(57)【要約】プッシュプル調整可能なカプラは、プッシュトランス、プルトランス、および上部分岐および下部分岐に配置された２つの複合ジョセフソン接合を含む。バイアスがなければ、分岐間の電流の均衡のとれたプッシュおよびプルにより、第１のオブジェクトからの電流は、ループ内を循環し、第２のオブジェクトにカップリングされない。複合ジョセフソン接合の少なくとも１つのバイアスは、分岐の電流のプッシュおよびプルをアンバランスにして、第１のオブジェクトと第２のオブジェクトとを結合する。カプラは、オフ状態付近のディファレンシャルモードノイズに対する感度が低く、コモンモードノイズに対して完全に不感であり、かつ複合ジョセフソン接合の適切な相対的バイアスによってカップリングされた信号を反転させることが可能である。
2021509244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導プッシュプル調整可能なカプラシステムであって、
プッシュトランス、プルトランス、および第１および第２の複合ジョセフソン接合を含むプッシュプル調整可能なカプラと、
前記カプラの第１のポートに接続される第１のオブジェクトと、
前記カプラの第２のポートに接続される第２のオブジェクトと、
前記第１または第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにするように構成された少なくとも１つのバイアス要素とを備え、
前記カプラは、トランス間の均衡が、前記第１のオブジェクトと前記第２のオブジェクトがデカップリングされて、信号がオブジェクト間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス間の不均衡が、オブジェクトがカップリングされて、信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成される、システム。
【請求項２】
複合ジョセフソン接合を対向するインダクタンス状態間で変化させて、前記カプラを均衡またはアンバランスにすることによって、カプラの設定を前記ディファレンシャルモードと前記コモンモードとの間で制御するように構成されるカプラコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記カプラコントローラは、前記第１および第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つに誘導結合された少なくとも１つの磁束バイアス制御線を介して流れる電流の量および極性を制御して、前記カプラをディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のポートは、前記第１のオブジェクトからの信号を、分割インダクタ、前記分割インダクタの第１の部分を含む前記プッシュトランス、および前記分割インダクタの第２の部分を含む前記プルトランスの間で分岐する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が前記第２のポートにおいて接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記カプラは、前記カプラのカップリング電流が、制御電流における線形増加とともに二次的に増加するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の複合ジョセフソン接合をバイアスするための第１の磁束バイアス電流を供給するように構成される第１のバイアス要素と、前記第２の複合ジョセフソン接合をバイアスするための第２の磁束バイアス電流を供給するように構成される第２のバイアス要素とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記カプラは、第１および第２のバイアス電流におけるコモンモードノイズに対して不感であるように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の磁束バイアス電流の量および極性、および前記第２の磁束バイアス電流の量および極性を制御して、前記カプラをディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替えるように構成されたカプラコントローラをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記カプラは、前記第２の磁束バイアス電流よりも大きい前記第１の磁束バイアス電流に基づいてカップリング電流を反転するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法であって、
第１のオブジェクトからの信号を２つの超伝導分岐に分割するステップと、
信号の各分岐を個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングするステップと、
前記複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号を印加して、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングするステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記第１の制御信号を印加解除して、前記第１のオブジェクトを前記第２のオブジェクトからデカップリングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の制御信号によってバイアスされる複合ジョセフソン接合以外の複合ジョセフソン接合の他の１つをバイアスするために、前記第１の制御信号と大きさおよび符号が等しい第２の制御信号を第１の制御信号に印加して、前記第１のオブジェクトを前記第２のオブジェクトからデカップリングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の制御信号によってバイアスされる前記複合ジョセフソン接合以外の前記複合ジョセフソン接合の他の１つをバイアスするために、前記第１の制御信号よりも大きい第２の制御信号を印加して、前記カップリング信号を反転させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
制御信号における線形増加に基づいて、前記カップリング信号を二次的に増加させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
超伝導負荷補償型調整可能なカプラであって、
分割インダクタであって、前記分割インダクタの端子間に配置された入力ノードにおいて第１のオブジェクトから入力信号を受信し、前記分割インダクタの各端子は低電圧レールに接続されている、前記分割インダクタと、
上部分岐であって、
前記分割インダクタの上部と第２のインダクタとを含み、かつ前記分割インダクタの上部にトランスカップリングされた第１の磁束トランスであって、前記低電圧レールと上部中間ノードとの間に接続され、前記低電圧レールへの前記第１の磁束トランスの接続の構成が、前記第１の磁束トランスに第１の極性を与える、前記第１の磁束トランスと、
前記上部中間ノードと出力ノードの間に接続された第１の複合ジョセフソン接合とを含む前記上部分岐と、
下部分岐であって、
前記分割インダクタの下部と第３のインダクタとを含み、かつ前記分割インダクタの下部にトランスカップリングされた第２の磁束トランスであって、前記低電圧レールと下部中間ノードとの間に接続され、前記低電圧レールへの前記第２の磁束トランスの接続の構成が、前記第２の磁束トランスに第１の極性と反対の第２の極性を与える、前記第２の磁束トランスと、
前記下部中間ノードと前記出力ノードの間に接続された第２の複合ジョセフソン接合とを含む前記下部分岐とを備えるカプラ。
【請求項１７】
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が各々、並列の２つのジョセフソン接合を含む、請求項１６に記載のカプラ。
【請求項１８】
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が各々、個々の磁束バイアス線にトランスカップリングされた少なくとも１つのインダクタをさらに含む、請求項１７に記載のカプラ。
【請求項１９】
前記カプラは、両方の複合ジョセフソン接合の個々の磁束バイアス線に等しく影響を与えるコモンモードノイズに対して完全に不感である、請求項１８に記載のカプラ。
【請求項２０】
ジョセフソン接合の全てが実質的にサイズが等しい、請求項１７に記載のカプラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、超伝導回路に関し、具体的には、量子オブジェクト（ｑｕａｎｔｕｍ  ｏｂｊｅｃｔｓ）のプッシュプル調整可能なカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波機械式、電気機械式、および電子スイッチは、互換性のない製造プロセスおよび高電力消費のために、超伝導電子回路とのオンチップ集積化および超伝導電子回路の極低温動作と互換性がない場合がある。同様に、電圧可変コンデンサ（即ち、バラクタ）、機械的ドライバ、または強誘電体およびフェライト材料などのいずれかの能動部品を使用して一般に実現される調整可能なフィルタは、単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅ  ｆｌｕｘ  ｑｕａｎｔｕｍ）技術によって生成することができる信号レベルによって簡単に制御可能ではなく、多くは極低温では動作可能ではない。固定および調整可能の両方の超伝導マイクロ波フィルタは、高温超伝導体および低温超伝導体の両方を使用して以前に実現されたものの、スイッチング用途でのそれらの使用は、高リターンロス、制限された使用可能な帯域幅、および不十分な帯域外のオフ状態分離という支障が生じている。
【０００３】
特定の超伝導の状況では、オブジェクト間のカップリングをオンにすることによってオブジェクト間の情報を交換するため、またはそのカップリングをオフにすることによってオブジェクトを分離するためのカプラを提供することができる。調整可能なカプラは、１つまたは複数の可変制御信号を提供することによって、２つのオブジェクト間、即ち、純粋な「オン」（カップリング）状態と純粋な「オフ」（非カップリング）状態との間の信号カップリングの程度を制御するものである。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、特に、調整可能なインダクタンスを組み込んだ誘導性電流分割器として実装される調整可能なカプラと比較して、大域的な磁束オフセットおよび制御線上の小さな擾乱の両方に対して比較的不感である調整可能な超伝導カプラを提供する。
【０００５】
一例では、超伝導プッシュプル調整可能なカプラシステムが提供される。システムは、プッシュトランス、プルトランス、および第１および第２の複合ジョセフソン接合を有するプッシュプル調整可能なカプラを含む。第１および第２のオブジェクトは、カプラの第１および第２のポートにそれぞれ接続される。少なくとも１つのバイアス要素は、第１または第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにするように構成される。カプラは、トランス間の均衡が、第１および第２のオブジェクトがデカップリングされて、信号がオブジェクト間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス間の不均衡が、オブジェクトがカップリングされて、信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成される。
【０００６】
別の例では、２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法が提供される。第１のオブジェクトからの信号は、２つの超伝導分岐に分割される。信号の各分岐は、個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングされる。複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号が印加されて、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングする。
【０００７】
さらに別の例は、超伝導負荷補償型調整可能なカプラを提供する。カプラは、分割インダクタを有し、分割インダクタは、分割インダクタの端子間に配置された入力ノードにおいて第１のオブジェクトから入力信号を受信し、分割インダクタの各端子は低電圧レール（例えば、グラウンド）に接続されている。カプラは上部分岐と下部分岐に分割されている。上部分岐は、分割インダクタの上部と第２のインダクタとを含み、かつ分割インダクタの上部にトランスカップリングされた第１の磁束トランスを有し、第１の磁束トランスは、低電圧レールと上部中間ノードとの間に接続され、低電圧レールへの第１の磁束トランスの接続の構成が、第１の磁束トランスに第１の極性を与える。上部分岐は、上部中間ノードと出力ノードとの間に接続された第１の複合ジョセフソン接合をさらに含む。下部分岐は、分割インダクタの下部と第３のインダクタとを含み、かつ分割インダクタの下部にトランスカップリングされた第２の磁束トランスを有し、第２の磁束トランスは、低電圧レールと下部中間ノードとの間に接続され、低電圧レールへの第２の磁束トランスの接続の構成が、第２の磁束トランスに第１の極性と反対の第２の極性を与える。下部分岐は、下部中間ノードと出力ノードとの間に接続された第２の複合ジョセフソン接合をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な超伝導プッシュプル調整可能なカプラのブロック図である。
【図２Ａ−２Ｃ】Ａは、例示的な超伝導プッシュプル調整可能なカプラの概略図であり、ＢおよびＣは、磁束バイアス線を複合ジョセフソン接合にカップリングするトランスの例を示す。
【図３】図２Ａの例示的な回路のシミュレーションの概略図である。
【図４Ａ−４Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図５Ａ−５Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路の別の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図６Ａ−６Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路のさらに別の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図７】２つの量子オブジェクトをカップリングする例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示は、概して、超伝導回路に関し、より詳細には、２つのオブジェクト間の超伝導プッシュプルカプラに関する。本明細書に記載されるプッシュプルカプラは、例えば、並列に接続された一対のマッチングされた複合ジョセフソン接合または超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ）ループから構成することができる。各複合ジョセフソン接合またはＳＱＵＩＤループは、信号源への相互誘導カップリングによって駆動される。提供された調整可能なカプラは、ゼロカップリング付近の急峻な調整曲線の欠点を回避し、ノイズの多い制御線であってもオフ状態を維持することが容易となる。具体的には、本明細書で説明する調整可能なカプラは、磁束ノイズに対して第１級の不感であり（ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ  ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）、オフ状態のコモンモード磁束に対して不感であることによって、そのオフ状態を保持する。
【００１０】
図１は、２つのオブジェクト１０４、１０６がプッシュプル調整可能なカプラ１０２により制御可能にカップリングおよびデカップリングされるプッシュプル調整可能なカプラシステム１００を示す。カップリングされた各オブジェクト１０４、１０６は、例えば、量子オブジェクト、例えば、キュービット、または、ある共鳴オブジェクト、例えば、特定の長さおよびインピーダンスの伝送線路（能動デバイスであるジョセフソン伝送線路（ＪＴＬ：Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ）を含まない）とすることができる。プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、量子オブジェクト（例えば、キュービット、共鳴器）間のカップリングおよびデカップリングを提供するために、様々な超伝導回路システムのいずれかに実装することができる。カップリングされるオブジェクト間で交換される信号は、例えば、キュービットのゲート動作または読み出し動作を実行するなど、量子回路に対して制御方式で実施されるマイクロ波信号とすることができる。別の例として、信号は、信号パルス、通信信号、または制御コマンド信号とすることができる。プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、極低温で動作することができ、電力を実質的に消費することがなく、かつ単一磁束量子（ＳＦＱ）互換信号により制御することができる。本明細書で使用する場合、「カップリング電流」または「カップリング信号」という用語は、カプラが「オン」状態にあるときに、あるカップリングされるオブジェクトと別のカップリングされるオブジェクトとの間で交換される電流または信号を意味する。
【００１１】
図１に示すように、プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、プッシュトランス１０８、プルトランス１１０、第１の複合ジョセフソン接合１１２、および第２の複合ジョセフソン接合１１２を有するプッシュプル調整可能なカプラ１０２を含む。第１のオブジェクト１０４は、カプラ１０２の第１のポートに接続することができ、第２のオブジェクトは、カプラ１０２の第２のポートに接続することができる。これらのポートは、説明を簡単にするために、図１では名目上「入」および「出」とラベル付けされているが、カップリングされるオブジェクト間の信号の送信または情報の交換は双方向にすることができる。一例として、カプラ１０２は、上部分岐および下部分岐としてトランス１０８、１１０および複合ジョセフソン接合１１２、１１４を配置することができる。例えば、第１のポートは、第１のオブジェクトからの信号を、分割インダクタ、プッシュトランスの一部を形成する分割インダクタの一部、およびプルトランスの一部を形成する分割インダクタの別の部分の間で分岐することができる。
【００１２】
１つまたは複数のバイアス要素１１６は、第１または第２の複合ジョセフソン接合の一方または両方をバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにすることができる。例えば、１つまたは複数のバイアス要素は、カプラ１０２の一部、例えば、複合ジョセフソン接合１１２、１１４の１つにトランスカップリングされた磁束バイアス線を含むことができる。例えば、ジョセフソン接合のインダクタンスは、オブジェクトを相互にカップリングして信号を通過させる低インダクタンス状態と、オブジェクトを相互にデカップリングして、デカップリングされたオブジェクト間の信号の通過をブロックする高インダクタンス状態との間で切り替えることができる。
【００１３】
トランス１０８、１１０（および／または分岐）の間の関係は、一方がオブジェクト１０４から電流を「プッシュし」、他方が電流を「プルする」ようにすることができる。カプラ１０２は、トランス１０８、１１０の「プッシュ」と「プル」との間の均衡が、第１のオブジェクト１０４と第２のオブジェクト１０６とが切り離されて信号がオブジェクト１０４、１０６間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス１０８、１１０の「プッシュ」と「プル」との間の不均衡（ｉｍｂａｌａｎｃｅ）が、オブジェクトがカップリングされて信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成することができる。
【００１４】
カプラコントローラ１１８は、複合ジョセフソン接合を対向するインダクタンス状態間で変化させて、カプラ１０２を様々な程度に均衡にするか、またはアンバランスにする（ｕｎｂａｌａｎｃｉｎｇ）ことによって、カプラ１０２の設定をディファレンシャルモードとコモンモードとの間、または「オフ」状態と様々な程度の「オン」状態との間で制御することができる。例えば、カプラコントローラ１１８は、少なくとも１つのバイアス要素１１６を介して流れる（例えば、第１および第２の複合ジョセフソン接合１１２、１１４の少なくとも１つに誘導結合された少なくとも１つの磁束バイアス制御線を介して流れる）制御電流の量および極性を制御して、カプラ１０２をディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替えることができる。カプラ１０２はまた、例えば、１つのバイアス要素１１６を介して供給される１つの制御電流が、異なるバイアス要素１１６を介して供給される別の制御電流よりも大きい場合、２つのオブジェクト１０４、１０６間のカップリング電流またはカップリング信号を反転するように構成され得る。
【００１５】
図２Ａは、例示的な調整可能な双方向カプラ回路２００の概略図を示す。図示の例では、上部分岐複合ジョセフソン接合２０４は、第１のジョセフソン接合Ｊ１と第２のジョセフソン接合Ｊ２とを含み、下部分岐複合ジョセフソン接合２０６は、第３のジョセフソン接合Ｊ３と第４のジョセフソン接合Ｊ４とを含む。カップリングされるオブジェクト１からの電流は、分割インダクタＬ１、Ｌ３を駆動する。分割インダクタの各分岐は、個々の磁束トランス−Ｍ、＋Ｍを介して、１対の複合ジョセフソン接合２０４、２０６にカップリングされる。２つの磁束トランスの相互インダクタンスは、等しい符号および逆の符号を有するように構成されている。ジョセフソン接合が互いによくマッチングしている場合、カプラ２００の性能は向上するが、部品のミスマッチにより設計は上品に低下する（ｄｅｇｒａｄｅｓ  ｇｒａｃｅｆｕｌｌｙ）。従って、いくつかの例では、４つのジョセフソン接合Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４の全ては、サイズが実質的に等しく、例えば、サイズが互いに１０％以内、例えば、サイズが互いに５％以内である。
【００１６】
図２Ａの回路に１つまたは複数の制御信号を、一方または両方の複合ジョセフソン接合をバイアスするための磁束バイアス線として提供することができる。説明を簡単にするために、示されるように、図２Ａでは磁束バイアス線が省略されている。しかしながら、図２Ｂおよび図２Ｃの各々は、図２ＡにおけるＪ１およびＪ２とそれぞれ、またはＪ３およびＪ４とそれぞれに対応するジョセフソン接合ＪＡおよびＪＢを含む複合ジョセフソン接合ループ２１０にトランスカップリングされた１つまたは複数のインダクタを有するそのようなバイアス線または制御線２０８を提供することによって、磁束バイアス線が複合ジョセフソン接合に提供される方法の例を示す。
【００１７】
トランス−Ｍ、＋Ｍは、符号が逆であるため、一方は「プッシュ」であり、他方は「プル」であると言える。「プッシュ」と「プル」の均衡が取れている場合、−Ｍトランスの上端および＋Ｍトランスの上端に誘導される電圧は等しくかつ反対であり、従って、カップリングされるオブジェクト２への入力には電圧は現れず、電流はカプラ自体内のループを流れるだけで、２つのオブジェクト間にカップリングは誘導されない。換言すれば、複合ジョセフソン接合２０４、２０６が等しくバイアスされている（または、両方がバイアスされていない）場合、それらのジョセフソンインダクタンスも等しく、カプラの上部分岐および下部分岐に等しくかつ反対の電流が誘導される。従って、全ての電流が、循環モードとも呼ばれるディファレンシャルモードで流れ、電流はカップリングされるオブジェクト２にカップリングされない。このモードでは、一方のトランスのプッシュは、他方のトランスの「プル」に等しい。
【００１８】
対照的に、一方のループまたは他方のループをバイアスすることによって、どちらかの符号のコモンモードカップリングが生成され、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に正味のカップリングが提供される。例えば、上部分岐複合ジョセフソン接合２０４がバイアスされてジョセフソンインダクタンスが増加すると、分岐電流はもはや等しくなくなり、下部分岐からの正味電流が、カップリングされるオブジェクト２に流れ込み、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に正のカップリングが生成される。同様に、下部分岐複合ジョセフソン接合２０６がバイアスされてジョセフソンインダクタンスが増加すると、上部分岐からの正味電流が、カップリングされるオブジェクト２に流れ込み、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に負のカップリングが生成される。このような負のカップリングは、カプラ２００が信号インバータとしても機能することができることを意味する。
【００１９】
図３は、例えば、アジレント社（Ａｇｉｌｅｎｔ）のアドバンスドデザインシミュレーション（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＡＤＳ））ツールを使用するシミュレーションにおいて利用することができる図２Ａのカプラ２００の概略図３００を示す。ＳＲＣ３  ３０２は、例えば、量子オブジェクトから供給される信号のシミュレーションにおいて、ＡＣ信号をカプラに提供する。ＳＲＣ４  ３０４は、正のカップリングを誘導するバイアス電流を供給し、ＳＲＣ２  ３０６は、負のカップリングを誘導するバイアス電流を供給する。これらのバイアス電流は、本明細書では制御電流とも呼ばれる。以下に説明するシミュレーションの例では、これらの制御電流は、区分線形ＤＣ電流として供給されるようにプログラムされる。
【００２０】
図４Ｂは、図４Ａの制御電流が供給された場合の図３の回路のシミュレーション出力を示す。出力電流は、図３におけるＩ＿Ｐｒｏｂｅ１  ３０８において測定される。図４Ａは、同じグラフに重ねられた２つの制御電流を示している。ゼロ出力電流はアンカップリングを示し、非ゼロ出力電流は入力と出力との間のカップリングを示す。図３に示すように、ＳＲＣ３  ３０２は、図２Ａにおけるカップリングされるオブジェクト１から提供される信号のシミュレーションで５ギガヘルツの信号を提供するように構成されている。図４Ａに示すように、例えば、図３のＳＲＣ２  ３０６から上部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ２．ｉとラベル付けされた第１の制御電流は、１ナノ秒が開始でオンとなり、２ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、３ナノ秒が開始でオフとなり、４ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。続いて、例えば、図３のＳＲＣ４  ３０４から下部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ３．ｉとラベル付けされた第２の制御電流は、４ナノ秒が開始でオンとなり、５ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、６ナノ秒が開始でオフとなり、７ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。
【００２１】
従って、図４Ｂに示すように、カップリング電流は、第１の制御電流のオンとオフに一致して上昇および下降し、次に、第２の制御電流のオンとオフに一致して位相を反転し、再び上昇および下降する。図４Ｂは、０と１ナノ秒との間および正確に４ナノ秒での出力におけるゼロ電流を示し、これらの時間中に両方の制御電流がオフになっていることと一致している。対照的に、１つの制御電流がオンになっている間、図３のＳＲＣ３  ３０２によって提供される５ギガヘルツの入力ＡＣ信号が出力に渡され、これは、入力が出力にカップリングされたことを示す。設計したように、カプラの負の半分がオフになり、カプラの正の半分がオンになると、カップリングされた信号の符号が反転する。この出力信号の反転は、４ナノ秒のマークにおける出力信号のミラーイメージ（即ち、カップリングされた電流の１８０度の位相シフト）として現れる。
【００２２】
本明細書で説明するカプラは、制御線の磁束ノイズに対して第１級の不感であり、大域的な磁束オフセットを強力に抑制する。図５Ａ−Ｂおよび６Ａ−Ｂは、これらの属性（ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ）をそれぞれ示している。図５Ａは、図４Ａと同一であり、負のカプラ（即ち、図２Ａの上部分岐複合ジョセフソン接合２０４）に最初に印加され、正のカプラ（即ち、図２Ａの下部分岐複合ジョセフソン接合２０６）に２番目に印加される制御信号を示す。図５Ｂは、同じ制御信号のセットに対するカプラの応答を示しているが、２０ギガヘルツのより高い入力ＡＣ周波数であり、これは、制御電流の傾斜が線形であるにもかかわらず、カプラのターンオンが２次（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）であることを強調している。従って、図５Ｂは、いずれかの制御線上の小さな信号変化が、いずれかの制御線上の大きな信号変化よりも出力の振幅に与える影響が小さいことを示している。このカプラ属性は、カプラの「オフ」状態を維持することが重要な状況で、制御線ノイズに対する耐性を提供する。
【００２３】
図６Ａおよび６Ｂは、大域的な磁束オフセットの抑制を示している。図６Ａに示される提供される制御信号は、図４Ａおよび図５Ａのものとは異なる。図６Ａに示すように、例えば、図３のＳＲＣ２  ３０６から上部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ２．ｉとラベル付けされた第１の制御電流は、１ナノ秒が開始でオンされ、２ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、３ナノ秒が開始で反転し、５ナノ秒で−１０マイクロアンペアに降下し、最後に、６ナノ秒が開始でオフされ、７マイクロ秒で０マイクロアンペアに戻る。例えば、図３のＳＲＣ４  ３０４から下部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ３．ｉとラベル付けされた第２の制御電流は、７ナノ秒のマークまで同一の区分線形パターンに従うようにプログラムされているが、この時点からゼロ化されるのではなく、８ナノ秒で１０マイクロアンペアに戻り、９ナノ秒が開始で負になり、１１ナノ秒で−１０マイクロアンペアになり、その後、１２ナノ秒でオフになり、１３ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。図６Ｂの結果として得られる出力電流は、２つの制御電流が同一である全ての間、たとえ制御電流が非ゼロであっても、即ち、０から７ナノ秒との間、および１３ナノ秒後であっても、ゼロのままである。２つの制御電流が異なり、少なくとも１つが非ゼロである間のみ、図３におけるＳＲＣ３  ３０２によって提供される２０ギガヘルツの入力ＡＣ信号が出力に渡され、これは、入力が出力にカップリングされたことを示す。従って、図６Ａおよび図６Ｂは、カプラの両方の複合ジョセフソン接合を同時に（ｉｎ  ｔａｎｄｅｍ）調整する信号は、カップリングを形成しないことを示している。従って、カプラの調整制御は、コモンモードノイズに対する耐性がある。
【００２４】
本開示のプッシュプル調整可能なカプラは、少ない部品点数および簡略化されたまたは柔軟な制御アーキテクチャのいずれかにより構成することができる。オフ状態付近のディファレンシャルモードノイズに対する感度が低下することに加えて、本開示のプッシュプル調整可能なカプラは、コモンモードノイズに対して完全に不感である。さらに、追加のコンポーネントを必要とせずに信号反転を提供することができる。
【００２５】
図７は、２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法７００を示す。第１のオブジェクトからの信号は、２つの超伝導分岐に分割される（７０２）。信号の各分岐は、個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングされる（７０４）。複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号が印加されて（７０６）、それにより、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングする（７０８）。第１の制御信号を印加解除する（７１０）か、または複合ジョセフソン接合の他方（即ち、第１の制御信号によってバイアスされた複合ジョセフソン接合以外）をバイアスするために、第１の制御信号と大きさおよび符号が等しい第２の制御信号を印加する（７１２）かのいずれかによって、オブジェクトがデカップリングされる（７１４）。
【００２６】
方法７００に加えて、第１の制御信号よりも大きい第２の制御信号を印加して、複合ジョセフソン接合の他方（即ち、第１の制御信号によってバイアスされた複合ジョセフソン接合以外）をバイアスし、それによって、カップリング信号を反転させることができる。さらに、制御信号の線形増加に基づいて、カップリング信号を２次的に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）増加させることができる。
【００２７】
上述した説明は、本発明の例である。当然ながら、本発明を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるすべてのそのような変更、修正、および変形を包含することを意図している。さらに、開示または請求項が「１つの」、「第１の」、または「別の」要素、またはそれらの同等物を記載する場合、１つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素の要求も除外もされない。本明細書で使用する場合、「含む」という用語は、含むがこれに限定されないことを意味し、「含んでいる」という用語は、含んでいるがこれに限定されないが含むことを意味する。「〜に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
【図１】
2021509244.tif 000003
【図２Ａ−２Ｃ】
2021509244.tif 000004
【図３】
2021509244.tif 000005
【図４Ａ−４Ｂ】
2021509244.tif 000006
【図５Ａ−５Ｂ】
2021509244.tif 000007
【図６Ａ−６Ｂ】
2021509244.tif 000008
【図７】
2021509244.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月29日(2020.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、超伝導回路に関し、具体的には、量子オブジェクト（ｑｕａｎｔｕｍ  ｏｂｊｅｃｔｓ）のプッシュプル調整可能なカップリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波機械式、電気機械式、および電子スイッチは、互換性のない製造プロセスおよび高電力消費のために、超伝導電子回路とのオンチップ集積化および超伝導電子回路の極低温動作と互換性がない場合がある。同様に、電圧可変コンデンサ（即ち、バラクタ）、機械的ドライバ、または強誘電体およびフェライト材料などのいずれかの能動部品を使用して一般に実現される調整可能なフィルタは、単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅ  ｆｌｕｘ  ｑｕａｎｔｕｍ）技術によって生成することができる信号レベルによって簡単に制御可能ではなく、多くは極低温では動作可能ではない。固定および調整可能の両方の超伝導マイクロ波フィルタは、高温超伝導体および低温超伝導体の両方を使用して以前に実現されたものの、スイッチング用途でのそれらの使用は、高リターンロス、制限された使用可能な帯域幅、および不十分な帯域外のオフ状態分離という支障が生じている。
【０００３】
特定の超伝導の状況では、オブジェクト間のカップリングをオンにすることによってオブジェクト間の情報を交換するため、またはそのカップリングをオフにすることによってオブジェクトを分離するためのカプラを提供することができる。調整可能なカプラは、１つまたは複数の可変制御信号を提供することによって、２つのオブジェクト間、即ち、純粋な「オン」（カップリング）状態と純粋な「オフ」（非カップリング）状態との間の信号カップリングの程度を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９５０１７４８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１７／２１２８６０号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】チェン他（Chen, et al.）著、「高コヒーレンスおよび高速調整可能なカップリングを備えたキュービットアーキテクチャ（Qubit Architecture with High Coherence and Fast Tunable Coupling）」、フィジカルレビューレターズ（Physical Review Letters）、（米国）、PRL 113, 220502(2014)、２０１４年１１月２８日、p.220502-1-220502-5
【非特許文献２】マジャー他（Majer, et al.）著、「キャビティバスを介した超伝導キュービットのカップリング（Coupling superconducting qubits via a cavity bus）」、ネイチャー（Nature）、（英国）、vol. 449、２００７年９月２７日、doi:10, 1038/nature06184、p.443-447
【非特許文献３】スリニバサン他（Srinivasan, et al.）著、「Ｖ字型エネルギー準位図による超伝導電荷量子ビットを使用した回路量子電気力学における調整可能なカップリング（Tunable Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics Using a Superconducting Charge Qubit with a V-Shaped Energy Level Diagram）」、アメリカンフィジカルソサエティ（American Physical Society）、フィジカルレビューレターズ（Physical Review Letters）、（米国）、PRL 106, 083601 (2011)、２０１１年２月２５日、p.083601-1-083601-4
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、特に、調整可能なインダクタンスを組み込んだ誘導性電流分割器として実装される調整可能なカプラと比較して、大域的な磁束オフセットおよび制御線上の小さな擾乱の両方に対して比較的不感である調整可能な超伝導カプラを提供する。
【０００７】
一例では、超伝導プッシュプル調整可能なカプラシステムが提供される。システムは、プッシュトランス、プルトランス、および第１および第２の複合ジョセフソン接合を有するプッシュプル調整可能なカプラを含む。第１および第２のオブジェクトは、カプラの第１および第２のポートにそれぞれ接続される。少なくとも１つのバイアス要素は、第１または第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにするように構成される。カプラは、トランス間の均衡が、第１および第２のオブジェクトがデカップリングされて、信号がオブジェクト間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス間の不均衡が、オブジェクトがカップリングされて、信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成される。
【０００８】
別の例では、２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法が提供される。第１のオブジェクトからの信号は、２つの超伝導分岐に分割される。信号の各分岐は、個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングされる。複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号が印加されて、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングする。
【０００９】
さらに別の例は、超伝導負荷補償型調整可能なカプラを提供する。カプラは、分割インダクタを有し、分割インダクタは、分割インダクタの端子間に配置された入力ノードにおいて第１のオブジェクトから入力信号を受信し、分割インダクタの各端子は低電圧レール（例えば、グラウンド）に接続されている。カプラは上部分岐と下部分岐に分割されている。上部分岐は、分割インダクタの上部と第２のインダクタとを含み、かつ分割インダクタの上部にトランスカップリングされた第１の磁束トランスを有し、第１の磁束トランスは、低電圧レールと上部中間ノードとの間に接続され、低電圧レールへの第１の磁束トランスの接続の構成が、第１の磁束トランスに第１の極性を与える。上部分岐は、上部中間ノードと出力ノードとの間に接続された第１の複合ジョセフソン接合をさらに含む。下部分岐は、分割インダクタの下部と第３のインダクタとを含み、かつ分割インダクタの下部にトランスカップリングされた第２の磁束トランスを有し、第２の磁束トランスは、低電圧レールと下部中間ノードとの間に接続され、低電圧レールへの第２の磁束トランスの接続の構成が、第２の磁束トランスに第１の極性と反対の第２の極性を与える。下部分岐は、下部中間ノードと出力ノードとの間に接続された第２の複合ジョセフソン接合をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な超伝導プッシュプル調整可能なカプラのブロック図である。
【図２Ａ−２Ｃ】Ａは、例示的な超伝導プッシュプル調整可能なカプラの概略図であり、ＢおよびＣは、磁束バイアス線を複合ジョセフソン接合にカップリングするトランスの例を示す。
【図３】図２Ａの例示的な回路のシミュレーションの概略図である。
【図４Ａ−４Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図５Ａ−５Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路の別の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図６Ａ−６Ｂ】ＡおよびＢは、図３の回路のさらに別の例示的なシミュレーションの制御電流および出力電流のそれぞれのグラフである。
【図７】２つの量子オブジェクトをカップリングする例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、概して、超伝導回路に関し、より詳細には、２つのオブジェクト間の超伝導プッシュプルカプラに関する。本明細書に記載されるプッシュプルカプラは、例えば、並列に接続された一対のマッチングされた複合ジョセフソン接合または超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ）ループから構成することができる。各複合ジョセフソン接合またはＳＱＵＩＤループは、信号源への相互誘導カップリングによって駆動される。提供された調整可能なカプラは、ゼロカップリング付近の急峻な調整曲線の欠点を回避し、ノイズの多い制御線であってもオフ状態を維持することが容易となる。具体的には、本明細書で説明する調整可能なカプラは、磁束ノイズに対して第１級の不感であり（ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ  ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）、オフ状態のコモンモード磁束に対して不感であることによって、そのオフ状態を保持する。
【００１２】
図１は、２つのオブジェクト１０４、１０６がプッシュプル調整可能なカプラ１０２により制御可能にカップリングおよびデカップリングされるプッシュプル調整可能なカプラシステム１００を示す。カップリングされた各オブジェクト１０４、１０６は、例えば、量子オブジェクト、例えば、キュービット、または、ある共鳴オブジェクト、例えば、特定の長さおよびインピーダンスの伝送線路（能動デバイスであるジョセフソン伝送線路（ＪＴＬ：Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ）を含まない）とすることができる。プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、量子オブジェクト（例えば、キュービット、共鳴器）間のカップリングおよびデカップリングを提供するために、様々な超伝導回路システムのいずれかに実装することができる。カップリングされるオブジェクト間で交換される信号は、例えば、キュービットのゲート動作または読み出し動作を実行するなど、量子回路に対して制御方式で実施されるマイクロ波信号とすることができる。別の例として、信号は、信号パルス、通信信号、または制御コマンド信号とすることができる。プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、極低温で動作することができ、電力を実質的に消費することがなく、かつ単一磁束量子（ＳＦＱ）互換信号により制御することができる。本明細書で使用する場合、「カップリング電流」または「カップリング信号」という用語は、カプラが「オン」状態にあるときに、あるカップリングされるオブジェクトと別のカップリングされるオブジェクトとの間で交換される電流または信号を意味する。
【００１３】
図１に示すように、プッシュプル調整可能なカプラシステム１００は、プッシュトランス１０８、プルトランス１１０、第１の複合ジョセフソン接合１１２、および第２の複合ジョセフソン接合１１２を有するプッシュプル調整可能なカプラ１０２を含む。第１のオブジェクト１０４は、カプラ１０２の第１のポートに接続することができ、第２のオブジェクトは、カプラ１０２の第２のポートに接続することができる。これらのポートは、説明を簡単にするために、図１では名目上「入」および「出」とラベル付けされているが、カップリングされるオブジェクト間の信号の送信または情報の交換は双方向にすることができる。一例として、カプラ１０２は、上部分岐および下部分岐としてトランス１０８、１１０および複合ジョセフソン接合１１２、１１４を配置することができる。例えば、第１のポートは、第１のオブジェクトからの信号を、分割インダクタ、プッシュトランスの一部を形成する分割インダクタの一部、およびプルトランスの一部を形成する分割インダクタの別の部分の間で分岐することができる。
【００１４】
１つまたは複数のバイアス要素１１６は、第１または第２の複合ジョセフソン接合の一方または両方をバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにすることができる。例えば、１つまたは複数のバイアス要素は、カプラ１０２の一部、例えば、複合ジョセフソン接合１１２、１１４の１つにトランスカップリングされた磁束バイアス線を含むことができる。例えば、ジョセフソン接合のインダクタンスは、オブジェクトを相互にカップリングして信号を通過させる低インダクタンス状態と、オブジェクトを相互にデカップリングして、デカップリングされたオブジェクト間の信号の通過をブロックする高インダクタンス状態との間で切り替えることができる。
【００１５】
トランス１０８、１１０（および／または分岐）の間の関係は、一方がオブジェクト１０４から電流を「プッシュし」、他方が電流を「プルする」ようにすることができる。カプラ１０２は、トランス１０８、１１０の「プッシュ」と「プル」との間の均衡が、第１のオブジェクト１０４と第２のオブジェクト１０６とが切り離されて信号がオブジェクト１０４、１０６間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス１０８、１１０の「プッシュ」と「プル」との間の不均衡（ｉｍｂａｌａｎｃｅ）が、オブジェクトがカップリングされて信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成することができる。
【００１６】
カプラコントローラ１１８は、複合ジョセフソン接合を対向するインダクタンス状態間で変化させて、カプラ１０２を様々な程度に均衡にするか、またはアンバランスにする（ｕｎｂａｌａｎｃｉｎｇ）ことによって、カプラ１０２の設定をディファレンシャルモードとコモンモードとの間、または「オフ」状態と様々な程度の「オン」状態との間で制御することができる。例えば、カプラコントローラ１１８は、少なくとも１つのバイアス要素１１６を介して流れる（例えば、第１および第２の複合ジョセフソン接合１１２、１１４の少なくとも１つに誘導結合された少なくとも１つの磁束バイアス制御線を介して流れる）制御電流の量および極性を制御して、カプラ１０２をディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替えることができる。カプラ１０２はまた、例えば、１つのバイアス要素１１６を介して供給される１つの制御電流が、異なるバイアス要素１１６を介して供給される別の制御電流よりも大きい場合、２つのオブジェクト１０４、１０６間のカップリング電流またはカップリング信号を反転するように構成され得る。
【００１７】
図２Ａは、例示的な調整可能な双方向カプラ回路２００の概略図を示す。図示の例では、上部分岐複合ジョセフソン接合２０４は、第１のジョセフソン接合Ｊ１と第２のジョセフソン接合Ｊ２とを含み、下部分岐複合ジョセフソン接合２０６は、第３のジョセフソン接合Ｊ３と第４のジョセフソン接合Ｊ４とを含む。カップリングされるオブジェクト１からの電流は、分割インダクタＬ１、Ｌ３を駆動する。分割インダクタの各分岐は、個々の磁束トランス−Ｍ、＋Ｍを介して、１対の複合ジョセフソン接合２０４、２０６にカップリングされる。２つの磁束トランスの相互インダクタンスは、等しい符号および逆の符号を有するように構成されている。ジョセフソン接合が互いによくマッチングしている場合、カプラ２００の性能は向上するが、部品のミスマッチにより設計は上品に低下する（ｄｅｇｒａｄｅｓ  ｇｒａｃｅｆｕｌｌｙ）。従って、いくつかの例では、４つのジョセフソン接合Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４の全ては、サイズが実質的に等しく、例えば、サイズが互いに１０％以内、例えば、サイズが互いに５％以内である。
【００１８】
図２Ａの回路に１つまたは複数の制御信号を、一方または両方の複合ジョセフソン接合をバイアスするための磁束バイアス線として提供することができる。説明を簡単にするために、示されるように、図２Ａでは磁束バイアス線が省略されている。しかしながら、図２Ｂおよび図２Ｃの各々は、図２ＡにおけるＪ１およびＪ２とそれぞれ、またはＪ３およびＪ４とそれぞれに対応するジョセフソン接合ＪＡおよびＪＢを含む複合ジョセフソン接合ループ２１０にトランスカップリングされた１つまたは複数のインダクタを有するそのようなバイアス線または制御線２０８を提供することによって、磁束バイアス線が複合ジョセフソン接合に提供される方法の例を示す。
【００１９】
トランス−Ｍ、＋Ｍは、符号が逆であるため、一方は「プッシュ」であり、他方は「プル」であると言える。「プッシュ」と「プル」の均衡が取れている場合、−Ｍトランスの上端および＋Ｍトランスの上端に誘導される電圧は等しくかつ反対であり、従って、カップリングされるオブジェクト２への入力には電圧は現れず、電流はカプラ自体内のループを流れるだけで、２つのオブジェクト間にカップリングは誘導されない。換言すれば、複合ジョセフソン接合２０４、２０６が等しくバイアスされている（または、両方がバイアスされていない）場合、それらのジョセフソンインダクタンスも等しく、カプラの上部分岐および下部分岐に等しくかつ反対の電流が誘導される。従って、全ての電流が、循環モードとも呼ばれるディファレンシャルモードで流れ、電流はカップリングされるオブジェクト２にカップリングされない。このモードでは、一方のトランスのプッシュは、他方のトランスの「プル」に等しい。
【００２０】
対照的に、一方のループまたは他方のループをバイアスすることによって、どちらかの符号のコモンモードカップリングが生成され、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に正味のカップリングが提供される。例えば、上部分岐複合ジョセフソン接合２０４がバイアスされてジョセフソンインダクタンスが増加すると、分岐電流はもはや等しくなくなり、下部分岐からの正味電流が、カップリングされるオブジェクト２に流れ込み、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に正のカップリングが生成される。同様に、下部分岐複合ジョセフソン接合２０６がバイアスされてジョセフソンインダクタンスが増加すると、上部分岐からの正味電流が、カップリングされるオブジェクト２に流れ込み、カップリングされるオブジェクト１とカップリングされるオブジェクト２との間に負のカップリングが生成される。このような負のカップリングは、カプラ２００が信号インバータとしても機能することができることを意味する。
【００２１】
図３は、例えば、アジレント社（Ａｇｉｌｅｎｔ）のアドバンスドデザインシミュレーション（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＡＤＳ））ツールを使用するシミュレーションにおいて利用することができる図２Ａのカプラ２００の概略図３００を示す。ＳＲＣ３  ３０２は、例えば、量子オブジェクトから供給される信号のシミュレーションにおいて、ＡＣ信号をカプラに提供する。ＳＲＣ４  ３０４は、正のカップリングを誘導するバイアス電流を供給し、ＳＲＣ２  ３０６は、負のカップリングを誘導するバイアス電流を供給する。これらのバイアス電流は、本明細書では制御電流とも呼ばれる。以下に説明するシミュレーションの例では、これらの制御電流は、区分線形ＤＣ電流として供給されるようにプログラムされる。
【００２２】
図４Ｂは、図４Ａの制御電流が供給された場合の図３の回路のシミュレーション出力を示す。出力電流は、図３におけるＩ＿Ｐｒｏｂｅ１  ３０８において測定される。図４Ａは、同じグラフに重ねられた２つの制御電流を示している。ゼロ出力電流はアンカップリングを示し、非ゼロ出力電流は入力と出力との間のカップリングを示す。図３に示すように、ＳＲＣ３  ３０２は、図２Ａにおけるカップリングされるオブジェクト１から提供される信号のシミュレーションで５ギガヘルツの信号を提供するように構成されている。図４Ａに示すように、例えば、図３のＳＲＣ２  ３０６から上部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ２．ｉとラベル付けされた第１の制御電流は、１ナノ秒が開始でオンとなり、２ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、３ナノ秒が開始でオフとなり、４ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。続いて、例えば、図３のＳＲＣ４  ３０４から下部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ３．ｉとラベル付けされた第２の制御電流は、４ナノ秒が開始でオンとなり、５ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、６ナノ秒が開始でオフとなり、７ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。
【００２３】
従って、図４Ｂに示すように、カップリング電流は、第１の制御電流のオンとオフに一致して上昇および下降し、次に、第２の制御電流のオンとオフに一致して位相を反転し、再び上昇および下降する。図４Ｂは、０と１ナノ秒との間および正確に４ナノ秒での出力におけるゼロ電流を示し、これらの時間中に両方の制御電流がオフになっていることと一致している。対照的に、１つの制御電流がオンになっている間、図３のＳＲＣ３  ３０２によって提供される５ギガヘルツの入力ＡＣ信号が出力に渡され、これは、入力が出力にカップリングされたことを示す。設計したように、カプラの負の半分がオフになり、カプラの正の半分がオンになると、カップリングされた信号の符号が反転する。この出力信号の反転は、４ナノ秒のマークにおける出力信号のミラーイメージ（即ち、カップリングされた電流の１８０度の位相シフト）として現れる。
【００２４】
本明細書で説明するカプラは、制御線の磁束ノイズに対して第１級の不感であり、大域的な磁束オフセットを強力に抑制する。図５Ａ−Ｂおよび６Ａ−Ｂは、これらの属性（ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ）をそれぞれ示している。図５Ａは、図４Ａと同一であり、負のカプラ（即ち、図２Ａの上部分岐複合ジョセフソン接合２０４）に最初に印加され、正のカプラ（即ち、図２Ａの下部分岐複合ジョセフソン接合２０６）に２番目に印加される制御信号を示す。図５Ｂは、同じ制御信号のセットに対するカプラの応答を示しているが、２０ギガヘルツのより高い入力ＡＣ周波数であり、これは、制御電流の傾斜が線形であるにもかかわらず、カプラのターンオンが２次（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）であることを強調している。従って、図５Ｂは、いずれかの制御線上の小さな信号変化が、いずれかの制御線上の大きな信号変化よりも出力の振幅に与える影響が小さいことを示している。このカプラ属性は、カプラの「オフ」状態を維持することが重要な状況で、制御線ノイズに対する耐性を提供する。
【００２５】
図６Ａおよび６Ｂは、大域的な磁束オフセットの抑制を示している。図６Ａに示される提供される制御信号は、図４Ａおよび図５Ａのものとは異なる。図６Ａに示すように、例えば、図３のＳＲＣ２  ３０６から上部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ２．ｉとラベル付けされた第１の制御電流は、１ナノ秒が開始でオンされ、２ナノ秒で１０マイクロアンペアのピークに達し、その後、３ナノ秒が開始で反転し、５ナノ秒で−１０マイクロアンペアに降下し、最後に、６ナノ秒が開始でオフされ、７マイクロ秒で０マイクロアンペアに戻る。例えば、図３のＳＲＣ４  ３０４から下部分岐複合ジョセフソン接合に提供されるＩ＿Ｐｒｏｂｅ３．ｉとラベル付けされた第２の制御電流は、７ナノ秒のマークまで同一の区分線形パターンに従うようにプログラムされているが、この時点からゼロ化されるのではなく、８ナノ秒で１０マイクロアンペアに戻り、９ナノ秒が開始で負になり、１１ナノ秒で−１０マイクロアンペアになり、その後、１２ナノ秒でオフになり、１３ナノ秒で０マイクロアンペアに戻る。図６Ｂの結果として得られる出力電流は、２つの制御電流が同一である全ての間、たとえ制御電流が非ゼロであっても、即ち、０から７ナノ秒との間、および１３ナノ秒後であっても、ゼロのままである。２つの制御電流が異なり、少なくとも１つが非ゼロである間のみ、図３におけるＳＲＣ３  ３０２によって提供される２０ギガヘルツの入力ＡＣ信号が出力に渡され、これは、入力が出力にカップリングされたことを示す。従って、図６Ａおよび図６Ｂは、カプラの両方の複合ジョセフソン接合を同時に（ｉｎ  ｔａｎｄｅｍ）調整する信号は、カップリングを形成しないことを示している。従って、カプラの調整制御は、コモンモードノイズに対する耐性がある。
【００２６】
本開示のプッシュプル調整可能なカプラは、少ない部品点数および簡略化されたまたは柔軟な制御アーキテクチャのいずれかにより構成することができる。オフ状態付近のディファレンシャルモードノイズに対する感度が低下することに加えて、本開示のプッシュプル調整可能なカプラは、コモンモードノイズに対して完全に不感である。さらに、追加のコンポーネントを必要とせずに信号反転を提供することができる。
【００２７】
図７は、２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法７００を示す。第１のオブジェクトからの信号は、２つの超伝導分岐に分割される（７０２）。信号の各分岐は、個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングされる（７０４）。複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号が印加されて（７０６）、それにより、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングする（７０８）。第１の制御信号を印加解除する（７１０）か、または複合ジョセフソン接合の他方（即ち、第１の制御信号によってバイアスされた複合ジョセフソン接合以外）をバイアスするために、第１の制御信号と大きさおよび符号が等しい第２の制御信号を印加する（７１２）かのいずれかによって、オブジェクトがデカップリングされる（７１４）。
【００２８】
方法７００に加えて、第１の制御信号よりも大きい第２の制御信号を印加して、複合ジョセフソン接合の他方（即ち、第１の制御信号によってバイアスされた複合ジョセフソン接合以外）をバイアスし、それによって、カップリング信号を反転させることができる。さらに、制御信号の線形増加に基づいて、カップリング信号を２次的に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）増加させることができる。
【００２９】
上述した説明は、本発明の例である。当然ながら、本発明を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるすべてのそのような変更、修正、および変形を包含することを意図している。さらに、開示または請求項が「１つの」、「第１の」、または「別の」要素、またはそれらの同等物を記載する場合、１つまたは複数のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素の要求も除外もされない。本明細書で使用する場合、「含む」という用語は、含むがこれに限定されないことを意味し、「含んでいる」という用語は、含んでいるがこれに限定されないが含むことを意味する。「〜に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導負荷補償型調整可能なカプラであって、
分割インダクタであって、前記分割インダクタの端子間に配置された入力ノードにおいて第１のオブジェクトから入力信号を受信し、前記分割インダクタの各端子は低電圧レールに接続されている、前記分割インダクタと、
上部分岐であって、
前記分割インダクタの上部と第２のインダクタとを含み、かつ前記分割インダクタの上部にトランスカップリングされた第１の磁束トランスであって、前記低電圧レールと上部中間ノードとの間に接続され、前記低電圧レールへの前記第１の磁束トランスの接続の構成が、前記第１の磁束トランスに第１の極性を与える、前記第１の磁束トランスと、
前記上部中間ノードと出力ノードの間に接続された第１の複合ジョセフソン接合とを含む前記上部分岐と、
下部分岐であって、
前記分割インダクタの下部と第３のインダクタとを含み、かつ前記分割インダクタの下部にトランスカップリングされた第２の磁束トランスであって、前記低電圧レールと下部中間ノードとの間に接続され、前記低電圧レールへの前記第２の磁束トランスの接続の構成が、前記第２の磁束トランスに第１の極性と反対の第２の極性を与える、前記第２の磁束トランスと、
前記下部中間ノードと前記出力ノードの間に接続された第２の複合ジョセフソン接合とを含む前記下部分岐とを備えるカプラ。
［付記２］
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が各々、並列の２つのジョセフソン接合を含む、付記１に記載のカプラ。
［付記３］
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が各々、個々の磁束バイアス線にトランスカップリングされた少なくとも１つのインダクタをさらに含む、付記２に記載のカプラ。
［付記４］
前記カプラは、両方の複合ジョセフソン接合の個々の磁束バイアス線に等しく影響を与えるコモンモードノイズに対して完全に不感である、付記３に記載のカプラ。
［付記５］
ジョセフソン接合の全てが実質的にサイズが等しい、付記２に記載のカプラ。
【手続補正２】
【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】
超伝導プッシュプル調整可能なカプラシステムであって、
プッシュトランス、プルトランス、および第１および第２の複合ジョセフソン接合を含むプッシュプル調整可能なカプラと、
前記カプラの第１のポートに接続される第１のオブジェクトと、
前記カプラの第２のポートに接続される第２のオブジェクトと、
前記第１または第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスして、カプラトランスのプッシュおよびプルをアンバランスにするように構成された少なくとも１つのバイアス要素とを備え、
前記カプラは、トランス間の均衡が、前記第１のオブジェクトと前記第２のオブジェクトがデカップリングされて、信号がオブジェクト間を通過するのを阻止するディファレンシャルモードを確立し、トランス間の不均衡が、オブジェクトがカップリングされて、信号をオブジェクト間で通過させるコモンモードを確立するように構成される、システム。
【請求項２】
複合ジョセフソン接合を対向するインダクタンス状態間で変化させて、前記カプラを均衡またはアンバランスにすることによって、カプラの設定を前記ディファレンシャルモードと前記コモンモードとの間で制御するように構成されるカプラコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記カプラコントローラは、前記第１および第２の複合ジョセフソン接合の少なくとも１つに誘導結合された少なくとも１つの磁束バイアス制御線を介して流れる電流の量および極性を制御して、前記カプラをディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のポートは、前記第１のオブジェクトからの信号を、分割インダクタ、前記分割インダクタの第１の部分を含む前記プッシュトランス、および前記分割インダクタの第２の部分を含む前記プルトランスの間で分岐する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１および第２の複合ジョセフソン接合が前記第２のポートにおいて接続される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記カプラは、前記カプラのカップリング電流が、制御電流における線形増加とともに二次的に増加するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の複合ジョセフソン接合をバイアスするための第１の磁束バイアス電流を供給するように構成される第１のバイアス要素と、前記第２の複合ジョセフソン接合をバイアスするための第２の磁束バイアス電流を供給するように構成される第２のバイアス要素とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記カプラは、第１および第２のバイアス電流におけるコモンモードノイズに対して不感であるように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の磁束バイアス電流の量および極性、および前記第２の磁束バイアス電流の量および極性を制御して、前記カプラをディファレンシャルモードとコモンモードとの間で交互に切り替えるように構成されたカプラコントローラをさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記カプラは、前記第２の磁束バイアス電流よりも大きい前記第１の磁束バイアス電流に基づいてカップリング電流を反転するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
２つのオブジェクトを調整可能にカップリングまたはアンカップリングする方法であって、
第１のオブジェクトからの信号を２つの超伝導分岐に分割するステップと、
信号の各分岐を個々の複合ジョセフソン接合にトランスカップリングするステップと、
前記複合ジョセフソン接合の少なくとも１つをバイアスするために少なくとも第１の制御信号を印加して、カップリング信号を介してオブジェクト間の情報の交換を可能にすることによって、第１のオブジェクトを第２のオブジェクトにカップリングするステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記第１の制御信号を印加解除して、前記第１のオブジェクトを前記第２のオブジェクトからデカップリングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の制御信号によってバイアスされる複合ジョセフソン接合以外の複合ジョセフソン接合の他の１つをバイアスするために、前記第１の制御信号と大きさおよび符号が等しい第２の制御信号を第１の制御信号に印加して、前記第１のオブジェクトを前記第２のオブジェクトからデカップリングするステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の制御信号によってバイアスされる前記複合ジョセフソン接合以外の前記複合ジョセフソン接合の他の１つをバイアスするために、前記第１の制御信号よりも大きい第２の制御信号を印加して、前記カップリング信号を反転させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
制御信号における線形増加に基づいて、前記カップリング信号を二次的に増加させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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