(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波装置であって、
第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに接続された量子ビットと、
前記第１の結合キャパシタの第２の端部と前記第２の結合キャパシタの第２の端部とに接続され、基本共振モードを有する共振器であって、前記基本共振モードは基本共振モード周波数を有する、前記共振器と、
前記量子ビットと前記第１の結合キャパシタの前記第１の端部との両方に接続されたフィルタであって、前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの前記共振器とは反対側にあるように、前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの同じ側で互いに接続された、前記フィルタと
を含む、マイクロ波装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記共振器の前記基本共振モード周波数におけるマイクロ波信号を遮断し、それによって前記量子ビットを前記基本共振モード周波数において印加される前記マイクロ波信号から保護するように構成された、請求項１に記載のマイクロ波装置。
【請求項３】
前記共振器の前記基本共振モード周波数はある波長を有する、請求項２に記載のマイクロ波装置。
【請求項４】
前記フィルタは開放４分の１波長スタブである、請求項３に記載のマイクロ波装置。
【請求項５】
前記４分の１波長スタブの長さは前記波長の４分の１に対応する、請求項４に記載のマイクロ波装置。
【請求項６】
前記フィルタはインダクタとキャパシタとを含む、請求項１に記載のマイクロ波装置。
【請求項７】
前記インダクタは集中素子または超伝導線路である、請求項６に記載のマイクロ波装置。
【請求項８】
前記キャパシタはギャップ・キャパシタ、平板キャパシタまたはくし型キャパシタである、請求項６に記載のマイクロ波装置。
【請求項９】
マイクロ波装置を構成する方法であって、
第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに量子ビットを接続することと、
前記第１の結合キャパシタの第２の端部と前記第２の結合キャパシタの第２の端部とに、基本共振モードを有する共振器を接続することであって、前記基本共振モードは基本共振モード周波数を有する、前記接続することと、
前記量子ビットと前記第１の結合キャパシタの前記第１の端部との両方にフィルタを接続することと
を含み、前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの前記共振器とは反対側にあるように前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの同じ側で互いに接続される、方法。
【請求項１０】
マイクロ波装置であって、
第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに接続された量子ビットと、
前記第１の結合キャパシタの第２の端部と前記第２の結合キャパシタの第２の端部とに接続され、基本共振モードを含む共振器であって、前記基本共振モードは基本共振モード周波数を有する、前記共振器と、
前記量子ビットと前記第１の結合キャパシタの前記第１の端部との両方に接続された１つまたは複数の第１のフィルタであって、前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの前記共振器とは反対側にあるように、前記フィルタと前記量子ビットの両方が前記第１の結合キャパシタの同じ側で互いに接続された、前記１つまたは複数の第１のフィルタと、
前記量子ビットと前記第２の結合キャパシタの前記第１の端部との両方に接続された１つまたは複数の第２のフィルタとを含む、マイクロ波装置。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の第１のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、前記共振器の前記基本共振モード周波数で印加されるマイクロ波信号を遮断し、それによって前記量子ビットを前記マイクロ波信号から保護するように構成された、請求項１０に記載のマイクロ波装置。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の第２のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、前記共振器の前記基本共振モード周波数で印加される前記マイクロ波信号を遮断し、それによって前記量子ビットを前記マイクロ波信号から保護するように構成された、請求項１１に記載のマイクロ波装置。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の第１のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタは、他の事前定義済み周波数で印加されるマイクロ波信号を遮断し、それによって前記基本共振モード周波数とは異なる前記他の事前定義済み周波数における前記マイクロ波信号から前記量子ビットを保護するように構成された、請求項１１に記載のマイクロ波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波領域における超伝導回路による量子コンピューティングのための量子情報処理に関し、より具体的には、空洞フィルタ処理量子ビットまたは読み出し共振器フィルタ処理量子ビットに関する。
【背景技術】
【０００２】
光子は、光およびその他のあらゆる形態の電磁放射の量子である、素粒子である。光子は、電磁波の周波数に比例するエネルギーを搬送するが、静止質量はゼロである。
【０００３】
回路量子電気力学において、量子コンピューティングは量子情報を操作し、記憶するために量子ビットと呼ばれる非線形超伝導素子を使用し、量子ビットを読み出すため、または量子ビット間の相互作用を促進するため、あるいはその両方のために、（例えば２次元（２Ｄ）平面導波路として、または３次元（３Ｄ）マイクロ波空洞として）共振器を使用する。一例として、各超伝導量子ビットは、ジョセフソン接合部と並列なキャパシタによって分路された１つまたは複数のジョセフソン接合部を含み得る。量子ビットは、２Ｄまたは３Ｄマイクロ波空洞に容量結合されている。量子ビットに付随する電磁気エネルギーは、ジョセフソン接合部と、量子ビットを形成する容量性素子および誘導性素子とに格納される。これまで、量子ビットのデコヒーレンスにより情報が失われる前に計算（すなわち操作および読み出し）を行うことができるようにするために、量子ビットの寿命を改善することに重点が置かれてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、量子コンピューティングの量子情報処理のためのマイクロ波領域における超伝導回路を含むマイクロ波装置およびマイクロ波装置構成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によると、マイクロ波装置が提供される。このマイクロ波装置は、第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに接続された量子ビットと、第１の結合キャパシタの第２の端部と第２の結合キャパシタの第２の端部とに接続された共振器とを含む。共振器は、基本共振モードを備え、基本共振モードは基本共振モード周波数を有する。また、マイクロ波装置は、量子ビットと第１の結合キャパシタの第１の端部との両方、または量子ビットと第２の結合キャパシタの第１の端部とに接続されたフィルタも含む。
【０００６】
一実施形態によると、マイクロ波装置を構成する方法が提供される。この方法は、第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに量子ビットを接続することと、第１の結合キャパシタの第２の端部と第２の結合キャパシタの第２の端部とに共振器を接続することとを含む。共振器は、基本共振モードを備え、基本共振モードは基本共振モード周波数を有する。また、この方法は、量子ビットと第１の結合キャパシタの第１の端部との両方、または量子ビットと第２の結合キャパシタの第１の端部とにフィルタを接続することを含む。
【０００７】
一実施形態によると、マイクロ波装置が提供される。このマイクロ波装置は、第１の結合キャパシタの第１の端部と第２の結合キャパシタの第１の端部とに接続された量子ビットと、第１の結合キャパシタの第２の端部と第２の結合キャパシタの第２の端部とに接続された共振器とを含む。共振器は、基本共振モードを備え、基本共振モードは基本共振モード周波数を有する。また、マイクロ波装置は、量子ビットと第１の結合キャパシタの第１の端部との両方に接続された１つまたは複数の第１のフィルタと、量子ビットと第２の結合キャパシタの第１の端部との両方に接続された１つまたは複数の第２のフィルタとを含む。
【０００８】
一実施形態によると、マイクロ波装置を動作させる方法が提供される。この方法は、ノードＡとノードＢとのうちの少なくとも一方のノードにおいてある周波数帯内のマイクロ波信号を受信することと、この周波数帯内で印加されるマイクロ波信号から量子ビットをフィルタによって保護することとを含み、量子ビットはノードＡとノードＢとに接続される。フィルタは、ノードＡとノードＢとのうちの少なくとも一方に接続される。ノードＡは、第１の結合キャパシタの共振器とは反対側にあり、ノードＢは第２の結合キャパシタの共振器とは反対側にある。
【０００９】
その他の特徴および利点も本発明の技術により実現される。本発明のその他の実施形態および態様は、本明細書で詳細に説明し、特許請求される本発明の一部とみなされる。これらの利点および特徴を有する本発明をよりよく理解することができるように、以下の説明および図面を参照されたい。
【００１０】
以下、本発明の実施形態について例示のみのために添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】パーセル・フィルタを備える量子電気力学システムを示す概念図である。
【図２】一実施形態による空洞フィルタ処理量子ビットまたは共振器フィルタ処理量子ビットを備える量子電気力学システムを示す概念図である。
【図３】一実施形態によるマイクロ波装置を示す回路図である。
【図４】別の実施形態によるマイクロ波装置を示す回路図である。
【図５】さらに別の実施形態によるマイクロ波装置を示す回路図である。
【図６】一実施形態による、望ましくない周波数帯域内で印加されるマイクロ波信号から量子ビットを保護するようにマイクロ波装置を構成する方法を示すフローチャートである。
【図７】一実施形態による、望ましくない周波数帯内で印加されるマイクロ波信号から量子ビットを保護するようにマイクロ波装置を動作させる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】
【００１２】
回路量子電気力学装置は、量子ビット（量子ビット回路）に結合された共振器（読み出し共振器またはバス共振器）を含む。共振器は、共振周波数を有する。量子ビットの状態を読み出すために、共振器に読み出し周波数で読み出し信号が印加される。読み出し周波数は、共振器の共振周波数と一致するかまたはその付近にある。共振器に（ゲート周波数もしくは共振周波数、またはゲート周波数付近もしくは共振周波数付近の周波数、あるいはその両方において）強いマイクロ波トーン／信号を印加すると、量子ビットに悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、共振器に大きな従来の信号を印加すると、量子ビットのジョセフソン接合部またはジョセフソン接合部付近あるいはその両方に大量の準粒子を発生させることがあり、これにより、量子ビットの緩和時間が減少するか、または量子ビットのジョセフソン接合部が電圧状態に切り替わり、それによって量子ビットのコヒーレンスを完全に失わせる。電圧状態とは、ジョセフソン接合部両端間に非ゼロ電圧が生じるように、ジョセフソン素子が直流（ＤＣ）抵抗を有するときのことである。
【００１３】
共振器に強いマイクロ波トーン／信号が印加される２つの一般的な事例は、１）読み出し共振器を介した高パワー読み出しと、２）バス共振器に印加される、共振器誘起位相（ＲＩＰ）ゲートを含む量子ビット・ゲート動作を行うオフ共振マイクロ波信号である。高パワー読み出しは、共振器に読み出し周波数における強いマイクロ波信号が印加され、そのパワーが、共振器が非線形効果を示し始める共振器の１逆帯域幅当たりの臨界光子数（例えば１００個の光子）を超える、量子ビット読み出し技術である。バス共振器は、通常、いくつかの量子ビットを互いに結合するために使用される。共振器誘起位相（ＲＩＰ）ゲートは、バスに強いオフ共振マイクロ波信号を印加することによって、バス共振器に結合された複数の量子ビットのエンタングルメントにより行われる量子ビット・ゲート動作である。強いオフ共振マイクロ波信号における光子の数は１０００個にもなることがあり、これにより、共振器の帯域幅および印加信号の周波数とバスの共振周波数との間の離調に応じて、共振器において循環する光子が少なくなる。
【００１４】
実施形態は、量子ビット回路に狭帯域バンドストップ無損失フィルタを組み込むように構成され、狭帯域バンドストップ無損失フィルタは、量子ビットに望ましくない影響を与える可能性のある特定の周波数付近において印加されるマイクロ波信号に対してフィルタ除去または排除あるいはその両方を行う。一実施形態では、狭帯域バンドストップ無損失フィルタは、量子ビットの１つの電極に接続された、読み出し共振器周波数またはバス共振器周波数（または望ましくない周波数）における開放４分の１波長伝送線路の使用により実現することができる。開放４分の１波長伝送線路は、開回路で終端されたスタブであり、その長さは望ましくない周波数の波長の４分の１に等しい。このような４分の１波長スタブを量子ビットに付加することは、インピーダンス変成器の機能を果たし、望ましくない周波数（読み出し周波数またはバス周波数など）付近における量子ビットのための短絡回路を実質的に形成し、したがってその周波数帯内で印加される大きなマイクロ波信号から量子ビットを（すなわち、それらの信号を量子ビットから反射させることによって）保護する。
【００１５】
別の実施形態では、狭帯域バンドストップ無損失フィルタは、量子ビットをその周波数帯内の望ましくない周波数（読み出し周波数またはバス周波数など）から保護する等価集中素子回路を使用して実現することができる。
【００１６】
なお、空洞という用語は、共振器を指すために使用している。
【００１７】
図１は、パーセル・フィルタを備える量子電気力学システムの概念図である。共振器（すなわち空洞）は、結合キャパシタを介して量子ビットに容量結合されている。量子ビット周波数ｆｑ付近のマイクロ波信号を遮断するパーセル・フィルタが、読み出し共振器またはそのフィードラインに組み込まれる。したがって、パーセル・フィルタは、量子ビットが空洞内に光子を自然放出するのを防ぐ。共振器とパーセル・フィルタは両方とも結合キャパシタの量子ビットとは反対側にあり、したがって共振器およびパーセル・フィルタは量子ビット回路の一部ではない。
【００１８】
図２は、一実施形態による空洞フィルタ処理量子ビットまたは共振器フィルタ処理量子ビットを備える回路量子電気力学システムの概念図である。図２において、共振器は共振器の共振モードに対応する共振周波数ｆｒを有する。共振器は、共振周波数ｆｑ（すなわち基底状態と励起状態との間の遷移周波数）が読み出し共振周波数ｆｒから離調している量子ビット（非線形共振器と考えることができる）に容量結合されている。共振器周波数ｆｒまたは共振器周波数ｆｒ付近あるいはその両方においてマイクロ波信号が共振器に印加されると、信号のパワーのほとんどが共振器回路内を循環し、その際、共振応答が最大となる。しかし、パワーの一部が容量結合によって量子ビット回路に結合される。共振器から量子ビットに結合するパワーの割合は、２つの共振回路間の周波数離調、それらの回路間の結合容量、および共振器と量子ビットのインピーダンスなどのいくつかの回路パラメータに依存する。また、線形領域において、（読み出し共振器から）量子ビットに結合するパワーの割合は、信号パワーに依存し、したがって、共振器への印加パワーが高いほど、量子ビットに伝送されて量子ビットに悪影響を及ぼすパワーが高くなる。したがって、図２において、量子ビット回路は、共振器周波数ｆｒまたは共振器周波数ｆｒ付近あるいはその両方におけるマイクロ波信号が量子ビットに入るのを阻止する狭帯域バンドストップ無損失フィルタを含む。したがって、狭帯域バンドストップ無損失フィルタは、共振器の共振周波数またはその付近あるいはその両方で印加される強いマイクロ波信号から量子ビットを保護する。
【００１９】
図２において、狭帯域バンドストップ無損失フィルタは、結合キャパシタの量子ビットと同じ側にあり、したがって、量子ビット回路自体の一部である。共振器は、結合キャパシタの量子ビットおよび狭帯域バンドストップ無損失フィルタとは反対側にあり、共振器は量子ビット回路の一部ではない。
【００２０】
一実施形態では、複数の狭帯域バンドストップ無損失フィルタが、結合キャパシタの量子ビットと同じ側にあってもよい。共振器周波数ｆｒで印加されるマイクロ波信号を遮断するいくつかの狭帯域バンドストップ無損失フィルタと、共振器周波数ｆｒとは異なる事前定義済み周波数で印加されるマイクロ波信号を遮断するその他の狭帯域バンドストップ無損失フィルタとがあってもよい。
【００２１】
図３は、一実施形態によるマイクロ波装置３００の回路図である。マイクロ波装置３００は、共振器３０５の共振器共振周波数ｆｒ付近の特定の周波数帯内で印加されるマイクロ波信号から量子ビット３１０（すなわち量子ビット回路）を保護するためのアーキテクチャである。一実装形態では、この周波数帯は、共振器共振周波数ｆｒと、共振器共振周波数ｆｒの数１０メガヘルツ程度上下の周波数の帯域とを含む。したがって、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、この周波数帯内の望ましくない周波数に対して遮断または排除、あるいはその両方を行う。
【００２２】
マイクロ波装置３００は、結合キャパシタ３２０Ａおよび３２０Ｂによって共振器３０５に容量結合された量子ビット３１０を含む。共振器３０５は、共振器結合キャパシタ３２５によってポート３５０に容量結合されている。ポート３５０は、マイクロ波装置３００がマイクロ波信号を受信するためと、マイクロ波装置３００から反射したマイクロ波信号を測定するためのものである。
【００２３】
共振器３０５は、共振器３０５を励起する共振（すなわち共振器共振周波数ｆｒ）におけるマイクロ波信号を受信することができ、それによって共振器３０５を共振させるとともに、信号パワーの何割かを量子ビット回路３１０に結合する。しかし、量子ビット３１０は狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５に接続されているため、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５が、特定の周波数帯内（例えば共振周波数ｆｒおよびその付近）にある望ましくないマイクロ波信号が量子ビット３１０に達するのを実質的に阻止し、それによって量子ビット３１０をこれら望ましくない信号から保護する。
【００２４】
図１の結合キャパシタの量子ビットとは反対側にある、量子ビット周波数ｆｑにおけるマイクロ波信号（特に、量子ビット自体から共振器への光子放出）から量子ビットを保護するパーセル・フィルタとは異なり、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、結合キャパシタ３２０Ａ、３２０Ｂの量子ビット３１０と同じ側にあり、共振器３０５に印加される共振器周波数ｆｒまたはその付近あるいはその両方におけるマイクロ波信号から量子ビット３１０を保護する。
【００２５】
パーセル・フィルタとは異なり、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、量子ビット回路３１０の一部であり、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、量子ビット３１０に悪影響を及ぼす事前定義済み周波数付近（すなわち事前定義済み周波数を含む周波数帯）において印加されるマイクロ波信号に対してフィルタ除去または排除あるいはその両方を行うように構成することができる。一事例では、事前定義済み周波数は周波数ｆｒであってよい。別の事例では、事前定義済み周波数は周波数ｆｒとは異なる周波数であってもよい。
【００２６】
図３において、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、事前定義済み周波数の４分の１波長に対応する長さを有する４分の１波長スタブである。事前定義済み周波数が共振器３０５の共振周波数ｆｒである場合、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は共振器共振周波数ｆｒの波長λｒの４分の１に対応する長さを有する４分の１波長スタブである。４分の１波長スタブは、ノードＡにおいて結合キャパシタ３２０Ａと量子ビット３１０の両方に接続された一端を有する。４分の１波長スタブの他端は、開回路（Ｏ．Ｃ．）で終端されている。したがって、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、インピーダンス変成器としての機能を果たし、望ましくない共振器周波数ｆｒおよびその付近において量子ビット３１０のための短絡回路を実質的に形成する、開放４分の１波長伝送線路であり、したがってその周波数帯内で印加される大きなマイクロ波信号から量子ビット３１０を保護する。
【００２７】
図４は、別の実施形態によるマイクロ波装置３００の回路図である。図４において、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、遮断周波数帯内の望ましくない周波数（例えば共振器周波数ｆｒなど）から量子ビット３１０を保護する伝送線路スタブの等価集中素子回路を使用して実現される。
【００２８】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の表現は、１つまたは複数のキャパシタ（Ｃ）４１０に直列接続された１つまたは複数のインダクタ（Ｌ）４０５とすることができる。別の実装形態では、インダクタ４０５は、キャパシタ４１０に並列接続されてもよい。
【００２９】
上述のように、マイクロ波装置３００は、結合キャパシタ３２０Ａおよび３２０Ｂによって共振器３０５に容量結合された量子ビット３１０を含む。共振器３０５は、結合キャパシタ３２５によってポート３５０に容量結合されている。入力および出力マイクロ波信号は、ポート３０５を介して装置３００に入り、装置３００から出る。
【００３０】
図４において、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、量子ビット３１０に並列接続されている。例えば、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の上端（例えばインダクタ４０５）は、ノードＡで量子ビット３１０（の例えば上部電極）と、結合キャパシタ３２０Ａとの両方に接続されている。また、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の下端（例えばキャパシタ４１０）は、ノードＢで量子ビット３１０（の例えば下部電極）と、結合キャパシタ３２０Ｂとの両方に接続されている。この場合も、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、結合キャパシタ３２０Ａ、３２０Ｂの共振器３０５とは反対側で量子ビット３１０に接続されている。
【００３１】
なお、図４において、集中素子型の狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５を使用する場合、集中素子型は（臨界電流の大きい）大型ジョセフソン接合と、ギャップ・キャパシタ、平板キャパシタまたはくし型キャパシタ、あるいはこれらの組合せとの配列として実現することができる。
【００３２】
図５は、さらに別の実施形態によるマイクロ波装置３００の回路図である。この構成は、量子ビット３１０を保護するために使用される４つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５を示す。前述の各要素については繰り返して説明しないことがある。
【００３３】
説明のために、図５は４つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５を示す。マイクロ波装置３００において付加される狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の数は１個、２個、３個、４個または５個などであってもよいものと企図される。多くの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５を付加した後、（装置３００の物理的大きさに対して）面積の限界がある可能性があり、異なる狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５間の寄生容量を低減するために適合する技術を使用することができる。
【００３４】
図５において、量子ビット３１０は、上部電極５０５Ａと下部電極５０５Ｂとに接続された１つまたは複数のジョセフソン接合部５０５を含む。狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１および３１５＿２は、４分の１波長スタブであってもよい。ノードＡにおいて、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１および３１５＿２の一端は電極５０５Ａに接続され、結合キャパシタ３２０Ａに接続されている。狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１および３１５＿２の他端は開回路（Ｏ．Ｃ．）において終端されている。
【００３５】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿３および３１５＿４は、４分の１波長スタブであってもよい。ノードＢにおいて、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿３および３１５＿４の一端は電極５０５Ｂに接続され、結合キャパシタ３２０Ｂに接続されている。狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿３および３１５＿４の他端は開回路（Ｏ．Ｃ．）において終端されている。
【００３６】
マイクロ波装置３００のこの構成は、量子ビット回路を望ましくない周波数から保護するとともに、量子ビット回路の対称性を維持するために４個の同じ４分の１波長スタブ（狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１、３１５＿２、３１５＿３、３１５＿４）を使用する。４個の同じ４分の１波長スタブを使用する場合、それぞれの４分の１波長スタブは同じ周波数帯を遮断する。しかし、（図２に示すように）１つの４分の１波長スタブでも十分である。一実装形態では、４個の４分の１波長スタブ（狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１、３１５＿２、３１５＿３、３１５＿４）は、４つの異なる周波数から保護するように設計されてもよい。これは、４つの異なる周波数帯における望ましくない周波数を遮断するために、各４分の１波長スタブの長さが異なることになることを意味し、この場合、各４分の１波長スタブが１つの周波数帯を遮断する。
【００３７】
説明のために２つの例を数値とともに以下に示す。これらの例は、例えば、７ＧＨｚの望ましくない周波数を中心とする、または含む、あるいはその両方の周波数と、１０ＧＨｚの望ましくない周波数を中心とする、または含む、あるいはその両方の周波数を遮断して量子ビット３１０をこれらの周波数から保護するように、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の長さを設ける。これらの例は、伝送線路型の狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５、例えば４分の１波長スタブの例である。
【００３８】
望ましくない周波数ｆｒの波長は、式
【数１】
0006670375.tif 000002
に対応し、ｃは真空中の光の速度、εｅｆｆはフィルタで観察される実効誘電率である。一事例では、望ましくない周波数の波長は共振器波長λｒ（一実装形態では読み出し周波数の波長であってもよい）であってよい。別の事例では、望ましくない周波数の波長は、望ましい事前定義済み周波数に対応し得る。εｅｆｆ＝７の場合（例えば真空およびサファイアの実効誘電率）、少なくとも１つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の４分の１波長スタブの長さｌは、７ＧＨｚにおいて
【数２】
0006670375.tif 000003
である。また、εｅｆｆ＝７の場合（例えば真空およびサファイアの実効誘電率）、少なくとも１つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５の４分の１波長スタブの長さｌは、１０ＧＨｚにおいて
【数３】
0006670375.tif 000004
である。
【００３９】
上記のように、図５の４つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５を実現するために、多くの選択肢を使用することができる。４つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５のうちの１つ、例えば狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿１が、周波数ｆｒにおけるマイクロ波信号を遮断し、他の３つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５＿２、３１５＿３および３１５＿４が他の周波数における信号を遮断するように設計されてもよい。１つの事例では、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５のうちの２つが同じ周波数における信号を遮断し、他の２つの狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５が異なる周波数における信号を遮断してもよい。本明細書に記載のように、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、必要に応じて任意の望ましくない周波数におけるマイクロ波信号が量子ビット３１０に影響するのを阻止するように設計することができることがわかる。なお、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、いくつかの異なる周波数帯を遮断するように構成することもできる。
【００４０】
また、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、超伝導材料からなるためと、きわめて低損失の誘電性環境（基盤および真空）に埋め込まれているために、無損失またはより正確にはきわめて低損失である。当業者にはわかるように、当然ながら、マイクロ波装置３００の動作は超伝導に相応した温度で行われる。マイクロ波装置３００は、動作のために希釈冷蔵庫内に配置されてもよい。
【００４１】
次に図６を参照すると、望ましくない周波数帯内で印加されるマイクロ波信号から量子ビット３１０を保護するようにマイクロ波装置３００を構成する方法のフローチャート６００が示されている。図２ないし図５を参照することができる。
【００４２】
ブロック６０５で、量子ビット３１０が第１の結合キャパシタ３２０Ａの第１の端部と第２の結合キャパシタ３２０Ｂの第１の端部とに接続される。
【００４３】
ブロック６１０で、共振器３０５が第１の結合キャパシタ３２０Ａの第２の端部と第２の結合キャパシタ３２０Ｂの第２の端部とに接続され、共振器３０５は基本共振モードを有する。基本共振モードは、基本共振モード周波数を有する。
【００４４】
ブロック６１５で、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５が量子ビット３１０と第１の結合キャパシタ３２０Ａの第１の端部との両方、または量子ビット３１０と第２の結合キャパシタ３２０Ｂの第１の端部とに接続される。結合キャパシタ３２０Ａ、３２０Ｂの第１の端部は、量子ビット３１０および狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５と同じ側にある。結合キャパシタ３２０Ａ、３２０Ｂの第２の端部は、共振器３０５と同じ側にある。
【００４５】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、共振器の基本共振モードの基本共振モード周波数ｆｒで印加されるマイクロ波信号を、その付近の周波数、例えば周波数ｆｒの上下数１０メガヘルツで印加されるマイクロ波信号とともに遮断し、それによって量子ビット３１０を基本共振モードの周波数ｆｒにおけるマイクロ波信号から保護するように構成される。共振器３０５の基本共振モードは、波長λｒを有する。
【００４６】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、４分の１波長スタブである。４分の１波長スタブの長さは波長λｒの４分の１に対応する。
【００４７】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、インダクタＬ４０５とキャパシタＣ４１０（例えば集中素子）とを含む。インダクタは集中素子である。インダクタは超伝導細線である。
【００４８】
図７は、一実施形態による、望ましくない周波数の帯域内で印加されるマイクロ波信号から量子ビット３１０を保護するようにマイクロ波装置３００を動作させる方法を示すフローチャート７００である。図２ないし図６を参照することができる。
【００４９】
ブロック７０５で、（マイクロ波装置３００の）ノードＡまたはノードＢのうちの少なくとも一方あるいはその両方が、ある周波数帯内の周波数で印加されるマイクロ波信号を受信するように構成される。
【００５０】
ブロック７１０で、狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５が、ある周波数帯内のマイクロ波信号から量子ビット３１０を保護し、量子ビット３１０はノードＡおよびノードＢに接続され、フィルタ３１５はノードＡまたはノードＢのうちの少なくとも一方あるいはその両方に接続され、ノードＡは第１の結合キャパシタ３２０Ａの共振器３０５とは反対側にあり、ノードＢは、第２の結合キャパシタ３２０Ｂの共振器３０５とは反対側にある。
【００５１】
周波数帯は、共振器３０５に供給されるマイクロ波信号の周波数に対応する。共振器３０５は周波数ｆｒを有する。周波数帯は、この周波数を、周波数ｆｒの所定量上および下の周波数とともに含む。所定量は、１０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、５００ＭＨｚ、１ＧＨｚなどとすることができる。
【００５２】
狭帯域バンドストップ無損失フィルタ３１５は、量子ビット３１０をこの周波数帯内の１つまたは複数の周波数におけるマイクロ波信号から保護するように構成され、１つまたは複数の周波数におけるこれらのマイクロ波信号は、フィルタ３１５がない場合に量子ビットをより急激に状態変化させるか、緩和させるか、またはコヒーレンスを失わせるか、あるいはこれらの組合せを行う。
【００５３】
なお、当業者にはわかるように、本明細書に記載の構成要素／要素を製造するために様々なマイクロエレクトロニクス装置製造方法を使用することができる。超伝導および半導体装置製造においては、様々な処理ステップが、堆積、除去、パターン形成、および電気特性変更の４つの大まかなカテゴリに分類される。
【００５４】
堆積は、ウエハ上に材料を成長、被覆または移動させる任意の処理である。利用可能な技術としては、とりわけ、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、電気化学蒸着（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および、より最近では原子層蒸着（ＡＬＤ）などがある。
【００５５】
除去は、ウエハから材料を除去する処理である。例としては、エッチング処理（ウェットまたはドライ）および化学機械平坦化（ＣＭＰ）などがある。
【００５６】
パターン形成は、堆積させた材料を整形または改変することであり、一般にリソグラフィと呼ばれる。例えば、従来のリソグラフィでは、ウエハがフォトレジストと呼ばれる化学物質で被覆され、次に、ステッパと呼ばれる機械がマスクの焦点合わせ、位置合わせおよび移動を行い、下のウエハの選択部分を短波長光で露光し、露光された領域が現像剤で洗い流される。エッチングまたはその他の処理の後、残存フォトレジストが除去される。パターン形成には、電子ビーム・リソグラフィも含まれる。
【００５７】
電気特性の変更は、一般に拡散またはイオン注入あるいはその両方による、トランジスタのソースおよびドレインのドーピングなどのドーピングを含み得る。これらのドーピング処理の後に、炉アニールまたは高速熱アニール（ＲＴＡ）が行われる。アニールは、注入されたドーパントを活性化させる機能を果たす。
【００５８】
図面中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能および動作を例示している。この場合、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定されている論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含む、命令のモジュール、区分または部分を表す場合がある。いくつかの他の実装形態では、ブロックに記載されている機能が図中に記載されている順序とは異なる順序で行われてもよい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行されてもよく、または、ブロックは関与する機能によっては逆の順序で実行される場合もあり得る。また、ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方のブロックの組合せは、指定されている機能または動作を実行するかまたは専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せ動作を行うまたは実施する、専用ハードウェア方式のシステムによって実装され得ることに留意されたい。
【００５９】
本発明の様々な実施形態の説明を例示のために示したが、これらは網羅的であること、または開示の実施形態に限定されることを意図したものではない。当業者には、記載されている実施形態の範囲および思想から逸脱することのない多くの変更および変形が明らかであろう。本明細書で使用されている用語は、実施形態の原理、実際の用途、または、市場に見られる技術の技術改良を最もよく説明するため、または本明細書で開示されている実施形態を他の当業者が理解することができるようにするために選定されたものである。
【００６０】
連邦政府資金による研究開発の記載
本発明は、陸軍研究事務所（ＡＲＯ）により締結された契約Ｗ９１１ＮＦ−１０−１−０３２４のもと、政府支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【図１】
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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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