(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド・キュービット回路部品であって、
回路の２つのノード間の経路上に直列に配置された第１の複数の組のジョセフソン結合と、
互いに並列に配置され、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ  ＳＱＵＩＤ）を形成する第２の複数の組のジョセフソン結合であって、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤは、前記第１の複数の組のジョセフソン結合と並列である、前記第２の複数の組のジョセフソン結合とを備え、
前記ハイブリッド・キュービット回路部品は、前記ハイブリッド・キュービット回路部品が磁束キュービットとして動作する第１の作動領域と、前記ハイブリッド・キュービット回路部品がトランスモン・キュービットとして動作する第２の作動領域との間で遷移するように前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤに供給される磁束に応答的である、ハイブリッド・キュービット回路部品。
【請求項２】
前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤは、関連する制御回路から供給される磁束に応答して前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤ内のバイアス電流が誘導的に供給されるようにする少なくとも一つのインダクタを含み、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤの臨界電流は、供給される磁束に応じたものである、請求項１に記載のハイブリッド・キュービット回路部品。
【請求項３】
キュービット回路部品は、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤの臨界電流が閾値を上回る場合、磁束キュービットとして動作し、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤの臨界電流が閾値を下回る場合、トランスモン・キュービットとして動作するように構成されており、キュービット回路部品の動作は、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤと関連する制御回路により選択可能であり、臨界電流に関する閾値は、前記第１の複数の組のジョセフソン結合の臨界電流に応じたものである、請求項２に記載のハイブリッド・キュービット回路部品。
【請求項４】
前記第１の複数の組のジョセフソン結合の各々及び前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤと並列に実装されるコンデンサを更に備える請求項１に記載のハイブリッド・キュービット回路部品。
【請求項５】
システムであって、
請求項４に記載の前記ハイブリッド・キュービット回路部品と、
前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤに磁束を供給するように構成された古典的制御部と
を備えるシステム。
【請求項６】
前記古典的制御部は、第１の古典的制御部であり、磁束は第１の磁束であり、システムは、更に前記ハイブリッド・キュービット回路部品に第２の磁束を供給するように構成された第２の古典的制御部と、
前記第１の古典的制御部及び前記第２の古典的制御部の各々に動作的に接続されたシステム制御部とを備え、前記システム制御部は、前記第１の磁束及び前記第２の磁束の個々の大きさを制御するように動作する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記システム制御部は、ハイブリッド・キュービットを第１の制御磁束によりトランスモン領域から磁束領域に断熱的に遷移し、磁束領域に関連するハイブリッド化ギャップを通過する移行速度で第２の制御磁束を急速に遷移し、ハイブリッド・キュービットを前記第１の制御磁束により前記トランスモン領域から前記磁束領域に断熱的に遷移するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システム制御部は、前記第２の磁束の大きさを対称点に関連する開始値から前記対称点の第１の側における第１の値に遷移し、前記第１の磁束の大きさをトランスモン領域に関連する第２の値から磁束領域に関連する第３の値に断熱的に遷移し、前記第２の磁束の大きさを前記第１の値から前記対称点の第２の側における第４の値に急速に遷移し、第１の磁束の大きさを前記第２の値に断熱的に遷移して戻し、前記第２の磁束の大きさを前記開始値に遷移して戻すように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システム制御部は、前記トランスモン領域における複数のエネルギー状態の所望の占有率に従ってハイブリッド化ギャップを選択するように構成され、各々のエネルギー状態の占有率は、ハイブリッド化ギャップのエネルギーに対する移行速度の比率に応じたものである、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システム制御部は、ハイブリッド・キュービットをトランスモン領域から磁束領域に急速に遷移し、回転の所望の大きさに応じた持続時間を有する期間の間、磁束領域においてハイブリッドを維持し、ハイブリッド・キュービットを前記磁束領域からトランスモン領域に急速に遷移して戻すように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システム制御部は、前記第２の磁束の大きさを対称点に関連する開始値からキュービット位置に関する回転軸に関連する第１の値に遷移し、前記第１の磁束の大きさを前記トランスモン領域に関連する第２の値から前記磁束領域に関連する第３の値に急速に遷移し、前記第１の磁束の大きさを回転の所望の大きさに応じた持続時間を有する期間の間、第３の値に維持し、前記第１の磁束の大きさを前記第２の値に急速に遷移して戻し、前記第２の磁束の大きさを前記開始値に遷移して戻すように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システム制御部は、単一のキュービット回転に関する少なくとも１つの所望の回転軸に従って前記第１の古典的制御部の少なくとも１つの所望の値と、前記第２の古典的制御部の少なくとも１つの所望の値とを選択するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して量子コンピュータに関し、より詳しくは、ハイブリッド量子回路部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
古典的なコンピュータは、古典的な物理法則に従って変化する２進数を表すビットの情報を処理することにより動作する。これらの情報ビットは、ＡＮＤゲートおよびＯＲゲート等の簡単な論理ゲートを用いることにより変更することができる。２進数のビットは、論理ゲートの出力で生じる高エネルギー・レベルまたは低エネルギー・レベルによって物理的に生成されて、論理１（例えば、高電圧）または論理０（例えば、低電圧）のいずれかを表す。二つの整数を乗算すること等のような古典的なアルゴリズムは、これらの簡単な論理ゲートの長い繋がりに分解することができる。古典的なコンピュータと同様に、量子コンピュータもビット及びゲートを有する。論理１及び論理０を用いる代わりに、量子ビット（「キュービット」）が量子力学を用いて両方の可能性を同時に満たす。この能力は、量子コンピュータが古典的なコンピュータよりも劇的に優れた効率で問題を解決することができるということを意味する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一つの事例に従って、ハイブリッド・キュービット回路部品が提供される。第１の複数の組のジョセフソン結合が、回路の２つのノード間の経路上に直列に配置されている。第２の複数の組のジョセフソン結合が、互いに並列に配置されて直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ  ＳＱＵＩＤ）を形成する。第１の複数の組のジョセフソン結合は、ＤＣ  ＳＱＵＩＤと並列である。コンデンサは、第１の複数の組のジョセフソン結合の各々及びＤＣ  ＳＱＵＩＤと並列である。
【０００４】
別の事例に従って、ハイブリッド・キュービット回路部品を任意の状態に準備するための方法が提供される。方法は、ハイブリッド・キュービットを第１の制御磁束によりトランスモン領域から磁束領域に断熱的に遷移すること、及び第２の制御磁束を磁束領域に関連するハイブリッド化ギャップを通過する移行速度で急速に遷移することを含む。ハイブリッド・キュービットは、続いて第１の制御磁束により磁束領域からトランスモン領域に断熱的に遷移される。
【０００５】
更なる事例に従って、ハイブリッド・キュービット回路部品を用いて単一のキュービット回転を行うための方法が提供される。ハイブリッド・キュービットは、古典的な制御によりトランスモン領域から磁束領域に急速に遷移され、回転の所望の大きさに応じた持続時間を有する期間の間、磁束領域に維持される。ハイブリッド・キュービットは、古典的な制御により磁束領域からトランスモン領域に急速に遷移して戻る。
【０００６】
ハイブリッド・キュービット部品の特徴、目的及び利点は、図面とともに以下の詳細な記載から明らかとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ハイブリッド量子回路を示す図。
【図２】ハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表を示す図。
【図３】トランスモン・キュービット領域で動作しているときのハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表。
【図４】量子回路の一実施形態を示す図。
【図５】図４のハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表を示す図。
【図６】ハイブリッド量子回路部品の一実施形態を示す図。
【図７】ハイブリッド・キュービット回路部品のトランスモン領域における任意の状態を準備するための方法を示す図。
【図８】図７の方法の一例の実施形態を表す例示的なパルス波形図を示す図。
【図９】図７の方法の一例の実施形態を表すエネルギー図表。
【図１０】図７の方法の間に第１の制御磁束の値に応じたトランスモン・キュービットの複数のエネルギー状態の各々の占有率を示すグラフ。
【図１１】ハイブリッド・キュービット回路部品を用いた単一のキュービット回転を行うための方法を示す図。
【図１２】図１１の方法の一例の実施形態を示す例示的なパルス波形を示す。
【図１３】図１１の方法の一例の実施形態を示すエネルギー図表。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ハイブリッド量子回路部品は、磁束キュービットまたはトランスモン・キュービットのいずれかとして動作可能である。回路は、回路に対する磁束を制御するためにキュービット回路部品に誘導的に接続された電流ドライバ等の古典的な回路を調整することにより２つの作用（即ち動作）の間で遷移することができる。用語「古典的」は、制御の方法が物理的法則に従って一般的に行われることを意味する。更に、磁束及びトランスモン・キュービットの両方の利点を選択的に提供することにより、提案された部品は、磁束キュービット領域とトランスモン・キュービット領域との間で任意の量子回転を含むいくつかの量子動作を行うことができる。
【０００９】
トランスモン・キュービットは、コヒーレンス時間が長いことから拡張性のある量子コンピューティング構成に関して将来的に最も有望なものの一つとして考えられている。トランスモン・キュービットは、所謂回路ＱＥＤ構成内で動作し、回路ＱＥＤ構成では、キュービットが結合バス、フィルタ、及び読み出しデバイスとして同時に機能する高いＱ値の共振器と強力に接続されている。あいにく、現存するトランスモン・キュービットは、キュービット・ゲートを実現するためにマイクロ波パルスを一般的に必要とする。磁束キュービットは、読み出しおよび状態準備のために容易に使用することができるが、トランスモンの長いコヒーレンス時間を欠いている。本明細書に記載されるハイブリッド量子回路部品は、トランスモン・キュービットが、マイクロ波パルスを必要とすることなく単一のキュービット・ゲート、状態準備、及び読み出しをすることを可能にし、この性能は、局所的なオンチップデジタル回路を用いたハイブリッド・キュービットの大規模集積への道を切り開くこととなる。
【００１０】
図１は、ハイブリッド量子回路部品を示す。図示されたハイブリッド量子回路部品１０は、回路の２つのノード間の経路に直列に配置された第１の複数の組のジョセフソン結合１２及び１４を含む。第２の複数の組のジョセフソン結合１６及び１８が互いに並列に配置されて直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ  ＳＱＵＩＤ：direct current superconducting quantum interference device）２０を形成している。ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０は、第１の複数の組のジョセフソン結合と並列に配列されている。コンデンサ２２が第１の複数の組のジョセフソン結合およびＤＣ  ＳＱＵＩＤの各々と並列に配置されている。
【００１１】
ハイブリッド量子回路部品１０は、第１の古典的制御部２４からＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０に供給された第１の制御磁束Φαに基づいて磁束キュービット領域からトランスモン・キュービット領域に遷移するように構成されている。一つの事例において、第１の古典的制御部２４は、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０に誘導的に接続されたループに制御電流を供給するレシプロカル量子論理（ＲＱＬ：reciprocal quantum logic）ドライバとして実施することができる。第１の制御磁束Φαは、ＤＣ  ＳＱＵＩＤの有効な臨界電流を制御し、有効な臨界電流Ｉｃは、
【００１２】
【数１】
0006397509.tif 000002
として表すことができ、ここで、Ｉｃは、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０を備えるジョセフソン結合１６及び１８の各々の臨界電流であり、Φαは、２．０６８ｘ１０−１５ウェーバにほぼ等しい磁束量子である。
【００１３】
Φαが、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０の臨界電流が第１の複数の組のジョセフソン結合１２及び１４の臨界電流の半分よりも大きくなるように（即ち、Ｉｃ＞０．５＊Ｉｃ２，３）調整された場合、キュービットは、磁束キュービットとして動作し、キュービットのバイアス状態は、左及び右循環永久電流状態（left- and right-circulating persistent current states）|Ｌ>及び|Ｒ>である。臨界電流がこのレベルであるとき、キュービットのポテンシャル・エネルギーは、２重ウェル形態をとり、上昇したエネルギーのバリアが、左及び右循環永久電流状態を含む２つのポテンシャル・ウェルを分離する。Ｉｃが減少すると、左及び右ウェルの間のバリアが低減し、左及び右ウェルの間のバリアの高さも減少し、|Ｌ>及び|Ｒ>状態は、磁束キュービット内で表されるようにハイブリッド化される。ＤＣ  ＳＱＵＩＤの臨界電流が制御磁束Φαによって更に減少すると、ウェル間のバリアが消失して、キュービット・ポテンシャルが単一のウェル、非線形発振器となる。このポイントでは、ハイブリッド量子回路部品１０は、トランスモン・キュービットとして機能する。
【００１４】
ハイブリッド量子回路部品１０は、ポテンシャル・エネルギーのバリアの調整性を用いてキュービットを多くの利点を提供する基本的に異なる作動領域の間を移動させる。例えば、キュービットのトランスモン作動領域は、任意の量子動作の開始点として用いることができ、磁束Φαを介して磁束−キュービットのような領域にアクセスして単一のキュービット回転、状態準備、及び読み出しを行うことができる。これらの作用を行うための方法は、図７−図１３において以下に詳細に説明する。従って、これらの作用の各々は、マイクロ波パルスを用いることなく行うことができ、回路部品１０の大規模集積の可能性が大幅に向上する。
【００１５】
図２は、磁束キュービット領域で動作する際の図１のハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表３０を示す。この場合、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０の臨界電流Ｉｃは、第１の複数の組のジョセフソン結合の臨界電流の半分よりも大きな値（即ち、Ｉｃ＞０．５＊Ｉｃ２，３）を有する。図示されたエネルギー図表において、第２の制御磁束は、エネルギー状態｜Ｌ＞及び｜Ｒ＞を分離するエネルギー・バリア３２がエネルギー状態間の対称点に配置されるように選択された値であるものと想定される。しかしながら、左及び右ウェル間の非対称性及びエネルギー・レベル間の関連するエネルギーの差異は、第２の制御磁束に応答的であるものと理解される。
【００１６】
図３は、トランスモン・キュービット領域で動作する際の図１のハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表５０を示す。この場合、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ２０の臨界電流Ｉｃは、第１の複数の組のジョセフソン結合の臨界電流半分よりも小さい（即ち、Ｉｃ＜０．５＊Ｉｃ２，３）。トランスモン・キュービット領域において、ポテンシャルは非調和であり、エネルギー・レベル間のギャップにおいて数パーセントの差異しかなく（即ち、（Ｅ２１−Ｅ１０）／Ｅ０１〜数パーセント）、Ｅ２１は、|１>及び|２>のエネルギー状態間のギャップであり、Ｅ１０は、|０>及び|１>のエネルギー状態間のギャップである。
【００１７】
図４は、量子回路１００の一実施形態を示す。回路１００は、カップリング・コンデンサ１０４を介してハイブリッド量子回路部品１１０に接続された遷移ライン共振器１０２を含む。ハイブリッド量子回路部品１１０は、３つの経路を含み、第一の経路には直列に接続された２つのジョセフソン結合１１２及び１１４が設けられ、第二の経路には分岐コンデンサ１１６が設けられ、第三の経路にはＤＣ  ＳＱＵＩＤ１２０が設けられている。ＤＣ  ＳＱＵＩＤ１２０は、並列に接続された２つのジョセフソン結合１２２及び１２４から形成されている。
【００１８】
システム制御部１２６は、第１の古典的制御部１３０及び第２の古典的制御部１４０に動作的に接続されて、システム制御部が第１及び第２の制御磁束の個々の大きさを制御することができる。システム制御部１２６は、例えば、専用のハードウェア、一般的用途のコンピュータ上で実行されるソフトウェア又はファームウェア、又はソフトウェア及び専用のハードウェアのいくつかの組み合わせとして実施することができる。第１の古典的制御部１３０は、第１の制御磁束ΦαをＤＣ  ＳＱＵＩＤ１２０に供給することにより、ポテンシャル・エネルギー・ウェルの深さ、又は|Ｌ>及び|Ｒ>の状態に関連してポテンシャル・エネルギー・ウェルを分離するバリアの高さを制御するように構成されている。状態間のバリアは、システムがトランスモン・キュービットとして動作できるように無視できるほどの高さに調整される。第１の古典的制御部１３０は、ＤＣ  ＳＱＵＩＤ１２０に誘導的に接続された第１のＲＱＬドライバ１３２および第１の電流ループ１３４を含む。第２の古典的制御部１４０は、第２の制御磁束ΦΔを回路に供給することにより、キュービット・ポテンシャルの対称性を制御するように構成されている。第２の古典的制御部１４０は、ハイブリッド量子回路部品１１０に誘導的に接続された第１のＲＱＬドライバ１４２及び電流ループ１４４を含む。
【００１９】
図５は、図４のハイブリッド量子回路部品に関するエネルギー図表１５０を示す。事例として、エネルギー図表では、Ｉｃ１＝Ｉｃ２＝Ｉｃ３＝１００ｎＡのようにジョセフソン結合の全ての臨界電流が同じであり、分岐コンデンサが１００ｆＦであることを想定している。図表において、垂直軸１５２は、ハイブリッド量子回路部品の周波数であり、第１の水平軸１５４は、磁束量子Φ０の単位における第１の古典的制御部Φαの値を表し、第２の水平軸１５６は、磁束量子Φ０のマイクロ単位における対称点（表では、０として表される）からの第２の古典的制御部ΦΔの偏差の値を表す。
【００２０】
Φα＞０．５Φ０に関して、|Ｌ>及び|Ｒ＞のエネルギー依存性は、ΦΔ＝０で生じ、Φα＜０．５Φ０に関して、|Ｌ>及び|Ｒ>のエネルギー依存性は、ΦΔ＝０．５で生じる。Φα＜０．５８Φ０に関して、エネルギー・レベルは、ΦΔとは無関係に近くなる。この領域は、図３の形態を有するキュービット・ポテンシャルに対応し、キュービットは、非線形量子発振器の状態と同様の状態を有するトランスモン・キュービットとして動作することとなる。Φα＞０．５８Φ０に関して、キュービット・ポテンシャルは、２つの局所ポテンシャル・ウェル間の非消失バリアを有する図２の形状をとる。この領域において、キュービットの状態は、ウェルで定義された左及び右循環電流状態からなり、キュービットは、磁束キュービットとして動作する。通常の磁束キュービットにおけるように、δΦΔ＝０において、ウェル間バリアを介したトンネリングにより状態|Ｌ>及び|Ｒ>がハイブリッド化して、この点において、状態|０>及び|１>を、バリアの高さに依存するハイブリッド化ギャップを有する|Ｌ>及び|Ｒ>からなる結合軌道及び非結合軌道と見なすことができる。トランスモン領域において、キュービットは、非調和に維持され、エネルギー状態間のギャップは、数パーセントだけ差異が生じている。非調和性は、接合点を分岐するコンデンサの値を減少させることにより増加させることができる。
【００２１】
図６は、ハイブリッド量子回路部品１８０の一実施形態を示す。図示された実施形態１８０は、Xmonキュービット配置に基づく平面実施形態を表す。Xmon配置は、個々の中間点で交差する２つの垂直ストライプとしてパターン化された超伝導フィルム１８２を含む。例えば、超伝導フィルム１８２は、絶縁基板１８３の頂面上にパターン化されたアルミニウム膜として実施することができ、超伝導フィルムは、絶縁領域により関連するグランド面１８４から分離されている。一実施形態において、超伝導フィルム１８２の各ストライプは、約３００マイクロメートルの長さで、かつ約１０マイクロメートルの幅とすることができる。
【００２２】
超伝導フィルム１８２の一端において、第１及び第２のジョセフソン結合１８６及び１８８が第１の超伝導フィルム１８２の両側に並列に提供されて、ＤＣ  ＳＱＵＩＤを形成する。第３及び第４のジョセフソン結合１９０及び１９２は、第１の超伝導フィルム１８２の中央線と共直線状に配置されている。超伝導フィルム１８２は、超伝導フィルム１８２とグランド面１８４との間に櫛形（interdigitated）コンデンサ１９４を形成する。第１の制御磁束Φαは、グランド面１８４と接合部１８６及び１８８との境界によって定義されるループの共通ノードに印加される。第２の制御磁束ΦΔは、ジョセフソン結合１９０及び１９２を含むトレースによって形成される複数のループのうちの一つに印加される。この実施形態において、磁束をループに印加することにより対称点に関して磁束に対する正の調整が提供され、磁束を他のループに供給することにより負の磁束が提供される。この配置により、２つの制御磁束を最小のクロストークで互いに独立して印加することができることが確実となる。
【００２３】
上記の開示を通して、量子論理ゲートを生成するいくつかの方法が含まれる。以下の実施形態は、ハイブリッド・キュービット部品を用いた量子論理動作を実行するための方法を明確に示すために提供される。これらの方法は、古典的なコンピュータ・メモリに格納され、かつハイブリッド量子回路を操作するための古典的なコンピュータ・プロセッサによって実行可能な処理ステップとして全体的にまたは部分的に実施され得る。
【００２４】
図７は、ハイブリッド・キュービット回路部品のトランスモン領域における任意の状態を準備するための方法２００を示す。方法は、ハイブリッド・キュービット回路部品に関連する第１の制御磁束Φαを用いて磁束領域とトランスモン領域との間で遷移し、磁束領域に関連する第２の制御磁束δΦΔを用いて、左ウェルと右ウェルとの間の非対称性及び|Ｌ>エネルギー・レベルと|Ｒ>エネルギー・レベルとの間の関連するエネルギーの差異が調整される。図８は、方法の一例の実施形態を表す例示的なパルス波形図である。図９は、方法の一例の実施形態を表すエネルギー図表２３０である。方法は、ゼロに設定された第２の制御磁束を用いてトランスモン領域に調整されたハイブリッド・キュービットで開始される。２０２において、キュービットは、グランド状態にリセットされる。２０４において、第２の制御磁束は、有限離調（finite detuning）を表す所望の値に調整される。所望の値は、トランスモン・キュービットにおけるエネルギー状態の所望の占有率に従って選択される。この動作は、図８及び図９において（１）で示されている。２０６において、第１の制御磁束は、磁束キュービット領域に断熱的に速やかに移る（adiabatically swept）。この動作は、図８及び図９において（２）で示されている。第２の制御値の
離調と同様に、第１の制御磁束の固有の末端値は、エネルギー状態の所望の占有率に従って選択することができる。
【００２５】
２０８において、第２の制御磁束は、非断熱的に調整されて、キュービットは、δΦΔ＝０においてハイブリッド化ギャップを通過して速やかに移る。ここで、両方の|Ｌ>及び|Ｒ>状態は、ギャップ・エネルギーに対する移行速度（sweep rate）の割合に依存する重みを用いたランダウ・ツェナー・トンネリング（Landau-Zener tunneling）により占有率が多くなる。この動作は、図８及び図９における（３）で示されている。２０８中の第１の制御磁束の値によって、ハイブリッド化ギャップのエネルギーが決定され、次に、ランダウ・ツェナー・トンネリングの可能性及びトランスモン・キュービットの重畳状態における最終の重みが決定される。２１０において、図８及び図９において（４）で示されるように、第１の制御磁束が最初の値に戻されて、ハイブリッド・キュービットがトランスモン領域に戻る。このステップの後、|Ｌ>及び|Ｒ>状態における占有率は、トランスモンの|０>及び|１>状態にマッピングされる。第２の制御磁束は、図８及び９において（５）で示すように最初の値に調整される。
【００２６】
図１０は、２０６の遷移の後の磁束量子の単位で表される第１の制御磁束の値に応じた図７の方法の後のトランスモン・キュービットの複数のエネルギー状態の各々の垂直軸２５２で表される占有率を示すグラフ２５０である。第一のライン２６２は、トランスモン領域のグランド状態を表し、第二のライン２６４は、第１の励起状態を表し、第三のライン２６６は、第２の励起状態を表し、第四のライン２６８は、第３の励起状態を表す。グラフから分かるように、計算基底（computational basis）における状態の占有率（即ち、グランド状態及び第１の励起状態）は、第１の制御磁束の値によって制御されて、トランスモン・キュービットを任意の状態に準備することができる。計算基底から第２の励起状態及び第３の励起状態への漏れは、最大で１２パーセントであり、かつ２０８における第２の制御磁束の移行速度を低減するか、またはΦΔ−Φα面における軌道を最適化することにより最小化することができる。
【００２７】
図１１は、ハイブリッド・キュービット回路部品を用いて単一のキュービット回転を行うための方法３００を示す。方法は、ハイブリッド・キュービット回路部品に関連する第１の制御磁束Φαを用いて磁束領域とトランスモン領域との間で遷移し、磁束領域に関連する第２の制御磁束δΦΔを用いて|Ｌ>及び|Ｒ>のエネルギー状態の間のバリアが調整される。図１２は、方法の一例の実施形態を示す例示的なパルス波形図である。図１３は、方法の一例の実施形態を示すエネルギー図表３３０である。トランスモンの｛|０>及び|１>｝ベースで書き込まれたトランスモン領域におけるキュービットのハミルトニアン（Hamiltonian）は、Ｈ＝ε(Φα)σＺで与えられ、ε(Φα)は、準位間隔（level spacing）であり、σＺはパウリ演算子（Pauli operator）である。キュービットが磁束領域に調整されるとき、キュービットのハミルトニアンは、Ｈ＝ε(Φα)σＺ＋Δ(ΦΔ)σＸに変化し、かつトランスモンの量子化軸から傾斜した量子化軸に沿った固有状態を有する。量子化軸の方向は、回転中に第１及び第２の制御値に関して選択された両方の値に依存する。キュービットがトランスモン領域における初期状態から磁束領域におけるポイント（Φα，δΦΔ）に急速に移行されると、キュービットの元の状態、ａ|０>＋ｂ|１>、は、新たな量子化軸を中心に歳差運動を開始する。単一のキュービット回転は、所望の回転軸を定義するポイントへの高速移行、キュービットが歳差運動をしている発散が無い所定の期間に対するポイントで待機すること、および続いてキュービットをトランスモン領域に戻す急速な移行によって実現することができる。
【００２８】
方法３００を開始する前に、キュービットは、トランスモン領域にある。第２の制御磁束に関する値は、単一のキュービット回転の所望の軸に従って選択することができ、第２の制御磁束は、図１２及び図１３において（１）で表される値に調整される。３０２において、ハイブリッド・キュービットは急速に（即ち、非断熱的に）第１の制御磁束によりトランスモン領域から磁束領域に遷移する。例えば、古典的な制御機構は、システムの周波数と比較して遅い断熱遷移とは対照的に、システムの周波数と比較して速い速度で遷移することができる。このことは、図１２及び図１３において（２）で示されている。３０４において、ハイブリッド・キュービットは、回転の所望の大きさに応じた持続時間を有する期間の間、磁束領域に維持される。この時間中、キュービット状態は、回転の所望の大きさが達成されるまで回転軸を中心に歳差運動する。一実施形態において、回転軸は、磁束領域におけるエネルギー・バリアの対称性を制御する第１の制御磁束及び第２の制御磁束の値から決定される。３０６において、キュービットは、ハイブリッド・キュービットを磁束領域からトランスモン領域に急速に遷移して戻す。この遷移は、図１２及び図１３における（３）で示されている。第２の制御値は、図１２及び図１３における（４）で表される初期値に戻される。
【００２９】
本発明は図面に従って開示されている。従って、開示を通して用いられる専門用語は、制限手段ではなく例示的なものとして読み取られるべきである。本発明の小規模の変更が当業者に生じたとしても、特許で保証される範囲内に制限されるべきであると意図されるものは、ここで貢献する技術に対する進歩の範囲内に合理的に収まるとともに、範囲が制限されるべきものではない全ての実施形態である。
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］  ハイブリッド・キュービット回路部品であって、
回路の２つのノード間の経路上に直列に配置された第１の複数の組のジョセフソン結合と、
互いに並列に配置され、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ  ＳＱＵＩＤ）を形成する第２の複数の組のジョセフソン結合であって、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤは、前記第１の複数の組のジョセフソン結合と並列である、前記第２の複数の組のジョセフソン結合と
を備え、
前記ハイブリッド・キュービット回路部品は、前記ハイブリッド・キュービット回路部品が磁束キュービットとして動作する第１の作動領域と、前記ハイブリッド・キュービット回路部品がトランスモン・キュービットとして動作する第２の作動領域との間で遷移するように前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤに供給される磁束に応答的である、ハイブリッド・キュービット回路部品。
［付記２］  前記第１の複数の組のジョセフソン結合の各々及び前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤと並列に実装されるコンデンサを更に備える付記１に記載のハイブリッド・キュービット回路部品。
［付記３］  システムであって、
付記２に記載の前記ハイブリッド・キュービット回路部品と、
前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤに磁束を供給するように構成された古典的制御部と
を備えるシステム。
［付記４］  ハイブリッド量子回路部品に接続された伝送ライン共振器を更に備える付記３に記載のシステム。
［付記５］  前記古典的制御部は、前記ＤＣ  ＳＱＵＩＤに誘導的に接続された電流ループに電流を供給するＲＱＬドライバを含む、付記３に記載のシステム。
［付記６］  ハイブリッド・キュービット回路部品を任意の状態に準備するための方法であって、
ハイブリッド・キュービットを第１の制御磁束によりトランスモン領域から磁束領域に断熱的に遷移すること、
前記磁束領域に関連するハイブリッド化ギャップを通過する移行速度で第２の制御磁束を急速に遷移すること、
ハイブリッド・キュービットを前記第１の制御磁束により前記磁束領域から前記トランスモン領域に断熱的に遷移することを含む方法。
［付記７］  前記トランスモン領域における複数のエネルギー状態所望の占有率に従ってハイブリッド化ギャップを選択することを含む付記６に記載の方法。
［付記８］  ハイブリッド・キュービットを第１の制御磁束によりトランスモン領域から磁束領域に遷移することは、第１の古典的制御部を所望の値に遷移することを含み、方法は更にハイブリッド化ギャップの所望のエネルギーに従って所望の値を選択することを含む付記６に記載の方法。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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