(57)【要約】【課題】超伝導集積回路の要素間の相互インダクタンスの望まない不一致を緩和する。【解決手段】超伝導集積回路は、内部誘導結合要素と、その長さの少なくとも一部分に沿って内部誘導結合要素を囲む外部誘導結合要素とを有する磁束トランスを含み得る。磁束トランスは、第１の誘導結合要素と第２の誘導結合要素との間の相互インダクタンスが、第１の外部誘導結合要素から第１の内部誘導結合要素を分離する距離にほぼ直線的に比例するように同軸様形状を有し得る。第１の誘導結合要素および第２の誘導結合要素の少なくとも１つは、超伝導量子ビットなどの超伝導プログラマブル素子と結合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属層内に配置された第１の超伝導電流経路と、
少なくとも一部分は前記第１の金属層上に担持された第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層上に担持された第２の金属層内に配置された第２の超伝導電流経路であって、前記第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分は前記第１の超伝導電流経路の少なくとも一部分上に重なる、第２の超伝導電流経路と、
少なくとも一部分は前記第２の金属層上に担持された第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上に担持された第３の金属層内に配置された第３の超伝導電流経路であって、前記第３の超伝導電流経路の少なくとも一部分は前記第１の超伝導電流経路と前記第２の超伝導電流経路の両方の少なくとも一部分上に重なる、第３の超伝導電流経路と、
前記第１の超伝導電流経路と前記第３の超伝導電流経路との間の第１の超伝導接続部であって、前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層の両方を通じて延在する、第１の超伝導接続部と、
前記第１の超伝導電流経路と前記第３の超伝導電流経路との間の第２の超伝導接続部であって、前記第２の超伝導接続部は前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層の両方を通じて延在し、前記第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分は前記第１の超伝導電流経路の少なくとも一部分、前記第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分ならびに前記第１の超伝導接続部および前記第２の超伝導接続部によって形成される外部超伝導電流経路によって囲まれ、前記第２の超伝導電流経路は前記第３の超伝導電流経路であり、誘導結合を介して超伝導閉ループと通信可能に結合することが可能である、第２の超伝導接続部と
を備えた超伝導集積回路。
【請求項２】
前記第２の超伝導電流経路と前記外部超伝導電流経路との間の相互インダクタンスは、前記第１の誘電体層の厚さおよび前記第２の誘電体層の厚さにほぼ直線的に比例する、請求項１に記載の超伝導集積回路。
【請求項３】
前記第１の超伝導接続部および前記第２の超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含む、請求項１に記載の超伝導集積回路。
【請求項４】
前記第２の超伝導電流経路は、入力信号線の一部分であり、前記第１の超伝導電流経路と前記第３の超伝導電流経路の両方とも、超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項１に記載の超伝導集積回路。
【請求項５】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項４に記載の超伝導集積回路。
【請求項６】
前記第２の超伝導電流経路は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり、前記第１の超伝導電流経路と前記第３の超伝導電流経路の両方とも、入力信号線と結合する、請求項１に記載の超伝導集積回路。
【請求項７】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項６に記載の超伝導集積回路。
【請求項８】
第１のｘｙ平面において第１の金属層内に担持された第１の超伝導電流経路と、
第２のｘｙ平面において第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路であって、前記第１の超伝導電流経路上に重なる、第２の超伝導電流経路と、
前記第１の超伝導電流経路と前記第２の超伝導電流経路との間の第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部であって、前記第１の超伝導電流経路、前記第２の超伝導電流経路ならびに前記第１の超伝導接続部および前記第２の超伝導接続部は一緒になってｘｚ平面において超伝導閉ループを形成し、前記ｘｚ平面は前記第１のｘｙ平面および前記第２のｘｙ平面に直行し、前記超伝導閉ループは前記ｘｚ平面において囲まれたエリアを画定する、第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部と、
第３のｘｙ平面において第３の金属層内に担持された第３の超伝導電流経路であって、前記第３のｘｙ平面は前記第３の金属層が前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に位置するように前記第１のｘｙ平面と前記第２のｘｙ平面との間に位置し、前記第３の超伝導電流経路の長さは前記ｘｚ平面において画定される前記囲まれたエリアを通じて前記第３のｘｙ平面に延在し、前記第３の超伝導電流経路は誘導結合を介して前記超伝導閉ループと通信可能に結合することが可能である、第３の超伝導電流経路と
を備えた超伝導集積回路。
【請求項９】
前記第３の超伝導電流経路と前記超伝導閉ループとの間の相互インダクタンスは、前記超伝導閉ループの周囲から前記第３の超伝導電流経路を分離する距離にほぼ直線的に比例する、請求項８に記載の超伝導集積回路。
【請求項１０】
前記第１の超伝導接続部および前記第２の超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含む、請求項８に記載の超伝導集積回路。
【請求項１１】
前記第３の超伝導電流経路は、入力信号線の一部分であり、前記第１の超伝導電流経路と前記第２の超伝導電流経路の両方とも、超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項８に記載の超伝導集積回路。
【請求項１２】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項１１に記載の超伝導集積回路。
【請求項１３】
前記第３の超伝導電流経路は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり、前記第１の超伝導電流経路と前記第２の超伝導電流経路の両方とも、入力信号線と結合する、請求項８に記載の超伝導集積回路。
【請求項１４】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項１３に記載の超伝導集積回路。
【請求項１５】
第１の金属層内に配置された内部超伝導体を備えた第１の誘導結合要素であって、前記第１の金属層は２つの誘電体層間に位置する、第１の誘導結合要素と、
その長さの少なくとも一部分に沿って前記内部超伝導体を囲む外部超伝導体を備えた第２の誘導結合要素であって、前記外部超伝導体は２つの同一平面上の超伝導体によって形成され、それぞれが第２の金属層および第３の金属層内に配置され、少なくとも２つの超伝導接続部を前記２つの同一平面上の超伝導体間に有し、前記外部超伝導体は前記２つの誘電体層によって前記内部超伝導体から空間的に分離された、第２の誘導結合要素と
を備えた超伝導集積回路。
【請求項１６】
前記第１の誘導結合要素と前記第２の誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、前記２つの誘電体層のそれぞれの厚さに応じてほぼ直線的である、請求項１５に記載の超伝導集積回路。
【請求項１７】
前記第１の誘導結合要素は、入力信号線の一部分であり、前記第２の誘導結合要素は、超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項１５に記載の超伝導集積回路。
【請求項１８】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項１７に記載の超伝導集積回路。
【請求項１９】
前記第１の誘導結合要素は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり、前記第２の誘導結合要素は、入力信号線と結合する、請求項１５に記載の超伝導集積回路。
【請求項２０】
前記超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットである、請求項１９に記載の超伝導集積回路。
【請求項２１】
前記少なくとも２つの超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含む、請求項１５に記載の超伝導集積回路。
【請求項２２】
２つの誘電体層間に位置する第１の金属層内に配置された第１の超伝導電流経路を備えた第１の誘導結合要素と、
第２の金属層内に配置された第２の超伝導電流経路、第３の金属層内に配置された第３の超伝導電流経路、および、前記第２の誘導結合要素がその長さの少なくとも一部分に沿って前記第１の誘導結合要素を囲むように前記第２の超伝導電流経路と前記第３の超伝導電流経路との間に少なくとも２つの超伝導接続部を備えた第２の誘導結合要素と、
第１の超伝導プログラマブル素子と
を備えた超伝導集積回路。
【請求項２３】
前記第１の誘導結合要素と前記第２の誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、前記第１の誘導結合要素と前記第２の誘導結合要素を分離する距離にほぼ直線的に比例する、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２４】
前記少なくとも２つの超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含む、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２５】
前記第１の超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットを含む、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２６】
前記第１の誘導結合要素は、入力信号線の一部分を含み、前記第２の誘導結合要素は、前記第１の超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２７】
前記第１の誘導結合要素は、前記第１の超伝導プログラマブル素子と結合し、前記第２の誘導結合要素は、入力信号線と結合する、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２８】
２つの誘電体層間に位置する前記第１の金属層内に配置された第４の超伝導電流経路を備えた第３の誘導結合要素と、
前記第２の金属層内に配置された第５の超伝導電流経路、前記第３の金属層内に配置された第６の超伝導電流経路、および、前記第４の誘導結合要素が前記第３の誘導結合要素の少なくとも一部分を囲むように前記第５の超伝導電流経路と前記第６の超伝導電流経路との間に少なくとも２つの超伝導接続部を備えた第４の誘導結合要素と、
第２の超伝導プログラマブル素子と
をさらに備えた、請求項２２に記載の超伝導集積回路。
【請求項２９】
前記第３の誘導結合要素は、入力信号線の一部分を含み、前記第４の誘導結合要素は、前記第２の超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項２８に記載の超伝導集積回路。
【請求項３０】
前記第３の誘導結合要素は、前記第２の超伝導プログラマブル素子と結合し、前記第４の誘導結合要素は、入力信号線と結合する、請求項２８に記載の超伝導集積回路。
【請求項３１】
前記第１の誘導結合要素は、前記第３の誘導結合要素とガルバニック結合する、請求項２８に記載の超伝導集積回路。
【請求項３２】
前記第２の誘導結合要素は、前記第４の誘導結合要素とガルバニック結合する、請求項２８に記載の超伝導集積回路。
【請求項３３】
複数の導電層と絶縁層とを含み、これらの層は、導電性の少なくとも１つの第１の内部誘導結合要素と導電性の少なくとも１つの第１の外部誘導結合要素とを含み、前記第１の外部誘導結合要素は、前記導電層と絶縁層の複数の層を通じて延在し、その長さの少なくとも一部分に沿って前記第１の内部誘導結合要素を囲み、前記第１の外部誘導結合要素は、前記第１の内部誘導結合要素から電気的に絶縁され、それらの間で誘導通信ができるように十分に狭い間隔が設けられる超伝導集積回路。
【請求項３４】
前記第１の内部誘導結合要素および前記第１の外部誘導結合要素の少なくとも１つは、臨界温度を下回ると超伝導性となる導電材料から形成される、請求項３３に記載の超伝導集積回路。
【請求項３５】
前記第１の内部誘導結合要素および前記第１の外部誘導結合要素の少なくとも１つは、超伝導プログラマブル素子と結合する、請求項３３に記載の超伝導集積回路。
【請求項３６】
前記第１の内部誘導結合要素と前記第１の外部誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、前記第１の外部誘導結合要素から前記第１の内部誘導結合要素を分離する距離にほぼ直線的に比例する、請求項３３に記載の超伝導集積回路。
【請求項３７】
導電性の第２の外部誘導結合要素をさらに備え、前記第２の外部誘導結合要素は、前記導電層と絶縁層の複数の層を通じて延在し、その長さの少なくとも一部分に沿って前記第１の内部誘導結合要素を囲み、前記第２の外部誘導結合要素は、前記第１の内部誘導結合要素から電気的に絶縁され、それらの間で誘導通信ができるように十分に狭い間隔が設けられ、前記第２の外部誘導結合要素は、前記第１の外部誘導結合要素とガルバニック結合される、請求項３３に記載の超伝導集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ」という名称で２０１０年１月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／２９５，５６１号明細書および２０１０年１１月１１日に出願された米国非仮特許出願第１２／９４４，５１８号明細書の利益を主張するものであり、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本システムおよび方法は、概して、超伝導集積回路に関し、具体的には、超伝導集積回路の要素間の相互インダクタンスの望まない不一致を緩和することに関する。
【背景技術】
【０００３】
超伝導量子ビット
量子コンピュータにおける使用に対して、多くの異なるハードウェアおよびソフトウェア手法が検討されている。あるハードウェア手法では、アルミニウムおよび／またはニオブなどの超伝導材料で形成される集積回路を使用し、超伝導量子ビットを規定する。超伝導量子ビットは、情報の符号化に使用される物理的特性に応じていくつかのカテゴリに分けることができる。例えば、超伝導量子ビットは、電荷、磁束および位相素子に分けることができる。電荷素子は、素子の電荷状態で情報を記憶して操作する。磁束素子は、素子の一部を通る磁束と関連する変数で情報を記憶して操作する。位相素子は、位相素子の２つの領域間における超伝導位相の差異と関連する変数で情報を記憶して操作する。
【０００４】
多くの異なる形態の超伝導磁束量子ビットが当技術分野において実装されてきたが、成功したすべての実装形態は一般に、少なくとも１つのジョセフソン接合により遮断される超伝導ループ（すなわち、「量子ビットループ」）を含む。いくつかの実施形態は、互いに直列および／または並列に接続された複数の超伝導ループを実装する。いくつかの実施形態は、互いに直列または並列のいずれかで接続された複数のジョセフソン接合を実装する。当技術分野では、互いに並列に接続された一対のジョセフソン接合が複合ジョセフソン接合（「ＣＪＪ」）として公知である。
【０００５】
量子プロセッサ
コンピュータプロセッサは、超伝導量子プロセッサなどの量子プロセッサの形態をとり得る。超伝導量子プロセッサは、複数の量子ビットおよび付随する局所バイアス素子、例えば、２つ以上の超伝導量子ビットを含み得る。本システムおよび方法と併せて使用することができる例示的な量子プロセッサのさらなる詳細および実施形態は、米国特許第７，５３３，０６８号明細書、米国特許出願公開第２００８−０１７６７５０号明細書、米国特許出願公開第２００９−０１２１２１５号明細書およびＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３７９８４号明細書（公報、国際公開第２００９／１２０６３８号パンフレット）に記載されている。
【０００６】
超伝導プロセッサ
コンピュータプロセッサは、超伝導プロセッサの形態をとり得るが、超伝導プロセッサは、従来の意味での量子プロセッサではない場合がある。例えば、超伝導プロセッサのいくつかの実施形態は、量子トンネル現象、重ね合わせおよび絡み合いなどの量子効果に焦点を置かずに、むしろ、異なる原理、例えば古典的なコンピュータプロセッサの動作を支配する原理などを重視して動作し得る。しかし、そのような超伝導プロセッサの実装には依然としてある種の利点が存在し得る。それらの自然の物理的特性のため、超伝導プロセッサは一般に、非超伝導プロセッサよりもスイッチング速度を速く、そして計算時間を短くすることが可能であり、したがって、超伝導プロセッサ上のある種の問題の解決においてより実用的であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
少なくとも１つの実施形態を超伝導集積回路として要約することができ、超伝導集積回路は、第１の金属層内に配置された第１の超伝導電流経路と、少なくとも一部分は第１の金属層上に担持された第１の誘電体層と、第１の誘電体層上に担持された第２の金属層内に配置された第２の超伝導電流経路であって、第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分は第１の超伝導電流経路の少なくとも一部分上に重なる、第２の超伝導電流経路と、少なくとも一部分は第２の金属層上に担持された第２の誘電体層と、第２の誘電体層上に担持された第３の金属層内に配置された第３の超伝導電流経路であって、第３の超伝導電流経路の少なくとも一部分は第１の超伝導電流経路と第２の超伝導電流経路の両方の少なくとも一部分上に重なる、第３の超伝導電流経路と、第１の超伝導電流経路と第３の超伝導電流経路との間の第１の超伝導接続部であって、第１の誘電体層と第２の誘電体層の両方を通じて延在する、第１の超伝導接続部と、第１の超伝導電流経路と第３の超伝導電流経路との間の第２の超伝導接続部であって、第２の超伝導接続部は第１の誘電体層と第２の誘電体層の両方を通じて延在し、第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分は第１の超伝導電流経路の少なくとも一部分、第２の超伝導電流経路の少なくとも一部分ならびに第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部によって形成される外部超伝導電流経路によって囲まれ、第２の超伝導電流経路は信号を外部超伝導電流経路に誘導結合するよう構成された、第２の超伝導接続部とを含む。いくつかの実施形態では、第２の超伝導電流経路と外部超伝導電流経路との間の相互インダクタンスは、第１の誘電体層の厚さおよび第２の誘電体層の厚さにほぼ直線的に比例し得る。第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の超伝導電流経路は、入力信号線の一部分であり得、第１の超伝導電流経路と第３の超伝導電流経路の両方とも、超伝導プログラマブル素子と結合することができる。他の実施形態では、第２の超伝導電流経路は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり得、第１の超伝導電流経路と第３の超伝導電流経路の両方とも、入力信号線と結合することができる。超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットであり得る。
【０００８】
少なくとも１つの実施形態を超伝導集積回路として要約することができ、超伝導集積回路は、第１のｘｙ平面において第１の金属層内に担持された第１の超伝導電流経路と、第２のｘｙ平面において第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路であって、第１の超伝導電流経路上に重なる、第２の超伝導電流経路と、第１の超伝導電流経路と第２の超伝導電流経路との間の第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部であって、第１の超伝導電流経路、第２の超伝導電流経路ならびに第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部は一緒になってｘｚ平面において超伝導閉ループを形成し、ｘｚ平面は第１のｘｙ平面および第２のｘｙ平面に直行し、超伝導閉ループはｘｚ平面において囲まれたエリアを画定する、第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部と、第３のｘｙ平面において第３の金属層内に担持された第３の超伝導電流経路であって、第３のｘｙ平面は第３の金属層が第１の金属層と第２の金属層との間に位置するように第１のｘｙ平面と第２のｘｙ平面との間に位置し、第３の超伝導電流経路の長さはｘｚ平面において画定される囲まれたエリアを通じて第３のｘｙ平面に延在し、第３の超伝導電流経路は信号を超伝導閉ループに誘導結合するよう構成された、第３の超伝導電流経路とを含む。例えば、第３の超伝導電流経路は、誘導結合を介して超伝導閉ループと通信可能に結合することが可能である。いくつかの実施形態では、第３の超伝導電流経路と超伝導閉ループとの間の相互インダクタンスは、超伝導閉ループの周囲から第３の超伝導電流経路を分離する距離にほぼ直線的に比例し得る。第１の超伝導接続部および第２の超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含み得る。いくつかの実施形態では、第３の超伝導電流経路は、入力信号線の一部分であり得、第１の超伝導電流経路と第２の超伝導電流経路の両方とも、超伝導プログラマブル素子と結合することができる。他の実施形態では、第３の超伝導電流経路は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり得、第１の超伝導電流経路と第２の超伝導電流経路の両方とも、入力信号線と結合することができる。超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットであり得る。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態を超伝導集積回路として要約することができ、超伝導集積回路は、第１の金属層内に配置された内部超伝導体を備えた第１の誘導結合要素であって、第１の金属層は２つの誘電体層間に位置する、第１の誘導結合要素と、その長さの少なくとも一部分に沿って内部超伝導体を囲む外部超伝導体を備えた第２の誘導結合要素であって、外部超伝導体は２つの同一平面上の超伝導体によって形成され、それぞれが第２の金属層および第３の金属層内に配置され、少なくとも２つの超伝導接続部を２つの同一平面上の超伝導体間に有し、外部超伝導体は２つの誘電体層によって内部超伝導体から空間的に分離された、第２の誘導結合要素とを含む。第１の誘導結合要素と第２の誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、２つの誘電体層のそれぞれの厚さに応じてほぼ直線的であり得る。いくつかの実施形態では、第１の誘導結合要素は、入力信号線の一部分であり得、第２の誘導結合要素は、超伝導プログラマブル素子と結合することができる。他の実施形態では、第１の誘導結合要素は、超伝導プログラマブル素子の一部分であり得、第２の誘導結合要素は、入力信号線と結合することができる。超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットであり得る。少なくとも２つの超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含み得る。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態を超伝導集積回路として要約することができ、超伝導集積回路は、２つの誘電体層間に位置する第１の金属層内に配置された第１の超伝導電流経路を備えた第１の誘導結合要素と、第２の金属層内に配置された第２の超伝導電流経路、第３の金属層内に配置された第３の超伝導電流経路、および、第２の誘導結合要素がその長さの少なくとも一部分に沿って第１の誘導結合要素を囲むように第２の超伝導電流経路と第３の超伝導電流経路との間に少なくとも２つの超伝導接続部を備えた第２の誘導結合要素と、第１の超伝導プログラマブル素子とを含む。第１の誘導結合要素と第２の誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、第１の誘導結合要素と第２の誘導結合要素を分離する距離にほぼ直線的に比例し得る。少なくとも２つの超伝導接続部の各々は、少なくとも１つのそれぞれの超伝導ビアを含み得る。第１の超伝導プログラマブル素子は、超伝導量子ビットを含み得る。いくつかの実施形態では、第１の誘導結合要素は、入力信号線の一部分を含み得、第２の誘導結合要素は、第１の超伝導プログラマブル素子と結合することができる。他の実施形態では、第１の誘導結合要素は、第１の超伝導プログラマブル素子と結合することができ、第２の誘導結合要素は、入力信号線と結合することができる。いくつかの実施形態では、超伝導集積回路は、２つの誘電体層間に位置する第１の金属層内に配置された第４の超伝導電流経路を備えた第３の誘導結合要素と、第２の金属層内に配置された第５の超伝導電流経路、第３の金属層内に配置された第６の超伝導電流経路、および、第４の誘導結合要素が第３の誘導結合要素の少なくとも一部分を囲むように第５の超伝導電流経路と第６の超伝導電流経路との間に少なくとも２つの超伝導接続部を備えた第４の誘導結合要素と、第２の超伝導プログラマブル素子とを含み得る。第３の誘導結合要素は、入力信号線の一部分を含み得、第４の誘導結合要素は、第２の超伝導プログラマブル素子と結合することができる。あるいは、第３の誘導結合要素は、第２の超伝導プログラマブル素子と結合することができ、第４の誘導結合要素は、入力信号線と結合することができる。第１の誘導結合要素は、第３の誘導結合要素とガルバニック結合することができる。第２の誘導結合要素は、第４の誘導結合要素とガルバニック結合することができる。
【００１１】
少なくとも１つの実施形態を超伝導集積回路として要約することができ、超伝導集積回路は、複数の導電層と絶縁層とを含み、これらの層は、導電性の少なくとも１つの第１の内部誘導結合要素と導電性の少なくとも１つの第１の外部誘導結合要素とを含み、第１の外部誘導結合要素は、導電層と絶縁層の複数の層を通じて延在し、その長さの少なくとも一部分に沿って第１の内部誘導結合要素を囲み、第１の外部誘導結合要素は、第１の内部誘導結合要素から電気的に絶縁され、それらの間で誘導通信ができるように十分に狭い間隔が設けられる。いくつかの実施形態では、第１の内部誘導結合要素および第１の外部誘導結合要素の少なくとも１つは、臨界温度を下回ると超伝導性となる導電材料から形成することができる。第１の内部誘導結合要素および第１の外部誘導結合要素の少なくとも１つは、超伝導プログラマブル素子と結合することができる。第１の内部誘導結合要素と第１の外部誘導結合要素との間の相互インダクタンスは、第１の外部誘導結合要素から第１の内部誘導結合要素を分離する距離にほぼ直線的に比例し得る。いくつかの実施形態では、超伝導集積回路は、導電性の第２の外部誘導結合要素を含み得、第２の外部誘導結合要素は、導電層と絶縁層の複数の層を通じて延在し、その長さの少なくとも一部分に沿って第１の内部誘導結合要素を囲み、第２の外部誘導結合要素は、第１の内部誘導結合要素から電気的に絶縁され、それらの間で誘導通信ができるように十分に狭い間隔が設けられ、第２の外部誘導結合要素は、第１の外部誘導結合要素とガルバニック結合される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
図面では、同一の参照番号は同様の要素または動作と見なす。図面における要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも原寸に比例するとは限らない。例えば、さまざまな要素の形状および角度は原寸に比例しておらず、これらのいくつかの要素は、図面を読み易くするために任意に拡大および位置付けされる。さらに、描かれている要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関するいかなる情報も伝えることを意図しておらず、図面における認識を容易にするために、単に選択されただけである。
【００１３】
【図１】いくつかの誘導結合を用いた超伝導磁束量子ビットを備えた超伝導集積回路の概略図である。
【図２】３つの超伝導磁束量子ビットを含む超伝導集積回路の概略図であり、３つの超伝導磁束量子ビットの各々は、それぞれの磁束トランスを通じて同じ入力信号線に誘導結合されたそれぞれのＣＪＪを有する。
【図３】磁束トランスを示す多層超伝導集積回路の断面図である。
【図４】２つの超伝導電流経路が第１の誘電体層によって分離される第１の磁束トランスおよび２つの超伝導電流経路が第２の誘電体層によって分離される第２の磁束トランスを示す多層超伝導集積回路の断面図である。
【図５】２つの超伝導電流経路が誘電体層によって分離される第１の磁束トランスおよび２つの超伝導電流経路が同じ誘電体層によって分離される第２の磁束トランスを示す多層超伝導集積回路の断面図である。
【図６】本システムおよび方法の一実施形態による、同軸磁束トランスを示す多層超伝導集積回路の断面図である。
【図７】２つの同軸磁束トランスを使用した例示的な超伝導集積回路の断面図を示す。
【図８Ａ】多層を備えた同軸磁束トランスの上面図であり、各層はそれぞれのｘｙ平面に相当する。
【図８Ｂ】図８Ａからの同軸磁束トランスの底面図であり、第２の「外部」超伝導電流経路を示す。
【図９Ａ】２つの外部超伝導電流経路間の超伝導接続部として長いビア様トレンチを使用した同軸磁束トランスの上面図である。
【図９Ｂ】図９Ａからの同軸磁束トランスの底面図であり、第２の「外部」超伝導電流経路を示す。
【図１０】３つのプログラマブル素子を含む超伝導集積回路の概略図であり、３つのプログラマブル素子の各々は、同じ入力信号線に誘導結合されたそれぞれの信号受信器を有する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明にはいくつかの特定の詳細が含まれ、これにより開示されたさまざまな実施形態を十分に理解することができる。しかし、当業者であれば、実施形態はこれらの特定の詳細の１つもしくは複数がなくともまたは他の方法、コンポーネント、材料などを用いても実施することができることが認識できよう。他の例では、量子素子、結合素子ならびにマイクロプロセッサおよび駆動回路を含む制御システムなどの量子プロセッサと関連する周知の構造体は、本システムおよび方法の実施形態の説明を不要に曖昧にすることを避けるため、詳細には示されておらず、詳細に記載されてもいない。本明細書および添付の特許請求の範囲の全体を通して、用語「要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）」および「複数の要素（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）」を使用して、これらに限定されないが、量子プロセッサと関連するすべてのそのような構造、システムおよび素子ならびにこれらに関連するプログラマブルパラメータを包含する。
【００１５】
文脈上必要でない限り、本明細書および後に記載される添付の特許請求の範囲の全体を通して、用語「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」ならびに「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含み、備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのその変形語は、オープンで包括的な意味、すなわち、「〜を含むが、これらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」の意味で解釈されるものとする。
【００１６】
本明細書全体を通して、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「別の実施形態（ａｎｏｔｈｅｒ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、その実施形態と関連して記載された特定の指示対象の特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体におけるさまざまな箇所での節「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「別の実施形態（ａｎｏｔｈｅｒ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を言及しているとは限らない。さらに、１つまたは複数の実施形態において、特定の特徴、構造または特性を任意の適切な様式で組み合わせることができる。
【００１７】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでないことを示さない限り、複数形の指示対象を含むことに留意すべきである。したがって、例えば、「量子プロセッサ（ａ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）」を含む問題解決システムへの言及は、単一の量子プロセッサまたは２つ以上の量子プロセッサを含む。また、用語「または、もしくは（ｏｒ）」は、文脈上明らかにそうでないことを示さない限り、一般に「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を含む意味で使用されることも留意すべきである。
【００１８】
本明細書で提供される見出しは、便宜のためにのみ付されているものであり、実施形態の範囲または意味を解釈するためのものではない。
【００１９】
本明細書に記載されるさまざまな実施形態は、超伝導集積回路の要素間の相互インダクタンスの不一致を緩和するためのシステムおよび方法を提供する。一例として、そのような不一致は、製作過程における欠陥に起因する場合がある。本システムおよび方法は、任意の集積回路に適用することができ、特に、超伝導量子プロセッサなどの超伝導プロセッサを具体化する超伝導集積回路において役に立つ。本明細書の残り全体を通して、超伝導量子コンピューティングの分野における適用例について例示を目的として記載するが、当業者であれば、本明細書の教示は量子コンピューティングにおける適用に限定されないことが理解されよう。
【００２０】
多くの超伝導集積回路が信号転送手段として素子間で誘導結合を使用している。そのような誘導結合は、通常、電気的に絶縁された２つの「誘導結合要素」によって形成される磁束トランスを通じて実現される。通例では、誘導結合要素は、それらの間で相互インダクタンスを形成するよう互いに十分近くに位置する超伝導インダクタである。超伝導集積回路における信号転送手段としての誘導結合の一使用例を図１に示す。
【００２１】
図１は、いくつかの誘導結合１２１〜１２７を用いた超伝導磁束量子ビット１０１を備えた超伝導集積回路１００の概略図である。各誘導結合１２１〜１２７は、それらの間で相互インダクタンスを形成するよう互いに十分近くに位置する一対の超伝導インダクタを備えたそれぞれの磁束トランスを通じて実現される。それぞれの誘導結合１２１〜１２７は、超伝導集積回路１００の操作に必要な信号転送手段を提供する。例えば、誘導結合１２１は、入力信号線１３１とＣＪＪ１３２との間で信号転送手段を提供する。当業者であれば、入力信号線１３１とＣＪＪ１３２との間で実現された相互インダクタンスの強度が、例えば、２つのインダクタを分離する間隙のサイズを含むさまざまな因子に依存し得ることが理解されよう。超伝導集積回路１００がこの相互インダクタンスを特定の正確な値によって特徴付けるという意図で設計される場合、回路は、その値を得るために正確な過程で製作される必要がある。製作過程における差異または不一致は相互インダクタンスの意図する値と得られた実際の値との間の望まない不一致をもたらす恐れがある。したがって、それぞれの誘導結合１２１〜１２７で実現される相互インダクタンスは、少なくともある程度は、超伝導集積回路１００が製作される過程に依存する。
【００２２】
多くの適用例では、製作された回路で実現される実際の相互インダクタンスは、設計された公称値と正確に一致する必要はない。例えば、いくつかの適用例では、２つの誘導結合要素間で実現された相互インダクタンスの実際の値を特徴付け（例えば、予備測定を実行することによって）、それに応じて、印加された信号をスケーリングすることによって設計された公称値とのいかなる差異にも対応することが可能であり得る。しかし、いくつかの適用例では、相互インダクタンスの実際の値と設計された公称値との間のいかなる不一致の影響も緩和すること、および／または、複数の相互インダクタンスを使用する超伝導集積回路全体にわたって実現された相互インダクタンスにおけるいかなるドリフトもしくは矛盾も緩和することが有利であり得る。そのような緩和が有利となる一適用例は、同じ信号源から信号を受信するために誘導結合された複数の要素を含む超伝導集積回路である。
【００２３】
図２は、３つの超伝導磁束量子ビット２０１〜２０３を含む超伝導集積回路２００の概略図であり、３つの超伝導磁束量子ビット各々は、それぞれの磁束トランス２２１〜２２３を通じて同じ入力信号線２１０に誘導結合されたそれぞれのＣＪＪを有する。それぞれの磁束トランス２２１〜２２３は、誘導結合要素のそれぞれの対を備える。当業者であれば、量子ビット２０１〜２０３の構造およびコンポーネントは図２の目的のために簡素化され、超伝導集積回路２００は図示されていない追加のコンポーネントおよび素子を含み得ることが理解されよう。それぞれの量子ビット２０１〜２０３が同じ入力信号線２１０と誘導結合されているが、各量子ビットが入力信号線２１０によって運ばれた任意の所与の信号から実際に受信する信号の大きさは、少なくともある程度は、各磁束トランス２２１〜２２３におけるそれぞれの相互インダクタンスに依存する。例えば、磁束トランス２２１がＭ１の相互インダクタンスを実現し、磁束トランス２２２がＭ２（Ｍ２はＭ１より大きい）の相互インダクタンスを実現する場合（他のすべてのものは等しい）、量子ビット２０２は、入力信号線２１０によって運ばれた任意の所与の信号に対して、量子ビット２０１によって受信されたものより大きい信号を受信する。入力信号線２１０によって運ばれた任意の所与の信号に対して、量子ビット２０１〜２０３すべてが実質的に同じ大きさの信号を受信することが望ましい適用例では、磁束トランス２２１〜２２３におけるそれぞれの相互インダクタンスは互いに実質的に類似していることが有利である。先に記載された通り、磁束トランス（磁束トランス２２１〜２２３のいずれかなどの）における相互インダクタンスは、少なくともある程度は、２つのインダクタ間の間隙のサイズに依存し得る。
【００２４】
超伝導集積回路は多層で構成することができ、その一部は、超伝導電流経路を設ける金属層であり得、その一部は、隣接する金属層間の構造的支持および電気的絶縁を提供する誘電体層であり得る。そのような回路では、磁束トランスは、第１の金属層内に配置された第１の超伝導電流経路によって具体化された第１の誘導結合要素を第２の金属層内に配置された第２の超伝導電流経路によって具体化された第２の誘導結合要素に誘導結合することによって、実現することができ、第１の金属層および第２の金属層は誘電体層によって分離される。本明細書の残り全体を通して、この形状は「並列インダクタ」形状と呼ばれるが、当業者であれば、用語「並列」はこの文脈において漠然と使用され、２つのインダクタはわずかに並列からずれる場合があることが理解されよう。
【００２５】
図３は、「並列インダクタ」形状を使用する磁束トランス３０１を示す多層超伝導集積回路３００の断面図である。磁束トランス３０１は、第１の金属層内に担持された第１の超伝導電流経路３１１と第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路３１２との間での誘導結合を可能にし、第１の金属層および第２の金属層は誘電体層３２０によって互いに分離される。超伝導電流経路３１１と３１２を分離する間隙のサイズは誘電体層３２０の厚さによって決定され、したがって、磁束トランス３０１における相互インダクタンスは、少なくともある程度は、誘電体層３２０の厚さに依存する。大部分の適用例では、超伝導集積回路３００が特定の公称厚さの誘電体層３２０で設計されていることになることを踏まえ、それに応じて磁束トランス３０１における特定の公称相互インダクタンスが要求される。誘電体層３２０の設計された公称厚さと誘電体層３２０の実際に製作された厚さとの間のいかなる不一致も、磁束トランス３０１における設計された公称相互インダクタンスと磁束トランス３０１で実現される実際の相互インダクタンスとの間の不一致をもたらす恐れがある。先に述べた通り、そのような不一致は、通常、単一のトランスの操作において克服することができるが（例えば、印加された信号をスケーリングすることによって）、複数の磁束トランスが同時に実質的に類似した相互インダクタンスを実現することが望まれる状況では有害である場合がある。そのような不一致が「並列インダクタ」形状を使用する複数の磁束トランス間でどのように起こり得るかに関する２つの例を図４および５に示す。
【００２６】
図４は、２つの誘導結合要素４１１、４３０が第１の誘電体層４２１によって分離される第１の磁束トランス４０１および２つの誘導結合要素４３０、４１２が第２の誘電体層４２２によって分離される第２の磁束トランス４０２を示す多層超伝導集積回路４００の断面図である。この説明例では、誘電体層４２１および４２２は両方とも、磁束トランス４０１および４０２のそれぞれにおいて実質的に同じ公称相互インダクタンスを実現するため、互いに同じ公称厚さを有するよう設計された。しかし、製作過程における何らかの欠陥のため、誘電体層４２１は誘電体層４２２より厚くした（または、代替の観点から、誘電体層４２２は誘電体層４２１より薄くした）。他のすべてのものが等しく保持された場合、両方とも同じ公称相互インダクタンスを有するよう設計されたが、磁束トランス４０１は磁束トランス４０２より小さい実際の相互インダクタンスを有することになる。さらに、磁束トランス４０１における誘導結合要素（４３０）は磁束トランス４０２における誘導結合要素（４３０）とガルバニック結合されるため、超伝導集積回路４００の操作においてそれぞれの相互インダクタンス間の不一致に対応することは特に難しい。また、磁束トランス４０１の実際の相互インダクタンスに対応するよう設計されたあらゆる信号調整も磁束トランス４０２によって捉えられ、逆もまた同様である。
【００２７】
図５は、２つの誘導結合要素５１１、５３０が誘電体層５２０によって分離される第１の磁束トランス５０１および２つの誘導結合要素５１２、５３０が同じ誘電体層５２０によって分離される第２の磁束トランス５０２を示す多層超伝導集積回路５００の断面図である。この説明例では、誘電体層５２０は、磁束トランス５０１および５０２のそれぞれにおいて実質的に同じ公称相互インダクタンスを実現するため、実質的に均一の公称厚さを有するよう設計された。しかし、製作過程における何らかの欠陥のため、誘電体層５２０の実際の厚さは均一ではなく、磁束トランス５０１は、磁束トランス５０２よりも薄い誘電体層を捉える。他のすべてのものが等しく保持された場合、両方とも同じ公称相互インダクタンスを有するよう設計されたが、磁束トランス５０１は磁束トランス５０２より大きい実際の相互インダクタンスを有することになる。さらに、磁束トランス５０１における誘導結合要素（５３０）は磁束トランス５０２における誘導結合要素（５３０）とガルバニック結合されるため、超伝導集積回路５００の操作においてそれぞれの実際の相互インダクタンス間の不一致に同時に対応することは特に難しい。
【００２８】
本システムおよび方法によれば、磁束トランスにおける相互インダクタンスは、同軸様形状を実装することによって、製作における不一致に対してよりロバストにすることができる。いくつかの実施形態では、「同軸磁束トランス」は、超伝導集積回路の第１の金属層内に担持された内部超伝導電流経路によって形成された第１の誘導結合要素と、内部超伝導経路の長さの少なくとも一部分に沿って内部超伝導電流経路を完全に囲む外部超伝導電流経路によって形成された第２の誘導結合要素とを備え得る。
【００２９】
図６は、本システムおよび方法の一実施形態による、同軸磁束トランス６０１を示す多層超伝導集積回路６００の断面図である。同軸磁束トランス６０１は、互いに誘導結合した誘導結合要素を含むという点において図３からの磁束トランス３０１と同様である。磁束トランス３０１は、２つの誘導結合要素３１１および３１２が誘電体層３２０の両側に互いに並列に位置する「並列インダクタ」形状を使用する。逆に、磁束トランス６０１は、内部超伝導電流経路６３０が外部超伝導電流経路６３１によって囲まれる同軸様形状を使用する。外部超伝導電流経路６３１は超伝導閉ループであり、例えば、第１の金属層内に担持された第１の超伝導電流経路６１１と、第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路６１２と、それらの間にある少なくとも２つの超伝導接続部６４１、６４２とによって形成することができる。図３からの磁束トランス３０１では、信号は、並列の超伝導電流経路３１１と３１２との間で誘導結合することができる。一方、図６からの同軸磁束トランス６０１では、信号は、内部超伝導電流経路６３０と超伝導電流経路６１１、６１２、６４１および６４２によって形成される外部超伝導電流経路６３１との間で誘導結合することができる。磁束トランスにおいて同軸様形状を実装することによって、実現された相互インダクタンスは、導体間の間隙のサイズの差異にそれほど敏感ではなくなる（例えば、いくつかの実施形態では、対数関数的に敏感であるなどほぼ直線的に敏感である）。したがって、同軸トランスは、製作における不一致に対して、図３〜５に示される一般的な「並列インダクタ」形状よりロバストである。
【００３０】
図示される通り、超伝導集積回路６００は３つの金属層と２つの誘電体層を含むが、当業者であれば、本システムおよび方法は異なる数の層を収容するよう適合させ得ることが理解されよう。同軸磁束トランス６０１は、第１の金属層内に配置された第１の（「内部」）超伝導電流経路６３０を含み、第１の金属層は第１の誘電体層６２２上に担持される。内部超伝導電流経路６３０は第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路６１２上に少なくとも部分的に重なるよう位置し、内部超伝導電流経路６３０および第２の超伝導電流経路６１２は第１の誘電体層６２２によって互いに分離される。第２の誘電体層６２１は、内部超伝導電流経路６３０が２つの誘電体層６２２および６２１間に位置するように第１の金属層の上部に配置される。第３の超伝導電流経路６１１は、第２の誘電体層６２１上に配置された第３の金属層内に担持される。第３の超伝導電流経路６１１は、少なくとも一部分が第１の（「内部」）超伝導電流経路６３０および第２の超伝導電流経路６１２の両方それぞれの少なくとも一部分上に重なるように位置する。少なくとも２つの超伝導接続部６４１および６４２は、第２の金属層内に担持された第２の超伝導電流経路６１２と第３の金属層内に担持された第３の超伝導電流経路６１１との間に形成される。いくつかの実施形態では、それぞれの超伝導接続部６４１および６４２は少なくとも１つの超伝導ビアからなり得る。しかし、当業者であれば、それぞれの超伝導接続部６４１および６４２は２つの誘電体層を通じて延在するため、それぞれの超伝導接続部６４１および６４２は複数の超伝導ビアを備え得ることが理解されよう。例えば、超伝導接続部６４１は、誘電体層６２２を通じて第１の金属層と第２の金属層を接続する第１の超伝導ビアと、誘電体層６２１を通じて第１の金属層と第３の金属層を接続する第２の超伝導ビアとを備え得る。さまざまな実施形態では、複数の超伝導ビア（例えば、単一の超伝導接続部６４１を形成する）は互いの上部に直接積層され得るか、または、代替法として互いにオフセットを設けて互い違いの階段のような構成が形成され得る。
【００３１】
図６は、ｘｚ平面に沿って切断された超伝導集積回路６００の断面図であり、それぞれの金属層ならびに誘電体層６２１および６２２はそれぞれのｘｙ平面に位置する。例えば、超伝導電流経路６１１は第１のｘｙ平面において第１の金属層内に担持され、超伝導電流経路６１２は第２のｘｙ平面において第２の金属層内に担持される。超伝導電流経路６１１は超伝導電流経路６１２上に重なり、それらの間には少なくとも２つの超伝導接続部６４１、６４２が存在し、その結果、超伝導電流経路６１１、超伝導電流経路６１２ならびに第１の超伝導接続部６４１および第２の超伝導接続部６４２が一緒になってｘｚ平面において超伝導閉ループを形成する。ｘｚ平面はｘｙ平面に直行し、超伝導閉ループはｘｚ平面において囲まれたエリア６５０を画定する。このｘｚ平面における超伝導閉ループは、同軸磁束トランス６０１における第１の誘導結合要素であり、同軸ケーブルにおける外部導体に類似する。第２の誘導結合要素は、第１のｘｙ平面と第２のｘｙ平面との間に位置する第３のｘｙ平面において第３の金属層内に担持された超伝導電流経路６３０によって提供される。同軸磁束トランス６０１では、超伝導電流経路６３０は同軸ケーブルにおける内部導体に類似する。超伝導電流経路６３０は、ｘｚ平面において超伝導閉ループによって画定された囲まれたエリア６５０を通じて第３のｘｙ平面に延在する。こうして、同軸磁束トランス６０１は、超伝導電流経路６３０が囲まれた超伝導閉ループと信号を誘導結合するよう構成される同軸様形状を具体化する。
【００３２】
当業者であれば、本明細書および添付の特許請求の範囲の全体を通して、用語「同軸」および「同軸様」を使用して一般に、内部導体が少なくともその長さの一部分に沿って外部導体によって囲まれる形状を説明することが理解されよう。当技術分野では、同軸ケーブルは、通常、外部導体の内側に内部導体を軸方向に位置合わせした（すなわち、同心円状に配列された）状態での円形断面を使用する。しかし、本明細書で使用されるように、用語「同軸」および「同軸様」を概意で使用して、内部および外部導体が設計および／または製作公差内で互いに大体同軸上に位置合わせされるよう設計される形状を説明する。内部導体と外部導体との間における、設計された同軸配列と実際の同軸配列との間の不一致に対して、「同軸」トランスにおける相互インダクタンスが本来ロバストである（「並列インダクタ」トランスと比較して）ということは本システムおよび方法の一態様である。用語「同軸」および「同軸様」は、本システムおよび方法の実施形態を円形状に限定することを意図するものではない。例えば、図６の同軸磁束トランス６０１は、外部超伝導電流経路の内側で内部超伝導電流経路６３０が正確には中央に位置合わせされ得ない（ｘｚ平面において超伝導閉ループによって画定される）矩形断面を使用する。内部超伝導電流経路６３０は、外部超伝導電流経路６３１と空間的に分離され（および、電気的に絶縁され）、この「同軸様」形状は、設計された空間的分離と製作中に得られる実際の空間的分離との間の不一致に対して、内部超伝導電流経路６３０と外部超伝導電流経路６３１との間の相互インダクタンスをよりロバストにする。同様に、この「同軸様」形状は、それぞれの相互インダクタンス間での不一致に対して複数の磁束トランスをよりロバストにする。
【００３３】
図７は、２つの同軸磁束トランス７０１および７０２を使用した例示的な超伝導集積回路７００の断面図を示す。同軸磁束トランス７０１は、内部超伝導電流経路７３１によって具体化された第１の誘導結合要素と、内部超伝導電流経路７３１を囲む外部超伝導電流経路７４１によって具体化された第２の誘導結合要素とを使用する。同軸磁束トランス７０２は、内部超伝導電流経路７３２によって具体化された第１の誘導結合要素と、内部超伝導電流経路７３２を囲む外部超伝導電流経路７４２によって具体化された第２の誘導結合要素とを使用する。この例では、内部超伝導電流経路７３１は、内部超伝導電流経路７３２とガルバニック結合される（超伝導集積回路７００の他の場所、図７では図示せず）。さらに、同軸磁束トランス７０１と７０２の両方とも、それぞれの内部超伝導導体と外部超伝導導体との間で実質的に同じ公称相互インダクタンスを実現するよう設計された。しかし、誘電体層のそれぞれの厚さ間の不一致のため、磁束トランス７０２の内部導体７３２と外部導体７４２との間の空間的分離は、磁束トランス７０１の内部導体７３１と外部導体７４１との間の空間的分離よりはるかに小さい。図４の磁束トランス４０１および４０２において使用された「並列インダクタ」形状の場合、空間的分離におけるそのような不一致は、磁束トランス４０１と４０２との間の実際の相互インダクタンスにおける有害な不一致へと転換する恐れがある。しかし、磁束トランス７０１と７０２の両方とも同軸様形状を使用するため、それぞれの相互インダクタンスは、それぞれの内部導体と外部導体との間の空間的分離の差異にそれほど敏感ではない（例えば、いくつかの実施形態では、対数関数的に敏感であるなどほぼ直線的に敏感である）。これは、空間的分離における任意の所与の差異に対して、その結果生じる磁束トランス７０１と７０２との間の相互インダクタンスにおける不一致が磁束トランス４０１と４０２との間の相互インダクタンスにおける不一致よりはるかに少ないことを意味する。例えば、図２で示される超伝導集積回路２００は、磁束トランス２２１〜２２３それぞれが「並列インダクタ」形状とは対照的に図６で示される形状などの同軸様形状を使用する場合、磁束トランス２２１〜２２３における相互インダクタンス間での不一致に対してよりロバストである。
【００３４】
図８Ａは、多層を備えた同軸磁束トランス８００の上面図であり、各層はそれぞれのｘｙ平面に相当する。明確にするため、図８Ａでは誘電体層を示していない。トランス８００は、内部超伝導電流経路８３０を備えた第１の誘導結合要素を含む。トランス８００は、第１の「外部」超伝導電流経路８１１と、第２の「外部」超伝導電流経路（視認不可）と、それらの間の超伝導接続部８４０とを備えた第２の誘導結合要素をさらに含む。示された実施形態では、第１の外部超伝導電流経路８１１は、第２の外部超伝導電流経路と実質的に同じサイズおよび形状であり、第１の外部超伝導電流経路８１１は、第２の外部超伝導電流経路上に直接重なる（図８Ａの上面図では、第２の外部超伝導電流経路は視認不可とする）。参考のため、図８Ｂでは第２の外部超伝導電流経路を示す。
【００３５】
図８Ｂは、同軸磁束トランス８００の底面図であり、第２の「外部」超伝導電流経路８１２を示す。第２の外部超伝導電流経路８１２は、図８Ａからの第１の外部超伝導電流経路８１１と実質的に同じサイズおよび形状であるが、２つの経路８１１および８１２は、異なるｘｙ平面に位置する。明確にするため、図８Ｂでは誘電体層を示していない。図８Ａと８Ｂの両方を参照すると、内部超伝導電流経路８３０は、第１の誘導結合要素が第２の誘導結合要素と実質的に同軸方向に位置合わせされるよう２つの外部超伝導電流経路８１１および８１２間に延在する。外部超伝導電流経路８１１および８１２間の超伝導接続部は、超伝導ビア８４０を通じて実現され（この図では、１つのみ付記される）、それに沿って１つまたは複数の位置で内部超伝導電流経路８３０を完全に囲む少なくとも１つの超伝導閉ループを画定する。例えば、超伝導閉ループは線Ａ−Ａにおいて形成され、線Ａ−Ａの断面図は図６で示される同軸磁束トランス６０１と類似することになる。示された実施形態では、超伝導電流経路８１１、８１２および８３０はそれぞれ、超伝導集積回路の残りの部分（図示せず）における空間制限に対応するため、サーペンタイン形または「Ｕ形」を形成する。当業者であれば、同軸磁束トランスは、直線、直角「Ｌ形」、鋭角または鈍角、らせんなどの任意の代替レイアウトを具体化する超伝導電流経路を使用できることが理解されよう。さらに、当業者であれば、トランス８００は１０個の超伝導ビア８４０を使用するものとして示されているが、実際には、任意の数の超伝導ビアを同様に使用できることが理解されよう。当業者であれば、それぞれの超伝導ビア８４０は１つまたは複数のビア（例えば、複数の積層ビアまたは互い違いの階段のようなビア）から形成できることが理解されよう。例えば、経路８１１および８１２の全長に沿って電流を確実に流せるようにするため、経路８１１および８１２の長さの少なくとも反対側の端部に超伝導ビア８４０を位置付けることが有利であり得る。また、例えば、内部超伝導電流経路８３０と超伝導ビア８４０自体との間の誘導結合を増強するため、密に充填された超伝導ビアを使用することも有利であり得る。さらに、図９Ａおよび９Ｂで示される長いビア様トレンチを使用することが好ましい場合がある。
【００３６】
図９Ａは、２つの外部超伝導電流経路間の超伝導接続部として長いビア様トレンチ９６０（この図では、１つのみ付記される）を使用した同軸磁束トランス９００の上面図である。明確にするため、図９Ａでは誘電体層を示していない。トランス９００は、第１の「外部」超伝導電流経路９１１と、第２の「外部」超伝導電流経路（視認不可）とを含む。示された実施形態では、第１の外部超伝導電流経路９１１は、第２の外部超伝導電流経路と実質的に同じサイズおよび形状であり、第１の外部超伝導電流経路９１１は、第２の外部超伝導電流経路上に直接重なる（図９Ａの上面図では、第２の外部超伝導電流経路は視認不可とする）。参考のため、図９Ｂでは第２の外部超伝導電流経路を示す。
【００３７】
図９Ｂは、同軸磁束トランス９００の底面図であり、第２の「外部」超伝導電流経路９１２を示す。第２の外部超伝導電流経路９１２は、図９Ａからの第１の外部超伝導電流経路９１１と実質的に同じサイズおよび形状であるが、２つの経路９１１および９１２は、異なるｘｙ平面に位置する。明確にするため、図９Ｂでは誘電体層を示していない。図９Ａと９Ｂの両方を参照すると、各トレンチ９６０は、ｙｚ平面に効果的に壁を形成してより良好に内部超伝導電流経路９３０を囲む細長いビアと類似する。図９Ａと９Ｂでは６個の長いビア様トレンチ９６０が示されているが、当業者であれば、任意の数のトレンチ９６０を同様に使用できることが理解されよう。例えば、トレンチ９６０が９０度回転を含めることが可能である場合、トランス９００は、２つのトレンチ９６０を使用するだけでよい（一方を超伝導電流経路９３０の片側に、他方を超伝導電流経路９３０の反対側に位置付ける）。
【００３８】
図１〜５で示される通り、「並列インダクタ」形状を使用した磁束トランスは、２つの誘導結合要素、すなわち、第１のインダクタと、それらの間で相互インダクタンスを実現するよう第１のインダクタの十分近くに位置する第２のインダクタとを有する。同様に、本システムおよび方法のいくつかの実施形態では、同軸磁束トランスは、２つの誘導結合要素、すなわち、内部導体と外部導体とを備えるものと見なされ得、外部導体は、２つの同一平面上の電流経路およびそれらの間の導電接続部によって、外部導体の少なくとも一部分が内部導体の少なくとも一部分を囲むように形成される。いくつかの適用例では、内部導体は信号入力構造体を具体化することができ、外部導体は信号受信器を具体化することができる。他の適用例では、外部導体は信号入力構造体を具体化することができ、内部導体は信号受信器を具体化することができる。いずれの場合も、信号入力構造体は、例えば、入力信号線を含み得、信号受信器は、例えば、プログラマブル素子と結合され得る。
【００３９】
図１０は、３つのプログラマブル素子１００１〜１００３を含む超伝導集積回路１０００の概略図であり、３つのプログラマブル素子１００１〜１００３の各々は、同じ入力信号線１０１０に誘導結合されたそれぞれの信号受信器１０３１〜１０３３を有する。それぞれのプログラマブル素子１００１〜１００３に対して、入力信号線１０１０とそれぞれの信号受信器１０３１〜１０３３との間の誘導結合は、入力信号線１０１０が内部導体として機能し、それぞれの信号受信器１０３１〜１０３３がそれぞれの外部導体として機能した状態で、それぞれの同軸磁束トランス１０２１〜１０２３を具体化する。しかし、当業者であれば、代替の実施形態では、同軸磁束トランス１０２１〜１０２３のそれぞれ（または、いずれか１つ）は、入力信号線１０１０を外部導体として、そして、信号受信器１０３１〜１０３３を内部導体として使用できることが理解されよう。示された実施形態では、各プログラマブル素子１００１〜１００３は、例えば、超伝導量子プロセッサにおけるそれぞれの超伝導磁束量子ビットに相当する。
【００４０】
本システムおよび方法のある態様は室温で実現され得、ある態様は超伝導温度で実現され得る。したがって、本明細書および添付の特許請求の範囲の全体を通して、「超伝導電流経路」などの物理構造について説明するために使用される場合、用語「超伝導」を使用して、適切な温度で超伝導体として作用することが可能な材料を示す。超伝導材料は、本システムおよび方法のすべての実施形態において必ずしも常に超伝導体として機能するわけではない。また、本明細書で提供される教示は金から形成される高周波トランスなどの非超伝導の適用例に適用され得ることも留意されたい。
【００４１】
上記で示された実施形態の説明は、要約に記載されることも含めて、包括的であることも、開示されるものと全く同一の形態に実施形態を限定することも意図しない。特定の実施形態および実施例は例示を目的として本明細書に記載されるが、当業者に認識されるように、本開示の精神および範囲から逸脱することなくさまざまな同等の変更を行うことができる。本明細書で提供されるさまざまな実施形態の教示は、量子計算の他のシステムおよび方法に適用することができ、上記で一般的に説明された量子計算のための例示的なシステムおよび方法に限らない。
【００４２】
上記のさまざまな実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書で言及される、および／または、出願データシートに記載される米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許公開のすべては、これらに限定されないが、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」という名称で２０１０年１月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／２９５，５６１号明細書、米国特許第７，５３３，０６８号明細書、米国特許出願公開第２００８−０１７６７５０号明細書、米国特許出願公開第２００９−０１２１２１５号明細書およびＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３７９８４号明細書（公報、国際公開第２００９／１２０６３８号パンフレット）を含めて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。実施形態の態様を必要に応じて変更し、さまざまな特許、出願および公開のシステム、回路および概念を使用し、さらなる実施形態を提供することができる。
【００４３】
上記の詳細な説明を考慮すると、実施形態に対してこれらの変更および他の変更を行うことができる。一般に、下記の特許請求の範囲において、使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲で開示される特定の実施形態に請求項を限定するものと解釈してはならず、こうした請求項が権利付与する均等物の全範囲とともに可能な実施形態すべてを含むものと解釈すべきである。したがって、請求項は本開示によって限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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