換する。次いで回路７００は、２つの信号のうちどちらが検出されたのかについての決定を表す出力７１８を生成する。
【００３８】
このシナリオは、図５のグラフ８００に示されており、ここで注目する２つの信号レベルは、Ｇ（接地）８０３及びＥ（励起）８０５であり、両方とも図４の比較器７１０のグレーゾーンΔＩｘ８０７内に「固定された」（かつ、この場合には既知の）レベルである。Ｇ８０３及びＥ８０５は、それぞれ量子ビット状態｜０＞及び｜１＞に対応する信号レベルである。各量子ビット状態は、比較器のグレーゾーンに関連付けられた雑音に起因して、比較器の出力において「１」（ｃｍｐ（ｉ）＝１）を検出する既知の確率に関連付けられる。この確率は、Ｇ８０３についてはａ、Ｅ８０５についてはｂである。前に説明した実施形態と同様に、このような確率は、実験的較正によって及び／又は理論的計算によって決定することができる。
【００３９】
図４に戻ると、入力信号Ｉｘ７０６は、ジョセフソン比較器７１０に入り、これは、Ｉｘが比較器のグレーゾーン内にあるので確率的出力７０８を生成する。コレクタ７１２は、前の実施形態について上述した通り、これらそれぞれの出力をサイズｎの集合にわたって収集する。各出力は「０」又は「１」のいずれかであるので、ｃｍｐ（ｉ）＝１であるｋ個の出力と、ｃｍｐ（ｉ）＝０であるｎ−ｋ個の出力が存在することになる。結果（例えば、数ｎ及びｋ）は、状態仮説器７１４に渡され、これは二項分布を用いて、測定された量子ビットに対応するのは状態｜０＞又は｜１＞のどちらであるかについての仮説を立てる。
【００４０】
上述のｃｍｐ（ｉ）＝１についての確率ａ及びｂに加えて、状態仮説器７１４によって行われる統計的検定は、試行（１集合当たりの標本）の数ｎ及び整数閾値ｈ∈［０，ｎ］によってパラメータ化され、ここで仮説は、ｋ≦ｈのときには状態は「接地」（｜０＞、又はＧ）であり、そうでないときには状態は「励起」（｜１＞、又はＥ）であること、である。この仮説が正しい確率は、以下の二式で与えられる。
【数５】
2019512112.tif 000007
【００４１】
仮説器７１４は、所与のａ、ｂ、及びｎの下で、仮説器が、誤りのワーストケース確率を最小化すること（例えばＧ及びＥの未知の発生頻度を有する異なる量子プログラムにわたって）によって、この仮説が正しい確率を最大化するように、ｈを選択する。詳細には、これは、次式を最大化する整数ｈを選択する。
ｍｉｎ（ｐ（ＨＧ｜Ｇ），ｐ（ＨＥ｜Ｅ））            式９
あるいは、仮説器は、ｈを、他の基準に基づいて、例えば、上記の条件付き確率の各々にそのそれぞれの条件の確率を乗じたものの合計を最大化することによって、誤りの平均確率を最小化すること（例えばＧ及びＥの既知の頻度を有する異なる量子プログラムにわたって）に基づいて、選択することができる。すなわち、
ｐ（ＨＧ｜Ｇ）＊ｐ（Ｇ）＋ｐ（ＨＥ｜Ｅ）＊ｐ（Ｅ）          式１０
を最大化する。式１０は、根底にあるＧ及びＥの発生頻度が既知のときに特に有用であり得る。
【００４２】
この手法によって高率の精度を得ることができる。例えば、式９並びに所与のａ＝０．２及びｂ＝０．７を用いると、表１は、所与のｎの値に対して最良のｈの値を選択した後で、仮説器が正しく推測する確率を与える。
【表１】
2019512112.tif 000008
したがって、この手法は、例えば、量子ビット状態の読出しに対するジョセフソン比較器の感度限界を軽減するために用いることができる。
【００４３】
本開示を考慮すると当業者には明らかなように、多くの代替的な実施形態が可能である。例えば、基底帯域対通過帯域信号のための代替法に加えて、（ｉ）入力信号を前置増幅すること又はサンプリングレートを高めることなどによって、ａ、ｂ、及び／又はｎを操作して、所望の精度レベルを生成することができ、（ｉｉ）異なるコレクタ又は期間に対して異なるｎの値を使用することができ、（ｉｉｉ）単一の比較器に入る信号を２期間にわたって比較することができ、若しくは、各々１つ若しくは２つの比較器に入る信号を同じ期間にわたって比較することができ、及び／又は（ｉｖ）、２つだけではなく３つ以上の相異なる信号レベル又は量子状態間で仮説を立てるために複数の閾値レベルを確立することができる。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態は、以下の特徴、性質及び／又は利点のうちの１つ又は複数を含むことができる：（ｉ）より良好な比較器感度のために、ジョセフソンデバイスの実際のデバイス雑音（この雑音は天然プロセスを通じて生じる）を最小化すること、（ｉｉ）１対０の統計を用いて、アナログ入力信号の推定量を形成すること、（ｉｉｉ）１対０の統計を用いて、アナログ入力信号に関する情報を収集すること、（ｉｖ）統計を用いて、中間ステップとしてアナログ入力信号レベルの推定量の導出を伴って又は伴わずに、量子ビット状態（｜０＞又は｜１＞など）の二値決定を行うこと、（ｖ）入力信号が測定過程中に変化するので推定すべき一意のアナログ入力信号レベルが存在しない場合に対処し、統計量（おそらくは時間依存性）を解析して量子ビット状態の二値決定を行うこと、及び／又は（ｖｉ）中間ステップとしてアナログ入力信号を推定することを伴って又は伴わずに、二値決定を行うこと。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態は、以下の特徴、性質及び／又は利点のうちの１つ又は複数を含むことができる：（ｉ）ＳＦＱ（ジョセフソン）デバイス自体に固有の比較器の実際の物理的雑音の制限を軽減すること、（ｉｉ）極めて弱い信号（比較器の雑音で誘導される「グレーゾーン」内）を測定すること、（ｉｉｉ）固有内部デバイス雑音によってのみ制限される感度を有すること、（ｉｖ）超電導デバイス（ジョセフソン接合）から形成されたＳＦＱ比較器等の超電導技術が関与すること、（ｖ）量子ビットの読出しのために使用されること、（ｖｉ）量子ビットが２つの状態（例えば｜０＞又は｜１＞）のうちの１つであるかどうか検出すること、（ｖｉｉ）確率的デジタイザを使用して二値検出問題を解くこと、（ｖｉｉｉ）雑音に埋もれた信号の統計的サンプリングを行うこと、（ｉｘ）単一の比較器の出力を時間について平均すること、（ｘ）単一の比較器からの出力の統計的サンプリングを行うこと、及び／又は（ｘｉ）比較器出力の統計的サンプリングを行うこと。
【００４６】
本発明は、システム、方法、及び／又はコンピュータプログラム製品とすることができる。コンピュータプログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有する１つ又は複数のコンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができる。
【００４７】
コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令実行デバイスによる使用のために命令を保持及び格納することができる有形デバイスとすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、電子ストレージデバイス、磁気ストレージデバイス、光ストレージデバイス、電磁気ストレージデバイス、半導体ストレージデバイス、又は上記のものの任意の適切な組合せとすることができるがこれらに限定されない。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例の非網羅的なリストは、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、記録された命令を有するパンチカード若しくは溝内に隆起した構造等の機械式コード化デバイス、及び上記のものの任意の適切な組合せを含む。コンピュータ可読ストレージ媒体は、本明細書で用いられる場合、無線波若しくは他の自由に伝搬する電磁波、導波路若しくは他の伝送媒体を通って伝搬する電磁波（例えば光ファイバケーブルを通る光パルス）、又は電線を通って伝送される電気信号のような一時的な信号自体と解釈されるべきではない。
【００４８】
本明細書で説明されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読ストレージ媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスにダウンロードすることもでき、又は、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク及び／又は無線ネットワークを経由して、外部コンピュータ若しくは外部ストレージデバイスにダウンロードすることもできる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ及び／又はエッジサーバを含むことができる。各コンピューティング／処理デバイス内のネットワーク・アダプタ・カード又はネットワーク・インタフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受け取り、そのコンピュータ可読プログラム命令をそれぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読ストレージ媒体にストレージのために転送する。
【００４９】
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械語命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ若しくはＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語及び「Ｃ」プログラミング言語若しくは類似のプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ若しくは複数のプログラミング言語の任意の組合せで記述されたソースコード若しくはオブジェクトコードのいずれかとすることができる。コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で実行される場合もあり、一部がユーザのコンピュータ上で独立型ソフトウェア・パッケージとして実行される場合もあり、一部がユーザのコンピュータ上で実行され、一部が遠隔コンピュータ上で実行される場合もあり、又は完全に遠隔コンピュータ若しくはサーバ上で実行される場合もある。後者のシナリオにおいては、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくは広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含むいずれかのタイプのネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続される場合もあり、又は外部コンピュータへの接続が行われる場合もある（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを用いたインターネットを通じて）。いくつかの実施形態において、例えばプログラム可能論理回路、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はプログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実施するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路を個別化することにより、コンピュータ可読プログラム命令を実行することができる。
【００５０】
本発明の態様は、本明細書において、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して説明される。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組合せは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装することができることが理解されるであろう。
【００５１】
これらのコンピュータ可読プログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えてマシンを製造し、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロック内で指定された機能／動作を実装するための手段を作り出すようにすることができる。これらのコンピュータプログラム命令を、コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、及び／又は他のデバイスを特定の方式で機能させるように指示することができるコンピュータ可読ストレージ媒体内に格納し、それにより、その中に格納された命令を有するコンピュータ可読媒体が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製品を含むようにすることもできる。
【００５２】
コンピュータ可読プログラム命令を、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイス上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置又は他のデバイス上で行わせてコンピュータ実装のプロセスを生成し、それにより、コンピュータ、他のプログラム可能装置又は他のデバイス上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するようにすることもできる。
【００５３】
図面内のフローチャート及びブロック図は、本開示の種々の実施形態による、システム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実装の、アーキテクチャ、機能及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又は命令の一部を表すことができる。いくつかの代替的な実装において、ブロック内に記された機能は、図中に記された順序とは異なる順序で行われることがある。例えば、連続して示された２つのブロックは、関与する機能に応じて、実際には実質的に同時に実行されることもあり、又はこれらのブロックはときとして逆順で実行されることもある。ブロック図及び／又はフローチャート図の各ブロック、及びブロック図及び／又はフローチャート図中のブロックの組合せは、指定された機能又は動作を実行する専用ハードウェア・ベースのシステムによって実装することもでき、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実行することもできることにも留意されたい。
【００５４】
本発明によるソフトウェア及び／又は方法のための可能なハードウェア及びソフトウェア環境の実施形態を、ここで図６、図７、図８、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。図６は、コンピュータシステム１００の種々の部分を示す機能的ブロック図であり、コンピュータ１０１、通信ユニット１０２、プロセッサセット１０４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースセット１０６、メモリデバイス１０８、持続的ストレージデバイス１１０、ディスプレイデバイス１１２、外部デバイスセット１１４、両方とも極低温ユニット１２０内に配置されたジョセフソン比較器セット１１６及び量子ビットセット１１８、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス１３０、キャッシュメモリデバイス１３２、並びにプログラム３００を含む。本発明のいくつかの実施形態において、極低温ユニット１２０は、コンピュータ１０１内に配置され、コンピュータ１０１は、スーパーコンピュータである。コンピュータシステム１００のいくつかの部分を、ここから以下の段落において説明する。
【００５５】
コンピュータ１０１は、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、デスクトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、又は任意のプログラム可能電子デバイスとすることができる。プログラム３００は、以下で詳述する特定のソフトウェア機能を作成し、管理し及び制御するために使用される機械可読命令及び／又はデータの集まりである。
【００５６】
コンピュータシステム１００は、多くの矢印を伴うブロック図として示される。これらの矢印（個別の符号は付していない）は、コンピュータシステム１００の種々の構成要素間の通信を提供する通信ファブリックを表す。この通信ファブリックは、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ、通信及びネットワークプロセッサなど）、システムメモリ、周辺デバイス、及びシステム内のその他の任意のハードウェア構成要素間でデータ及び／又は制御情報を渡すように設計された任意のアーキテクチャによって実装することができる。例えば、通信ファブリックは、少なくとも部分的に、１つ又は複数のバスで実装することができる。
【００５７】
メモリ１０８及び持続的ストレージ１１０は、コンピュータ可読ストレージ媒体である。一般に、メモリ１０８は、任意の適切な揮発性又は不揮発性コンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができる。さらに、現在及び／又は近い将来、（ｉ）外部デバイス（１１４）が、一部又は全部のメモリをコンピュータ１０１に供給することが可能であり得ること、及び／又は（ｉｉ）コンピュータ１０１の外部のデバイスが、コンピュータ１０１にメモリを提供することが可能であり得ることに留意されたい。
【００５８】
ジョセフソン比較器セット１１６は、絶対零度に近い極低温において動作する１つ以上のジョセフソン比較器を含む。これらの比較器のいくつかは、量子ビットセット１１８内に維持された種々の量子ビットの状態の「生の」読取り値を提供し、他のものは、単一磁束量子アナログ−デジタル変換器（ＳＦＱ  ＡＤＣ）の一部を形成する。プログラム３００は、各比較器の出力を読み出して比較器入力（アナログ入力信号レベル又は量子ビット状態等）の確率的決定を行う、確率的デジタイザである。
【００５９】
プログラム３００は、それぞれのコンピュータプロセッサ１０４のうちの１つ又は複数による通常はメモリ１０８の１つ又は複数のメモリを介したアクセス及び／又は実行のために、持続的ストレージ１１０内に格納される。持続的ストレージ１１０は、（ｉ）少なくとも一時的な信号よりも持続的であり、（ｉｉ）プログラム（そのソフトロジック及び／又はデータを含む）を有形媒体（磁気又は光学ドメイン等）上に格納し、かつ（ｉｉｉ）永久ストレージよりも実質的に持続性が低いものである。あるいは、データストレージは、持続的ストレージ１１０によって提供されるストレージ型式よりも持続的及び／又は永久的なものとすることができる。
【００６０】
プログラム３００は、機械可読及び実行可能命令及び／又は実体データ（すなわちデータベースに格納されたデータ型式）の両方を含むことができる。この特定の実施形態において、持続的ストレージ１１０は、磁気ハードディスクドライブを含む。可能な変形のいくつかを挙げると、持続的ストレージ１１０は、固体ハードドライブ、半導体ストレージデバイス、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はその他のプログラム命令若しくはデジタル情報を格納することが可能なコンピュータ可読ストレージ媒体を含むことができる。
【００６１】
持続的ストレージ１１０によって使用される媒体は、取外し可能なものとすることもできる。例えば、取外し可能ハードドライブを持続的ストレージ１１０のために使用することができる。その他の例は、光又は磁気ディスク、サムドライブ、及びスマートカードを含み、これらは、持続的ストレージ１１０の一部でもある別のコンピュータ可読ストレージ媒体に転送するためにドライブ内に挿入される。
【００６２】
通信ユニット１０２は、これらの例においては、コンピュータシステム１００の外部の他のデータ処理システム又はデバイスとの通信を規定する。これらの例において、通信ユニット１０２は、１つ又は複数のネットワークインタフェースカードを含む。通信ユニット１０２は、物理的通信リンク及び無線通信リンクのいずれか又は両方の使用を通じて通信を提供することができる。本明細書で論じるあらゆるソフトウェアモジュールは、通信ユニット（通信ユニット１０２等）を通じて持続的ストレージデバイス（持続的ストレージデバイス１１０等）にダウンロードすることができる。
【００６３】
Ｉ／Ｏインタフェースセット１０６は、コンピュータ１００と局所的にデータ通信接続することができる他のデバイスに対するデータの入力及び出力を可能にする。例えば、Ｉ／Ｏインタフェースセット１０６は、ジョセフソン比較器セット１１６とデータ通信接続する。加えて、Ｉ／Ｏインタフェースセット１０６は、外部デバイスセット１１４への接続を提供する。外部デバイスセット１１４は、典型的には、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、及び／又はその他のなんらかの適切な入力デバイスを含む。外部デバイスセット１１４はまた、例えばサムドライブ、携帯型光又は磁気ディスク、及びメモリカード等の携帯型コンピュータ可読ストレージ媒体も含む。本発明の実施形態を実施するために使用されるソフトウェア及びデータ、例えばプログラム３００は、このような携帯型コンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができる。これらの実施形態において、関連のソフトウェアは、全部又は一部が、Ｉ／Ｏインタフェースセット１０６を介して持続的ストレージデバイス１１０にロードされてもよい（又はされなくてもよい）。Ｉ／Ｏインタフェースセット１０６は、ディスプレイデバイス１１２ともデータ通信接続する。
【００６４】
ディスプレイデバイス１１２は、ユーザに対してデータを表示する機構を提供し、例えば、コンピュータ・モニタ又はスマートフォン・ディスプレイスクリーンとすることができる。
【００６５】
本明細書で説明されるプログラムは、本発明の特定の実施形態において、そのために実装された用途に基づいて識別される。しかしながら、本明細書における具体的なプログラム命名法は単に便宜上使用されるものであり、したがって本発明は、そのような命名法によって識別される及び／又は含意されるいずれかの特定の用途における使用にのみ限定されるべきものではないことを認識されたい。
【００６６】
本発明の種々の実施形態の説明は、例証の目的で提示したものであるが、網羅的であることも、又は開示された実施形態に限定することも意図しない。本発明の範囲及び思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本明細書で用いる用語は、実施形態の原理、実際的な用途、若しくは市場において見いだされる技術に優る技術的改善を最も良く説明するように、又は当業者が本明細書で開示される実施形態を理解することを可能にするように、選択されたものである。
【００６７】
図８、図９、及び図１０は、各々が本発明による方法を描くフローチャート２７０、２５０、及び２６０をそれぞれ示す。図７は、これらのフローチャートの方法ステップの少なくともいくつかを行うためのプログラム３００を示す。ここで、これらの方法及び関連付けられたソフトウェアを、以下の段落を通して、図７（ソフトウェアブロックについて）並びに図８、図９、及び図１０（方法ステップブロックについて）を広く参照しながら論ずる。図８、図９、及び図１０のフローチャートは、それぞれ、２つ（又はそれより多く）の既知状態間を区別するため（例えば量子ビットの状態を読み出すため）、基底帯域信号を推定するため、及び通過帯域信号を推定するための、確率的デジタイザの使用を説明する。
【００６８】
図８のフローチャート２７０は、ジョセフソン比較器セット１１６の中の比較器のグレーゾーン内にある入力信号を生成する量子ビットの２つの状態間を弁別するための方法を提示する。
【００６９】
処理は、ステップＳ２７１において開始し、固定パラメータモジュール（「ｍｏｄ」）３５１は、その後の解析の１回以上の繰り返しを通じて使用されることになる静的パラメータを取得する。フローチャート２７０のプロセスに関して、固定パラメータｍｏｄ３５１は、標本集合内の出力の数Ｎを取得し、そしてまた、各量子ビット状態に関連付けられた可能な入力信号パラメータ値の関数として「１」を出力するジョセフソン比較器セット１１６（図６参照）の中のジョセフソン比較器に関連付けられた確率も取得する。これら所定の確率は、これらのパラメータ値が比較器のグレーゾーン内にあるときには非自明である。固定された数の既知の可能な状態（この場合には２つ）が存在するので、各々の可能な状態又は信号レベルに対して１つずつ、離散的な確率集合が存在する。この離散的確率集合は、ここでは「固定」又は「静的」入力とみなされるが、それにもかかわらず、いくつかの実施形態は、このパラメータ及びその他のパラメータ（Ｎ等）を、それらの動作の間に、例えば経時的な比較器の環境条件（動作温度等）の変化に反応して動的に調整することができる。
【００７０】
処理はステップＳ２７２に進み、パラメータ計算ｍｏｄ３５５は、所与の標本集合内で観測される１の数によってどの信号レベル／量子ビット状態が表されるかについての仮説を立てるための１つ以上の閾値を、一般に正しい仮説の数を最大化することを目的として決定する。この場合、２つの可能な量子ビット状態間で仮説を立てるために１つの閾値が設定されるが、３つ以上の可能な離散的入力状態／信号レベルが存在するとともにその少なくとも１つが比較器のグレーゾーン内にあるようなジョセフソン比較器システムに対して、複数の閾値を設定することができる。
【００７１】
処理はステップＳ２７３に進み、比較器出力収集ｍｏｄ３５２は、各々が同じ量子ビット状態を測定するための試行に対応する、比較器出力のＮ標本の集合を収集する。
【００７２】
処理はステップＳ２７４に進み、確率／期待値推定器ｍｏｄ３５３は、収集ｍｏｄ３５２によって収集されたデータを用いて、標本集合内で比較器からの出力が「１」であった回数を計数することによって、出力パルスの実験的計数を生成する。
【００７３】
処理はステップＳ２７５へ進み、仮説器ｍｏｄ３５６は、１つの閾値（又はシステムが２より多い状態を有する場合には複数の値）に対して比較したこの実験的な１の観測率に基づいて、どの量子ビット状態が存在するかを決める。入力信号レベルは、必ずしも中間ステップとして推定する必要はないが、量子ビット状態に関する決定を行うために用いられる同じ統計的情報に基づいて推定することができることに留意されたい。
【００７４】
上記プロセスを次いで異なる量子ビット又は信号状態を表す別の標本集合に対して繰り返す。所与の適切な標本サイズ及びサンプリング速度の下で、この技法は、１つ以上の可能な信号値が比較器のグレーゾーン内にあるときであっても、離散的な信号又は量子ビット状態間を高精度で弁別することができ、比較器の弁別能力を有効に強化する。
【００７５】
図９のフローチャート２５０は、基底帯域信号を推定するための方法を提示する。図９のフローチャート２５０に関して、ジョセフソン比較器セット１１６の中の所与の比較器についての処理はステップＳ２５１で開始し、固定パラメータモジュール（「ｍｏｄ」）３５１は、その後の解析の１回以上の繰り返しを通じて使用されることになる静的パラメータを取得する。フローチャート２５０のプロセスに関して、固定パラメータｍｏｄ３５１は、標本集合内の出力の数Ｎと、ジョセフソン比較器セット１１６（図６参照）の中のジョセフソン比較器が「１」を出力する確率を比較器の入力信号レベルの関数として記述する単一変数確率曲線とを取得する。この確率は、信号レベルが比較器のグレーゾーン内にあるときには非自明である。この曲線は、ここでは「固定」又は「静的」入力とみなされるが、それにもかかわらず、いくつかの実施形態は、このパラメータ及びその他のパラメータ（Ｎ等）を、それらの動作の間に、例えば経時的な比較器の環境条件（動作温度等）の変化に反応して動的に調整することができる。
【００７６】
処理はステップＳ２５２に進み、比較器出力収集ｍｏｄ３５２は、比較器出力のＮ標本の集合を収集する。これらの出力は、各々「０」又は「１」のいずれかであり、典型的には、入力信号周波数に対して比較的短い期間にわたる比較器のクロックのパルスに対応する逐次的な出力である。
【００７７】
処理はステップＳ２５３に進み、確率／期待値推定器ｍｏｄ３５３は、標本集合内の１の観測頻度に基づいて、標本が取得された期間にわたって比較器からの任意の所与の出力が「１」である実験的確率を計算する。
【００７８】
処理はステップＳ２５４に進み、ルックアップ／ソルバｍｏｄ３５４は、ステップＳ２５１からの確率曲線を用いてこの実験的確率の逆関数を計算して、比較器への入力の信号レベルを推定する。あるいは、推定は、単に入力信号レベルが閾値の上又は下のどちらであるかの推定とすることができる。
【００７９】
上記プロセスを次いで別の標本集合に対して繰り返す。所与の適切な標本サイズ及びサンプリング速度の下で、この技法は、高精度で、比較器のグレーゾーン内にある信号レベルを解くことができ、比較器の感度をこの範囲内に有効に拡張する。
【００８０】
図１０のフローチャート２６０は、通過帯域信号を推定するための方法を提示する。この方法は、上記の方法と類似しているが、多変数期待値曲線（この場合には２変数関数を表す曲線）を使用するための適切な修正と共に４つの副標本を使用する。
【００８１】
処理はステップＳ２６１で開始し、固定パラメータモジュール（「ｍｏｄ」）３５１は、その後の解析の１回以上の繰り返しを通じて使用されることになる静的パラメータを取得する。フローチャート２６０のプロセスに関して、固定パラメータｍｏｄ３５１は、サンプリングレート及び／又は副標本当たりの観測数と、同相副標本及び直交副標本の両方についてジョセフソン比較器セット１１６（図６参照）の中のジョセフソン比較器の出力の期待値を比較器入力信号の振幅及び位相の関数として記述する多変数期待値曲線とを取得する。これらの確率は、振幅が比較器のグレーゾーン内にあるときには非自明である。上述のように、この曲線は、ここでは「固定」又は「静的」入力とみなされるが、それにもかかわらず、いくつかの実施形態は、このパラメータ及びその他のパラメータ（Ｎ等）を、それらの動作の間に、例えば経時的な比較器の環境条件（動作温度等）の変化に反応して動的に調整することができる。
【００８２】
処理はステップＳ２６２に進み、比較器出力収集ｍｏｄ３５２は、比較器出力のＮ標本の集合を収集する。しかしながら、ここでは各標本は、同相副標本と直交副標本との混合で構成される。これらの副標本は、各々「０」又は「１」のいずれかであり、典型的には、入力信号の帯域幅に対して比較的短い期間にわたる比較器のクロックのパルスに対応する逐次的な出力である。
【００８３】
処理はステップＳ２６３に進み、確率／期待値推定器ｍｏｄ３５３は、標本集合の同相部分集合又は直交部分集合内の１の観測頻度に適宜基づいて、標本が取得された期間にわたって、それぞれ同相副標本及び直交副標本を用いて、比較器からの同相出力及び直交出力に対する実験的な同相期待値及び直交期待値を計算する。
【００８４】
処理はステップＳ２６４に進み、ルックアップ／ソルバｍｏｄ３５４は、振幅及び位相を同相及び直交期待値に関連付ける連立方程式の組を解くことによって、比較器への入力信号の推定振幅及び位相を計算する。同相標本及び直交標本（これらは計数され及び／又は平均される）の両方が前のステップにおいて取得されているので、入力信号の振幅及び位相を推定することが可能である。このことは、２つの連立方程式を立てて、これら２つのパラメータについて解くことを可能にする。いくつかの状況において、解は、厳密な解ではなくて最適法に基づいたものである。いくつかの実施形態において、いずれか又は両方のパラメータ推定は、単に、パラメータ又はパラメータ集合が閾値レベルの上又は下のどちらであるかの推定とすることができる。
【００８５】
上記プロセスを次いで別の標本集合に対して繰り返す。所与の適切な標本サイズ及びサンプリング速度の下で、この技法は、高精度で、比較器のグレーゾーン内にある信号を解くことができ、比較器の感度をこの範囲内に有効に拡張する。
【００８６】
上記方法の各々において、計数及び／又は計数平均の使用は、総計測度（ａｇｇｒｅｇａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅ）の一型式であり、複数の入力から誘導された集計測度（ｓｕｍｍａｒｙ  ｍｅａｓｕｒｅ）であることに留意されたい。本発明のいくつかの実施形態で使用することができる総計測度のその他の非網羅的な例は、値の群の最小若しくは最大、メジアン若しくはモード、幾何平均、又は、単純移動平均、指数窓関数、若しくは他のいずれかの時間基準の重み付け関数のような時系列平均である。
【００８７】
いくつかの有用な定義を以下に示す。
【００８８】
本発明：「本発明」という用語によって記述される主題が出願時の請求項又は特許審査手続き後に最終的に交付される請求項のいずれかの範囲に含まれることの絶対的な指標として解釈すべきものではない。「本発明」という用語は、読者が、本明細書において潜在的に新規であると信ずべき開示についての一般的な心証を得ることを助けるために使用されるものであるが、この理解は、「本発明（現在の発明）（ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語の使用によって示されるように、仮の、暫定的なものであり、特許審査の過程で、関連情報が現れたとき及び請求項が潜在的に補正されたときに、変更を受ける。
【００８９】
実施形態：上記「本発明」の定義を参照のこと。同様の注意が用語「実施形態」にも当てはまる。
【００９０】
及び／又は：包含的論理和（ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ  ｏｒ）；例えば、Ａ、Ｂ「及び／又は」Ｃは、Ａ又はＢ又はＣのうちの少なくとも１つが真であり該当することを意味する。
【００９１】
モジュール／サブモジュール：ある種類の機能を行うように動作可能に働くハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアの任意の組であって、該モジュールは、（ｉ）単一の局所的近傍にある、（ｉｉ）広域に分散している、（ｉｉｉ）ソフトウェアコードのより大きな部分内の単一の近傍にある、（ｉｖ）ソフトウェアコードの単一部分内に位置する、（ｖ）単一のストレージデバイス、メモリ又は媒体内に位置する、（ｖｉ）機械的に接続されている、（ｖｉｉ）電気的に接続されている、及び／又は（ｖｉｉｉ）データ通信接続されている、そのいずれかを問わない。
【００９２】
コンピュータ：顕著なデータ処理能力及び／又は機械可読命令読み取り能力を有する任意のデバイスであって、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ラップトップコンピュータ、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ベース・デバイス、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、身体装着式又は挿入式コンピュータ、埋込みデバイス型コンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）ベース・デバイスを含むがこれらに限定されない。
【００９３】
連邦政府支援研究に関する陳述
本発明は、合衆国政府機関である国防省との契約番号Ｈ９８２３０−１３−Ｃ−０２２０の下で合衆国政府の支援により行われたものである。合衆国政府は、本発明に対して一定の権利を有する。
【符号の説明】
【００９４】
１００：コンピュータシステム
５００、６００、７００、９００：回路
５０１、５０２：ジョセフソン接合
５０６、６０６、７０６：入力信号
【図１】
2019512112.tif 000009
【図２】
2019512112.tif 000010
【図３】
2019512112.tif 000011
【図４】
2019512112.tif 000012
【図５】
2019512112.tif 000013
【図６】
2019512112.tif 000014
【図７】
2019512112.tif 000015
【図８】
2019512112.tif 000016
【図９】
2019512112.tif 000017
【図１０】
2019512112.tif 000018
【図１１】
2019512112.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月6日(2018.9.6)
【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】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
各確率が前記ジョセフソン比較器に対する入力信号の離散的パラメータ値の有効集合に対応する、前記ジョセフソン比較器からの出力パルスを観測することの所定の確率の集合を得ることと、
前記入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
前記出力集合のサイズに関して、前記ジョセフソン比較器からの出力パルスの計数に対する１つ以上の閾値を計算することと、
出力パルスの実験的計数を決定することと、
前記出力パルスの実験的計数を前記１つ以上の閾値に対して比較することによって、前記入力信号の前記離散的パラメータ値の仮説を立てることと、
を含み、
前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２】
パラメータ値の有効集合が２つのみ存在し、したがって１つの閾値のみが存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つの有効集合は、量子ビットの状態に対応する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の閾値は、正しくない仮説のワーストケース確率を最小化するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の閾値は、正しくない仮説の平均確率を最小化するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記入力信号を前置増幅することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合に基づいて、入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器が出力パルスを生成する確率を推定することと、
入力信号値の関数として確率を表す確率曲線を使用して、前記推定された確率の逆関数を計算することによって前記入力信号の値を推定することと、
を含み、
前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある入力信号値によって生成される、
方法。
【請求項８】
前記出力集合のサイズは、（ｉ）前記ジョセフソン比較器が前記入力信号をサンプリングするために使用したクロックの周波数を（ｉｉ）入力信号周波数で除したもの以下である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、較正によって決定される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプリングは、前記入力信号周波数よりも高い周波数で行われる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力集合内の前記出力は、前記ジョセフソン比較器からの逐次的な出力である、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記入力信号は、基底帯域信号である、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
前記入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された、同相出力及び直交出力の両方を含む出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合の前記同相出力に基づいて、前記ジョセフソン比較器の前記出力の同相期待値を推定することと、
収集された前記出力集合の前記直交出力に基づいて、前記ジョセフソン比較器の前記出力の直交期待値を推定することと、
振幅及び位相を同相期待値及び直交期待値に関連付ける連立方程式の組を解くことによって、入力信号振幅及び入力信号位相を推定することと、
を含み、
前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項１４】
前記出力集合のサイズは、（ｉ）前記ジョセフソン比較器が前記入力信号をサンプリングするために使用したクロックの周波数を（ｉｉ）入力信号帯域幅で除したもの以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記入力信号は、前記入力信号の周波数より低いレートでサンプリングされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記入力信号周波数は、前記比較器の最大サンプリングレートを超える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記出力集合内の前記出力は、前記ジョセフソン比較器からの逐次的な出力である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記入力信号は、通過帯域信号である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
収集された前記出力集合に基づいて、前記ジョセフソン比較器が出力パルスを生成する１つ以上の確率を推定することと、
１つ以上の入力信号パラメータの値を、前記推定された確率と、前記１つ以上の入力信号パラメータの関数として確率を表す確率曲線とを使用して推定することと、
を含み、
前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２０】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、較正によって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記確率曲線は、少なくとも部分的に、理論的モデル化によって決定される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記１つ以上の入力信号パラメータの値を推定することは、前記パラメータ値が閾値レベルの上又は下にあるかどうかを決定することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ジョセフソン比較器から情報を抽出するための方法であって、
入力信号をサンプリングすることに応答して前記ジョセフソン比較器によって生成された出力集合を収集することと、
前記出力集合を組み合わせて総計測度にすることと、
前記総計測度に基づいて、前記収集された出力を生成した量子ビット状態を決定することと、
を含み、
前記出力集合内の出力の少なくとも部分集合は、前記ジョセフソン比較器のグレーゾーン内にある１つ以上の入力信号パラメータ値の集合によって生成される、
方法。
【請求項２４】
前記量子ビット状態は、前記入力信号のいずれかのパラメータを最初に推定することなく、前記総計測度から直接決定される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記出力集合を組み合わせて総計測度にすることは、前記出力集合から出力の数の計数を作成することを含み、計数される各出力は同じ値を有し、
前記量子ビット状態を決定することは、
前記計数を、前記出力集合内の出力の総数に基づく閾値と比較することと、
前記計数が前記閾値より下であるとの決定に応答して、前記量子ビット状態が第１の量子ビット状態であると決定することと、
前記計数が前記閾値より上であるとの決定に応答して、前記量子ビット状態が第２の量子ビット状態であると決定することと、
を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記請求項のいずれか１項に記載の方法のすべてのステップを行うように適合された手段を含む、システム。
【請求項２７】
コンピュータに、前記請求項のいずれか１項に記載の方法のすべてのステップを実行させる、プログラム。
【国際調査報告】
2019512112.tif 000020
2019512112.tif 000021