(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の素子の少なくとも第１の素子が決定可能なパラメータを有する多数の素子であって、多数のキュービットを含む多数の素子と、
前記多数の素子の前記少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる較正信号源であって、較正信号を提供する較正信号源と、
前記多数の素子の前記少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる読み出しシステムであって、前記第１の素子の前記決定可能なパラメータに対する値を決定するため、前記較正信号と前記第１の素子の前記決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出す読み出しシステムと
を備える量子プロセッサ。
【請求項２】
前記較正信号源は、前記第１の素子と直接的に通信可能に結合できる、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項３】
前記多数の素子は、第２の素子を含み、前記第２の素子は、前記第１の素子と通信可能に結合でき、前記較正信号源は、前記第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、また、前記第２の素子を介して、前記第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、前記第２の素子は、前記較正信号源と前記第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項４】
前記多数の素子は、少なくとも第３の素子を含み、前記少なくとも第３の素子は、前記第２の素子と前記第１の素子の両方と通信可能に結合でき、前記較正信号源は、前記第２の素子および前記少なくとも第３の素子を介して、前記第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、前記第２の素子および前記少なくとも第３の素子は、前記較正信号源と前記第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する、請求項３に記載の量子プロセッサ。
【請求項５】
前記読み出しシステムは、前記第１の素子と直接的に通信可能に結合できる、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項６】
前記多数の素子は、第２の素子を含み、前記第２の素子は、前記第１の素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、また、前記第２の素子を介して、前記第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、前記第２の素子は、前記読み出しシステムと前記第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項７】
前記多数の素子は、少なくとも第３の素子を含み、前記少なくとも第３の素子は、前記第２の素子と前記第１の素子の両方と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記第２の素子および前記少なくとも第３の素子を介して、前記第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、前記第２の素子および前記少なくとも第３の素子は、前記読み出しシステムと前記第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する、請求項６に記載の量子プロセッサ。
【請求項８】
前記量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み、前記多数の素子は、多数の超電導素子を含み、前記第１の素子は、第１の超電導素子であり、前記多数のキュービットは、多数の超電導キュービットを含み、前記較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含む、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項９】
前記超電導較正線は、前記多数の超電導素子の少なくとも１つの超電導素子とガルバニック結合される、請求項８に記載の量子プロセッサ。
【請求項１０】
前記超電導較正線は、前記多数の超電導素子の少なくとも１つの超電導素子と誘導結合される、請求項８に記載の量子プロセッサ。
【請求項１１】
前記決定可能なパラメータは、前記第１の超電導素子の永久電流を含む、請求項８に記載の量子プロセッサ。
【請求項１２】
前記多数の超電導素子は、前記第１の超電導素子と誘導結合できる少なくとも第２の超電導素子を含み、前記第１の超電導素子の前記決定可能なパラメータは、前記第１の超電導素子と前記第２の超電導素子との間の相互インダクタンスを含む、請求項８に記載の量子プロセッサ。
【請求項１３】
前記多数の素子は、決定可能なパラメータを有する少なくとも第２の素子を含み、前記較正信号源は、前記少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記少なくとも第２の素子の前記決定可能なパラメータに対する値を決定するため、前記較正信号と前記少なくとも第２の素子の前記決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出す、請求項１に記載の量子プロセッサ。
【請求項１４】
量子プロセッサの少なくとも１つの素子を較正する方法であって、前記量子プロセッサは、少なくとも第１の決定可能なパラメータを有する少なくとも第１の素子を含む多数の素子と、前記少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる較正信号源と、前記少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる読み出しシステムとを含む、方法であり、
前記較正信号源を介して前記量子プロセッサに較正信号を印加するステップと、
前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記第１の素子に通信可能に結合するステップと、
前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップと、
前記読み出しシステムを介して読み出された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記較正信号源は、前記第１の素子と直接的に通信可能に結合でき、その結果、前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記第１の素子に通信可能に結合するステップは、前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から直接、前記第１の素子に通信可能に結合するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記量子プロセッサは、少なくとも第２の素子を含み、前記少なくとも第２の素子は、前記第１の素子と通信可能に結合でき、前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記第１の素子に通信可能に結合するステップは、前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記少なくとも第２の素子に通信可能に結合し、また、前記較正信号の少なくとも一部分を前記少なくとも第２の素子から前記第１の素子に通信可能に結合するステップを含み、その結果、前記少なくとも第２の素子は、前記較正信号源と前記第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記読み出しシステムは、前記第１の素子と直接的に通信可能に結合でき、その結果、前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、前記読み出しシステムを介して、前記第１の素子から直接、前記信号の少なくとも一部分を読み出すステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記量子プロセッサは、少なくとも第２の素子を含み、前記少なくとも第２の素子は、前記第１の素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、前記信号の少なくとも一部分を前記第１の素子から前記少なくとも第２の素子に通信可能に結合し、また、前記読み出しシステムを介して、前記信号の少なくとも一部分を前記少なくとも第２の素子から読み出すステップを含み、その結果、前記少なくとも第２の素子は、前記第１の素子と前記読み出しシステムとの間の通信可能な結合を仲介する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み、前記第１の素子は、第１の超電導素子を含み、前記較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含み、前記量子プロセッサは、少なくとも第２の超電導素子を含み、前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータは、前記第１の超電導素子と前記第２の超電導素子との間の相互インダクタンスを含み、
前記較正信号源を介して前記量子プロセッサに既知の値の較正信号を印加するステップは、前記超電導較正線を介して前記超電導量子プロセッサに既知の値の較正信号を印加するステップを含み、
前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記第１の素子に通信可能に結合するステップは、前記較正信号の少なくとも一部分を前記超電導較正線から前記第１の超電導素子に通信可能に結合するステップを含み、
前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と、前記第１の超電導素子と前記第２の超電導素子との間の前記相互インダクタンスの両方に依存する信号を読み出すステップを含み、
前記読み出しシステムを介して読み出された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップは、前記読み出しシステムを介して読み出された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の超電導素子と前記第２の超電導素子との間の前記相互インダクタンスに対する値を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み、前記第１の素子は、第１の超電導素子を含み、前記較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含み、前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータは、前記第１の超電導素子の永久電流を含み、
前記読み出しシステムを介して読み出された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップは、前記読み出しシステムを介して読み出された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の超電導素子の前記永久電流に対する値を決定するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記量子プロセッサは、第１の決定可能なパラメータを有する少なくとも第２の素子を含み、前記較正信号源は、前記少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記少なくとも第２の素子と通信可能に結合できる、方法であって、
前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記少なくとも第２の素子に通信可能に結合するステップと、
前記読み出しシステムを介して、前記較正信号と前記少なくとも第２の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップと、
前記読み出しシステムを介して読み出された、前記較正信号と前記少なくとも第２の素子の前記第１の決定可能なパラメータの両方に依存する前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも第２の素子の前記第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記多数の素子の各素子は、少なくとも１つのそれぞれの決定可能なパラメータを有し、前記較正信号源は、前記多数の素子の各素子と通信可能に結合でき、前記読み出しシステムは、前記多数の素子の各素子と通信可能に結合できる、方法であって、
前記較正信号の少なくとも一部分を前記較正信号源から前記多数の素子の各素子に通信可能に結合するステップと、
前記読み出しシステムを介して、前記多数の素子の各素子からそれぞれの信号を読み出すステップであって、それぞれの信号の各々は、前記較正信号と前記信号が読み出された前記それぞれの素子の前記それぞれの決定可能なパラメータの両方に依存する、ステップと、
前記読み出しシステムを介して読み出されたそれぞれの信号の各々に少なくとも部分的に基づいて、それぞれの素子の各々の、前記それぞれの決定可能なパラメータに対するそれぞれの値を決定するステップと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも第１の素子は、第２の決定可能なパラメータを有する、方法であって、
前記少なくとも第１の素子の前記第１の決定可能なパラメータに対する前記値に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも第１の素子の前記第２の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップ
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本システムおよび方法は、概して、量子プロセッサに関し、具体的には、量子プロセッサのコンポーネントのプログラミングおよび較正に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子プロセッサアーキテクチャ
量子プロセッサは、量子情報の処理において少なくとも１つの量子力学的な現象（重ね合わせ、もつれ、トンネル効果など）を活用するように設計されたいかなるコンピュータプロセッサでもある。量子プロセッサハードウェアのための多くの異なる設計が存在し、これらに限定されないが、フォトニック量子プロセッサ、超電導量子プロセッサ、核磁気共鳴量子プロセッサ、イオントラップ量子プロセッサ、位相量子プロセッサ、量子ドット量子プロセッサなどを含む。特定のハードウェア実装形態にかかわらず、すべての量子プロセッサは、量子ビットまたは「キュービット」と呼ばれる量子力学的な対象または素子における量子情報を符号化して操作する。すべての量子プロセッサは、キュービット間で情報を伝達するための構造または素子を使用し、すべての量子プロセッサは、少なくとも１つのキュービットの状態を読み出すための構造または素子を使用する。キュービットの物理的な形態は、量子プロセッサで使用されるハードウェアに依存する。例えば、フォトニック量子プロセッサは、光子ベースのキュービットを使用し、超電導量子プロセッサは、超電導キュービットを使用するなどが挙げられる。
【０００３】
量子プロセッサは、様々な異なる方法で動作するように構築することができる。例えば、量子プロセッサは、汎用プロセッサとしてまたは専用プロセッサとして構築することができる。さらに、量子プロセッサは、ゲート／回路ベースのアルゴリズムまたは断熱／アニーリングベースのアルゴリズムを含む、量子計算を実行するように設計することができる。量子プロセッサのための例示的なシステムおよび方法については、例えば、米国特許第７，１３５，７０１号明細書、米国特許第７，４１８，２８３号明細書、米国特許第７，５３３，０６８号明細書、米国特許第７，６１９，４３７号明細書、米国特許第７，６３９，０３５号明細書、米国特許第７，８９８，２８２号明細書、米国特許第８，００８，９４２号明細書、米国特許第８，１９０，５４８号明細書、米国特許第８，１９５，５９６号明細書、米国特許第８，２８３，９４３号明細書および米国特許出願公開第２０１１−００２２８２０号明細書（現在の米国特許第８，４２１，０５３号明細書）で説明され、その各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
量子プロセッサは、大多数（例えば、数百、数千、数百万など）のプログラマブル要素を含み得、これらに限定されないが、キュービット、結合器、読み出し素子、ラッチ素子（例えば、量子磁束パラメトロンラッチ回路）、シフトレジスタ、デジタル／アナログ変換器および／またはデマルチプレクサツリー、ならびに、これらの要素のプログラマブルサブコンポーネント（補正素子非対称性のためのプログラマブルサブコンポーネント（例えば、インダクタンスチューナ、キャパシタンスチューナなど）、望ましくない信号ドリフトを補償するためのプログラマブルサブコンポーネントなど）を含む。上記に掲載されるプログラマブル要素のためのシステムおよび方法の例については、例えば、米国特許第７，８７６，２４８号明細書、米国特許第８，０３５，５４０号明細書、米国特許第８，０９８，１７９号明細書、米国特許第７，８４３，２０９号明細書、米国特許第８，０１８，２４４号明細書、米国特許第８，１６９，２３１号明細書、米国特許出願公開第２０１１−００６０７８０号明細書、米国特許出願公開第２０１１−００５７１６９号明細書（現在の米国特許第８，５３６，５６６号明細書）および米国特許出願公開第２０１１−００６５５８６号明細書（現在の米国特許第８，６１１，９７４号明細書）で説明され、その各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００５】
量子プロセッサの大多数のプログラマブル要素の中には、必然的に、ａ）理論的な設計仕様と実在する製造された素子の実際の物理的パラメータとの不一致、および／または、ｂ）名目上同一の素子間の不調和がある。この理由のため、量子プロセッサは、通常、動作前に少なくとも何らかの較正を行うことが必要とされる。量子プロセッサの要素を較正するためのいくつかの例示的なシステムおよび方法については、米国特許出願公開第２０１１−００６０７８０号明細書で説明されている。量子プロセッサの要素を較正するステップは、例えば、プロセッサ要素に信号を印加するステップと、印加信号に依存する応答、挙動および／またはパラメータを測定するステップと、後続の動作の間にどのように信号をプロセッサに印加するかに影響を及ぼすために測定の結果を使用するステップとを伴う場合がある。例えば、プロセッサ要素は、大きさＸの信号でプログラムされると特定の応答を生成するように理論的に設計することができるが、理論的な設計仕様と実在する製造された素子の実際の物理的パラメータとの不一致に起因して、プロセッサ要素は、大きさ（Ｘ＋ｄｘ）の信号でプログラムされると特定の応答を生成することが分かる。同様に、量子プロセッサの２つのプログラマブル要素は、グローバルに印加された信号に応答して同じように挙動するように理論的に設計することができるが、２つの要素の製作における不調和に起因して、それらの挙動は異なり得る。量子プロセッサの要素の較正は、そのような不調和を検出し、例えば、要素特有の静的バイアス信号の印加によって、それらの補正について通知することができる。量子プロセッサの要素の較正は、多大な量のデータの収集および分析を伴い得る、難易度の高い、時間のかかるタスクである。原則として、個々のプログラマブル要素の各々や、プログラマブル要素間の潜在的に対の相互作用について特徴付ける必要があり得る。それに従って、量子計算の技術は、量子プロセッサの較正手順を改善するためのシステムおよび方法により利益を得るようになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
量子プロセッサは、多数の素子の少なくとも第１の素子が決定可能なパラメータを有する多数の素子であって、多数のキュービットを含む多数の素子と、多数の素子の少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる較正信号源であって、較正信号を提供する較正信号源と、多数の素子の少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる読み出しシステムであって、第１の素子の決定可能なパラメータに対する値を決定するため、較正信号と第１の素子の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出す読み出しシステムとを含むものとして要約することができる。較正信号源は、第１の素子と直接的に通信可能に結合できる。多数の素子は、第２の素子を含み得、第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、較正信号源は、第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、また、第２の素子を介して、第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、第２の素子は、較正信号源と第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。多数の素子は、少なくとも第３の素子を含み得、少なくとも第３の素子は、第２の素子と第１の素子の両方と通信可能に結合でき、較正信号源は、第２の素子および少なくとも第３の素子を介して、第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、第２の素子および少なくとも第３の素子は、較正信号源と第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。
【０００７】
読み出しシステムは、第１の素子と直接的に通信可能に結合できる。多数の素子は、第２の素子を含み得、第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、また、第２の素子を介して、第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、第２の素子は、読み出しシステムと第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。多数の素子は、少なくとも第３の素子を含み得、少なくとも第３の素子は、第２の素子と第１の素子の両方と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、第２の素子および少なくとも第３の素子を介して、第１の素子と間接的に通信可能に結合でき、その結果、第２の素子および少なくとも第３の素子は、読み出しシステムと第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。
【０００８】
量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み得、多数の素子は、多数の超電導素子を含み得、第１の素子は、第１の超電導素子であり得、多数のキュービットは、多数の超電導キュービットを含み得、較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含み得る。超電導較正線は、多数の超電導素子の少なくとも１つの超電導素子とガルバニック結合することができる。超電導較正線は、多数の超電導素子の少なくとも１つの超電導素子と誘導結合することができる。決定可能なパラメータは、第１の超電導素子の永久電流を含み得る。多数の超電導素子は、第１の超電導素子と誘導結合できる少なくとも第２の超電導素子を含み得、第１の超電導素子の決定可能なパラメータは、第１の超電導素子と第２の超電導素子との間の相互インダクタンスを含み得る。第２の超電導素子は、超電導キュービットであり得る。
【０００９】
多数の素子は、決定可能なパラメータを有する少なくとも第２の素子を含み得、較正信号源は、少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、少なくとも第２の素子の決定可能なパラメータに対する値を決定するため、較正信号と少なくとも第２の素子の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出す。較正信号源は、多数の素子のあらゆる素子と通信可能に結合できる。第１の素子は、キュービットであり得る。多数の素子は、キュービット、ラッチ素子、結合素子、読み出し素子およびプログラミング素子の少なくとも１つを含み得、第１の素子は、キュービット、ラッチ素子、結合素子、読み出し素子およびプログラミング素子からなる群から選択することができる。
【００１０】
量子プロセッサの少なくとも１つの素子を較正する方法であって、量子プロセッサは、少なくとも第１の決定可能なパラメータを有する少なくとも第１の素子を含む多数の素子と、少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる較正信号源と、少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる読み出しシステムとを含む、方法は、較正信号源を介して量子プロセッサに較正信号を印加するステップと、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から第１の素子に通信可能に結合するステップと、読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップと、読み出しシステムを介して読み出された信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップとを含むものとして要約することができる。較正信号源は、第１の素子と直接的に通信可能に結合でき、その結果、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から第１の素子に通信可能に結合するステップは、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から直接、第１の素子に通信可能に結合するステップを含み得る。量子プロセッサは、少なくとも第２の素子を含み得、少なくとも第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から第１の素子に通信可能に結合するステップは、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から少なくとも第２の素子に通信可能に結合し、また、較正信号の少なくとも一部分を少なくとも第２の素子から第１の素子に通信可能に結合するステップを含み得、その結果、少なくとも第２の素子は、較正信号源と第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。読み出しシステムは、第１の素子と直接的に通信可能に結合でき、その結果、読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、読み出しシステムを介して、第１の素子から直接、信号の少なくとも一部分を読み出すステップを含み得る。
【００１１】
量子プロセッサは、少なくとも第２の素子を含み得、少なくとも第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、信号の少なくとも一部分を第１の素子から少なくとも第２の素子に通信可能に結合し、また、読み出しシステムを介して、信号の少なくとも一部分を少なくとも第２の素子から読み出すステップを含み得、その結果、少なくとも第２の素子は、第１の素子と読み出しシステムとの間の通信可能な結合を仲介する。
【００１２】
量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み得、第１の素子は、第１の超電導素子を含み得、較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含み得、量子プロセッサは、少なくとも第２の超電導素子を含み得、第１の素子の第１の決定可能なパラメータは、第１の超電導素子と第２の超電導素子との間の相互インダクタンスを含み得る。較正信号源を介して量子プロセッサに既知の値の較正信号を印加するステップは、超電導較正線を介して超電導量子プロセッサに既知の値の較正信号を印加するステップを含み得る。較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から第１の素子に通信可能に結合するステップは、較正信号の少なくとも一部分を超電導較正線から第１の超電導素子に通信可能に結合するステップを含み得る。読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップは、読み出しシステムを介して、較正信号と、第１の超電導素子と第２の超電導素子との間の相互インダクタンスの両方に依存する信号を読み出すステップを含み得る。読み出しシステムを介して読み出された信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップは、読み出しシステムを介して読み出された信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の超電導素子と第２の超電導素子との間の相互インダクタンスに対する値を決定するステップを含み得る。第１の超電導素子および第２の超電導素子の少なくとも１つは、超電導キュービットであり得る。
【００１３】
量子プロセッサは、超電導量子プロセッサを含み得、第１の素子は、第１の超電導素子を含み得、較正信号源は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線を含み得、第１の素子の第１の決定可能なパラメータは、第１の超電導素子の永久電流を含み得る。読み出しシステムを介して読み出された信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップは、読み出しシステムを介して読み出された信号に少なくとも部分的に基づいて、第１の超電導素子の永久電流に対する値を決定するステップを含み得る。
【００１４】
量子プロセッサは、第１の決定可能なパラメータを有する少なくとも第２の素子を含み得、較正信号源は、少なくとも第２の素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、少なくとも第２の素子と通信可能に結合できる。次いで、方法は、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から少なくとも第２の素子に通信可能に結合するステップと、読み出しシステムを介して、較正信号と少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出すステップと、読み出しシステムを介して読み出された、較正信号と少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップとをさらに含み得る。
【００１５】
多数の素子の各素子は、少なくとも１つのそれぞれの決定可能なパラメータを有し得、較正信号源は、多数の素子の各素子と通信可能に結合でき、読み出しシステムは、多数の素子の各素子と通信可能に結合できる。次いで、方法は、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から多数の素子の各素子に通信可能に結合するステップと、読み出しシステムを介して、多数の素子の各素子からそれぞれの信号を読み出すステップであって、それぞれの信号の各々は、較正信号と信号が読み出されたそれぞれの素子のそれぞれの決定可能なパラメータの両方に依存する、ステップと、読み出しシステムを介して読み出されたそれぞれの信号の各々に少なくとも部分的に基づいて、それぞれの素子の各々の、それぞれの決定可能なパラメータに対するそれぞれの値を決定するステップをさらに含み得る。
【００１６】
少なくとも第１の素子は、第２の決定可能なパラメータを有し得、方法は、少なくとも第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも第１の素子の第２の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップをさらに含み得る。
【００１７】
図面では、同一の参照番号は、同様の要素または行為を特定する。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、様々な要素の形状および角度は原寸に比例しておらず、これらの要素のいくつかは、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情報を伝えることを意図せず、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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本システムおよび方法による、使用のために適合させることができるＡＱＣ（および／または量子アニーリング）のために設計された例示的な超電導量子プロセッサの一部分の概略図である。
【図２】中間ラッチ素子を通じてＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁力計（読み出し素子）と結合された超電導磁束キュービットを含む量子プロセッサの一部分の概略図である。
【図３】本システムおよび方法による、超電導磁束キュービットおよび専用較正信号源を含む量子プロセッサの一部分の概略図である。
【図４】本システムおよび方法による、２つの超電導磁束キュービットおよび単一の専用較正信号源を含む量子プロセッサの一部分の概略図である。
【図５】本システムおよび方法による、量子プロセッサの１つの要素のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法を示すフロー図である。
【図６】本システムおよび方法による、量子プロセッサの複数の要素のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法を示すフロー図である。
【図７】本システムおよび方法による、量子プロセッサの多数の素子の各々のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法を示すフロー図である。
【図８】本システムおよび方法による、少なくとも１つの量子プロセッサを使用するコンピューティングシステムを示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の説明では、開示される様々な実施形態の徹底的な理解を提供するため、いくつかの特定の詳細が含まれる。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細のうちの１つもしくは複数を用いることなく、または、他の方法、コンポーネント、材料などを用いて、実施形態を実践できることが認識されよう。他の例では、マイクロプロセッサ、駆動回路、および、非一時的なコンピュータまたはプロセッサ可読媒体（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去・プログラム可能型ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）もしくはＦＬＡＳＨメモリなどの不揮発性メモリ、または、例えば、スタティックもしくはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＯＭ）などの揮発性メモリなど）を含む、量子素子、結合素子および制御システムなどの量子プロセッサと関連付けられた周知の構造については、本システムおよび方法の実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるため、詳細に示されることも説明されることもない。この明細書および添付の特許請求の範囲全体を通じて、「要素」および「１つまたは複数の要素」という用語は、これらに限定されないが、量子プロセッサと関連付けられたそのようなすべての構造、システムおよび素子ならびにそれらに関連するプログラマブルパラメータを包含するために使用される。
【００２０】
文脈上他の意味に解すべき場合を除き、本明細書および以下の添付の特許請求の範囲全体を通じて、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語ならびに「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのその変形語は、制限のない、包括的な意味で、すなわち、「これらに限定されないが、〜を含む」として解釈されたい。
【００２１】
この明細書全体を通じて、「一実施形態」、「実施形態」または「別の実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される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、この明細書全体を通じて、様々な場所での「一実施形態では」、「実施形態では」または「別の実施形態」という記載の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。その上、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において、適切ないかなる方法でも組み合わせることができる。
【００２２】
この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、文脈上別段の明確な定めがない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、複数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」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（複数の量子プロセッサのグリッド状または分散型ネットワークを含む）を含む。また、文脈上別段の明確な定めがない限り、「または」という用語は、一般に、「および／または」を含む意味で使用されることにも留意すべきである。
【００２３】
本明細書で提供される見出しは、単に便宜を図るためのものであり、実施形態の範囲または意味を解釈するものではない。
【００２４】
本明細書で説明される様々な実施形態は、量子プロセッサの要素を較正するためのシステムおよび方法を提供する。より具体的には、本明細書で説明される様々な実施形態は、較正精度の向上および／または総較正時間の削減を行うことができる専用較正構造を導入することによって、量子プロセッサの較正を改善するためのシステムおよび方法を提供する。
【００２５】
説明に役立つ例として、断熱量子計算および／または量子アニーリングを実行するように設計された超電導量子プロセッサが、以下の説明で使用される。しかし、以前に説明されるように、当業者であれば、本システムおよび方法は、量子アルゴリズム（例えば、断熱量子計算、量子アニーリング、ゲート／回路ベースの量子計算など）のいかなる形態をも実装する量子プロセッサハードウェア（例えば、超電導、フォトニック、イオントラップ、量子ドット、位相など）のいかなる形態にも適用できることが理解されよう。
【００２６】
典型的な断熱発展は、方程式１によって表すことができる。
Ｈｅ＝（１−ｓ）ＨＩｎ＋ｓＨｆ  （１）
式中、ＨＩｎは、初期ハミルトニアンであり、Ｈｆは、最終または「問題」ハミルトニアンであり、Ｈｅは、発展または瞬時ハミルトニアンであり、ｓは、発展速度を制御する発展係数である。一般に、ｓは、時間ｔと共に、ｓ（ｔ）として０から１まで様々である。例えば、Ａｍｉｎ，Ｍ．Ｈ．Ｓ．，“Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｌｏｃａｌ  ｍｉｎｉｍａ  ｏｎ  ｑｕａｎｔｕｍ  ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．１００，１３０５０３（２００８）で説明されている断熱量子計算（「ＡＱＣ」）の一般的な手法は、方程式２に示される形式の初期ハミルトニアンから始めることである。
【数１】
0006300830.tif 000002
式中、Ｎは、キュービットの数を表し、
【数２】
0006300830.tif 000003
は、ｉ番目のキュービットのパウリｘ行列であり、Δｉは、ｉ番目のキュービットで誘発された単一のキュービットトンネル分裂量である。ここでは、
【数３】
0006300830.tif 000004
項は、「非対角」項の例である。この形式の初期ハミルトニアンは、例えば、以下の形式の最終ハミルトニアンに発展することができる。
【数４】
0006300830.tif 000005
式中、Ｎは、キュービットの数を表し、
【数５】
0006300830.tif 000006
は、ｉ番目のキュービットのパウリｚ行列であり、ｈｉおよびＪｉ，ｊは、キュービットの無次元の局所場およびキュービット間の結合であり、εは、Ｈｆの何らかの特性エネルギースケールである。ここでは、
【数６】
0006300830.tif 000007
および
【数７】
0006300830.tif 000008
項は、「対角」項の例である。この明細書全体を通じて、「最終ハミルトニアン」および「問題ハミルトニアン」という用語は、交換可能に使用される。方程式２および３のそれぞれのＨＩｎおよびＨｆなどのハミルトニアンは、様々な異なる方法で物理的に実現することができる。特定の例は、超電導キュービットの実装によって実現される。
【００２７】
図１は、本システムおよび方法による、使用のために適合させることができるＡＱＣ（および／または量子アニーリング）のために設計された例示的な超電導量子プロセッサ１００の一部分の概略図である。図１に示される超電導量子プロセッサ１００の一部分は、２つの超電導キュービット１０１、１０２と、超電導キュービット間の情報を結合する（すなわち、キュービット１０１とキュービット１０２との間の対の結合を提供する）調整可能なＺＺ結合器１１１とを含む。図１に示される量子プロセッサ１００の一部分は、２つのキュービット１０１、１０２と、１つの結合器１１１のみを含むが、当業者であれば、量子プロセッサ１００は、いかなる数のキュービットも、キュービット間の情報を結合するいかなる数の結合素子も含み得ることが理解されよう。
【００２８】
図１に示される量子プロセッサ１００の一部分は、方程式２によって説明されるハミルトニアンでシステムを初期化し、方程式１によって説明される発展に従って、方程式３によって説明されるハミルトニアンにシステムを発展させることによって、ＡＱＣおよび／またはＱＡを物理的に実現するために実装することができる。量子プロセッサ１００は、量子プロセッサ１００の状態の構成および制御に使用される多数のインターフェース１２１〜１２５を含む。インターフェース１２１〜１２５の各々は、プログラミングサブシステムおよび／または発展サブシステムの一部として、示されるような、それぞれの誘導結合構造によって実現することができる。そのようなプログラミングサブシステムおよび／または発展サブシステムは、量子プロセッサ１００から分離することも、例えば、米国特許第７，８７６，２４８号明細書および米国特許第８，０３５，５４０号明細書で説明されているように、局所に含めること（すなわち、量子プロセッサ１００内蔵）もできる。
【００２９】
量子プロセッサ１００の動作において、インターフェース１２１および１２４の各々は、キュービット１０１および１０２のそれぞれの複合ジョセフソン接合１３１、１３２に磁束信号を送入して結合するために使用することができ、それにより、システムハミルトニアンのΔｉ項を実現することができる。この結合は、方程式２によって説明されるハミルトニアンの非対角σｘ項を提供し、これらの磁束信号は、「不規則化信号」の例である。同様に、インターフェース１２２および１２３の各々は、キュービット１０１および１０２のそれぞれのキュービットループに磁束信号を送入して結合するために使用することができ、それにより、システムハミルトニアンのｈｉ項を実現することができる。この結合は、方程式３の対角σｚ項を提供する。その上、インターフェース１２５は、結合器１１１に磁束信号を送入して結合するために使用することができ、それにより、システムハミルトニアンのＪｉｊ項を実現することができる。この結合は、方程式３の対角σｚｉσｚｊ項を提供する。図１では、システムハミルトニアンへのインターフェース１２１〜１２５の各々の貢献は、ボックス１２１ａ〜１２５ａでそれぞれ示される。したがって、この明細書および添付の特許請求の範囲全体を通じて、「問題の公式化」および「多くのプログラマブルパラメータの構成」という用語は、例えばインターフェース１２１〜１２５を介する、例えば超電導量子プロセッサのシステムハミルトニアンにおけるｈｉおよびＪｉｊ項の特定の代入について言及するために使用される。
【００３０】
量子プロセッサ１００の文脈では、「プログラミングサブシステム」という用語は、一般に、量子プロセッサ１００のプログラマブル要素ならびに他の関連制御回路および／または命令にプログラマブルパラメータ（例えば、ｈｉおよびＪｉｊ項）を適用するために使用されるインターフェース（例えば、「プログラミングインターフェース」１２２、１２３および１２５）について説明するために使用される。以前に説明されるように、プログラミングサブシステムのプログラミングインターフェースは、他のサブシステムと通信することができ、他のサブシステムは、量子プロセッサから分離することも、プロセッサ上の局所に含めることもできる。同様に、量子プロセッサ１００の文脈では、「発展サブシステム」という用語は、一般に、量子プロセッサ１００のプログラマブル要素ならびに他の関連制御回路および／または命令を発展させるために使用されるインターフェース（例えば、「発展インターフェース」１２１および１２４）について説明するために使用される。例えば、発展サブシステムは、アニーリング信号線およびそれらの対応するキュービット（１０１、１０２）に対するインターフェース（１２１、１２４）を含み得る。
【００３１】
また、量子プロセッサ１００は、読み出し素子１４１および１４２も含み得、読み出し素子１４１は、キュービット１０１の状態を読み出すように構成され、読み出し素子１４２は、キュービット１０２の状態を読み出すように構成される。図１に示される実施形態では、読み出し素子１４１および１４２の各々は、対応するキュービット（キュービット１０１および１０２のそれぞれ）と誘導結合するように構成されたそれぞれのＤＣ−ＳＱＵＩＤを備える。量子プロセッサ１００の文脈では、「読み出しサブシステム」という用語は、一般に、ビット列を生成するため、量子プロセッサにおけるキュービット（例えば、キュービット１０１および１０２）の最終状態を読み出すために使用される読み出し素子１４１および１４２について説明するために使用される。また、読み出しサブシステムは、ルーティング回路（例えば、ラッチ要素、シフトレジスタまたはマルチプレクサ回路）などの他の要素を含むこと、ならびに／または、代替の構成（例えば、ＸＹアドレス可能アレイ、ＸＹＺアドレス可能アレイなど）で配置することもできる。また、キュービット読み出しは、ＰＣＴ特許出願国際公開第２０１２−０６４９７４号パンフレットで説明されているようなものなどの代替の回路を使用して実行することもできる。
【００３２】
図１は、２つの物理的なキュービット１０１、１０２と、１つの結合器１１１と、２つの読み出し素子１４１、１４２のみを示しているが、量子プロセッサ（例えば、プロセッサ１００）は、大多数（例えば、数百、数千またはそれ以上）のキュービット、結合器および／または読み出し素子を含む、いかなる数のキュービット、結合器および／または読み出し素子も使用することができる。異なる（例えば、より大きな）数の計算コンポーネントを有するプロセッサへの本明細書の教示の適用は、当業者であれば、容易に明らかであるはずである。
【００３３】
図１に示される素子の少なくともいくつかは、明瞭さをさらによくするために簡易化されている。例として、キュービット（１０１、１０２）の構造および読み出し素子（１４１、１４２）に対するインターフェースは、図１では、混乱を低減するために簡易化されている。いくつかの応用では量子プロセッサ１００の簡易化された回路で十分であるが、量子プロセッサは、図１で示されるものよりかなり複雑なキュービット回路および／または読み出しスキームを使用することができる。
【００３４】
図２は、中間ラッチ素子２５１を通じてＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁力計（読み出し素子）２４１と結合された超電導磁束キュービット２０１を含む量子プロセッサ２００の一部分の概略図である。図２は、例えば、図１からのキュービット１０１および読み出し素子１４１とのそのインターフェースのより詳細な概略図を表し得る。キュービット２０１は、米国特許出願公開第２０１１−００５７１６９号明細書の教示に従って、ジョセフソン接合の非対称性を補正するためのメカニズムを提供するために「複合ジョセフソン接合」まで拡大された複合ジョセフソン接合構造２３１を含む。その結果、図１からのプログラミングインターフェース１２１は、複合ジョセフソン接合構造２３１に印加される信号を制御するために３つのインターフェース２２１ａ、２２１ｂおよび２２１ｃまで拡大された。キュービット２０１は、以前に説明されるように、システムハミルトニアンのｈｉ項を実現するためにプログラミングインターフェース２２２と結合されるが、キュービット２０１は、米国特許出願公開第２０１１−００５７１６９号明細書の教示に従って、キュービット２０１のインダクタンスを調整するためのメカニズムを提供するためにインダクタンスチューナ２６１も含む。インダクタンスチューナ２６１は、追加のプログラミングインターフェース２２６との結合によって制御される。キュービット２０１に含めることも、キュービット２０１と結合することもできる追加の素子（例えば、図１からの結合素子１１１などの他のキュービットと通信するための結合素子および／または米国特許出願公開第２０１１−００６０７８０号明細書で教示されるようなアニーリングの間のキュービット永久電流の変化を補償するためのメカニズムなど）は、図２では、混乱を低減するために示されていない。
【００３５】
キュービット２０１の状態は、キュービット２０１の永久電流によって定義される。キュービット２０１の永久電流は、米国特許第８，１６９，２３１号明細書で説明されているように、ラッチ素子２５１を通じてキュービット２０１をＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁力計２４１と結合することによって読み出される。ラッチ素子２５１は、米国特許第８，１６９，２３１号明細書の教示に従って、シフトレジスタ２７１と誘導結合されるものとして示されている。ラッチ素子２５１は、プログラミングインターフェース２２７によって制御され、磁力計２４１は、プログラミングインターフェース２２８によって制御される。キュービットパラメータおよび／またはキュービット挙動の特徴付けに関連する実験のために設計されているキュービットシステムは、システムの他のパラメータ（例えば、いくつかの／すべてのジョセフソン接合の臨界電流、キュービットインダクタンスなど）を直接測定するためのメカニズムを含み得るが、そのようなメカニズムは、実際の計算問題を解くように設計された量子プロセッサに圧倒的な複雑性を加え、最終的にはそのスケーラビリティを妨げる可能性がある。図１からのプロセッサ１００などの量子プロセッサでは、計算の目的のためにキュービットの状態を読み出すように設計された単一の読み出しメカニズムは、利用可能なもののすべてであり得る（そのようなものは、例えば、プロセッサの要素の数を低減すること、プロセッサの物理的なサイズおよび／または面密度を低減すること、ならびに／あるいは、プロセッサとインターフェースを取るために必要なプログラミングチャネルの数を制限することによって、プロセッサアーキテクチャの物理的なスケーラビリティを高める）。プロセッサのキュービットの他のすべてのパラメータならびにキュービット間およびキュービットと他の素子との間の相互作用を支配するパラメータの大部分は、一般に、様々なプログラミングインターフェースを通じて印加された信号に応答したキュービットの永久電流の測定から推測することができる。例えば、キュービット２０１のパラメータおよびキュービット２０１とラッチ素子２３１と磁力計２４１との間の相互作用を支配するパラメータの大部分は、一般に、プログラミングインターフェース２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２２、２２６、２２７および２２８を通じて印加された信号に応答したキュービット２０１の永久電流の測定から推測することができる。しかし、磁力計２４１によって実際に読み出されるキュービット２０１の永久電流の値は、キュービット２０１とラッチ素子２５１との間の結合（すなわち、示される誘導結合に対するキュービット２０１とラッチ素子２５１との間の相互インダクタンス。しかし、当業者であれば、ガルバニック結合などの他の結合スキームも同様に使用できることが理解されよう）およびラッチ素子２５１と磁力計２４１との間の結合（すなわち、ラッチ素子２５１と磁力計２４１との間の相互インダクタンス）を含む、多くの介入パラメータに依存する。量子プロセッサの要素を較正する必要性の一部は、そのような介入パラメータ（例えば、素子間の相互インダクタンス）を特徴付ける必要性に起因し、本明細書で説明される様々な実施形態は、改善された較正手順のためのシステムおよび方法を提供する。
【００３６】
ここでは、キュービット２０１の永久電流を較正するための例示的な手順について説明する。この説明の目的は、図２の回路および素子を使用する量子プロセッサアーキテクチャにおけるキュービット２０１の永久電流を較正するために必要とされる中間較正ステップの数を強調することである。この説明は、単なる例示のために提供される。当業者であれば、代替の超電導アーキテクチャ、イオントラップアーキテクチャ、フォトニックアーキテクチャなどや、ゲート／回路ベースの量子アルゴリズムを実行するように設計されたアーキテクチャなど、他の量子プロセッサアーキテクチャでも同様の状況が起こり得ることが理解されよう。
【００３７】
キュービット２０１の永久電流は、以下の一連の行為または動作において、プロセッサ２００の回路および素子を使用して較正することができる。
１）ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１の永久電流
【数８】
0006300830.tif 000009
が較正される。独立して較正された電流が、プログラミングインターフェース２２８を介してＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１に印加され、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁束バイアスの関数としてスイッチング電流が測定される。次いで、モデルを使用して、独立して較正された電流が解除された際（有限磁束バイアスの存在下で）の
【数９】
0006300830.tif 000010
が推定される。そのようなモデルの例は、スイッチング電流を臨界電流と同等と見なす。
２）ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１とラッチ素子２５１との間の相互インダクタンス２８１（Ｍ２８１）が較正される。Ｍ２８１を通じてＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１からラッチ素子２５１に信号が印加される。ラッチ素子２５１の磁束周期が独立して較正されているという条件で、プログラミングインターフェース２２７を介して印加される信号φ２２７によって、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１からの信号をラッチ素子２５１でヌル値にする。次いで、Ｍ２８１を以下の式の通り計算することができる。
【数１０】
0006300830.tif 000011
３）ラッチ素子２５１の永久電流
【数１１】
0006300830.tif 000012
が較正される。ラッチ素子２５１の状態をラッチするため、プログラミングインターフェース２２７を介してラッチ素子２５１に信号φ２２７が印加される。このラッチされた状態は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１を介して読み出され、プログラミングインターフェース２２８を通じて印加される信号φ２２８によってヌル値にする。次いで、
【数１２】
0006300830.tif 000013
を以下の式の通り計算することができる。
【数１３】
0006300830.tif 000014
４）ラッチ素子２５１とキュービット２０１との間の相互インダクタンス２８２（Ｍ２８２）が較正される。この場合もやはり、ラッチ素子２５１の状態をラッチするため、プログラミングインターフェース２２７を介してラッチ素子２５１に信号φ２２７が印加される。次いで、このラッチされた状態（すなわち、
【数１４】
0006300830.tif 000015
）は、Ｍ２８２を通じてキュービット２０１と結合される。キュービット２０１の周期が独立して較正されているという条件で、ラッチ素子２５１からの信号は、プログラミングインターフェース２２２を介して印加される信号φ２２２によって、キュービット２０１でヌル値にする。次いで、Ｍ２８２を以下の式の通り計算することができる。
【数１５】
0006300830.tif 000016
５）次いで、キュービット２０１の永久電流
【数１６】
0006300830.tif 000017
が較正される。トンネル障壁を作り、キュービット２０１の永久電流状態を局所化するため、プログラミングインターフェース２２１ｂを介して信号が印加される。この状態は、ラッチ素子２５１における磁束Δφの変化として検出される。ラッチ素子２５１の周期が既に較正されていることを前提として、
【数１７】
0006300830.tif 000018
を以下の式の通り計算することができる。
【数１８】
0006300830.tif 000019
【００３８】
上記で概説される較正手順は、一部の人々によっては多少複雑であると見なされ得る。プロセッサ２００の回路および素子を使用するキュービット２０１の永久電流
【数１９】
0006300830.tif 000020
の較正は、キュービット２０１とラッチ素子２５１との間の相互インダクタンスＭ２８２の較正に依存し、相互インダクタンスＭ２８２の較正は、ラッチ素子２５１の永久電流
【数２０】
0006300830.tif 000021
の較正に依存し、ラッチ素子２５１の永久電流の較正は、ラッチ素子２５１とＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１との間の相互インダクタンスＭ２８１の較正に依存し、相互インダクタンスＭ２８１の較正は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１の永久電流
【数２１】
0006300830.tif 000022
の較正に依存する。いくつかの実施形態では、依存性における誤差は、まるで誤差が独立しているかのように伝搬し、全誤差は、相対誤差の和の累乗根である。上記で概説される較正手順で行う必要がある測定は大多数あり、較正パラメータ間の一連の複雑な依存性をもたらす。測定誤差（小さな誤差でさえ）は必然的なものであり、較正パラメータのいずれか１つにおける誤差は、他のパラメータに終始伝搬され得る（そして、誤差は、伝搬される際および／または他の測定誤差と組み合わされる際に増大し得る）。その上、上記の較正手順におけるパラメータの少なくとも１つ（すなわち、
【数２２】
0006300830.tif 000023
）は、現実との何らかの相違をほぼ常にもたらすモデル依存推定に依存する。上記で概説される手順は、時間のかかる、資源集約的なものであり（数百のキュービットを有するプロセッサの較正に数週間程度を要する）、結果として得られる較正パラメータの正確性／精度は、大多数の測定およびパラメータ間の依存性によって制限される。明らかに、当技術分野において、量子プロセッサの要素を較正するための改善されたシステムおよび方法の必要性がある。
【００３９】
この明細書および添付の特許請求の範囲全体を通じて、較正手順の間に測定および／または較正された量子プロセッサの要素および／またはパラメータは、「決定可能なパラメータ」と呼ばれる。上記で概説される例示的な較正手順からの例示的な決定可能なパラメータは、キュービット永久電流
【数２３】
0006300830.tif 000024
と、Ｍ２８１およびＭ２８２などの素子間の相互インダクタンスと、ラッチ素子永久電流
【数２４】
0006300830.tif 000025
と、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ永久電流
【数２５】
0006300830.tif 000026
とを含む。より一層確実にするため、この明細書および添付の特許請求の範囲全体を通じて、「決定可能なパラメータ」という用語は、直接測定を介しておよび／または測定に基づく計算を介して値を決定することができる量子プロセッサの任意の素子またはコンポーネントの任意のパラメータについて言及するために使用される。決定可能なパラメータは、例えば、特定の値を有するように設計されたパラメータを含み得るが、実在する物理的な素子の製作の不正確性により、量子プロセッサの適正な動作を確保するため、較正の間に決定されたその実際の値を有する必要がある。
【００４０】
本明細書で説明される様々な実施形態は、量子プロセッサの要素を較正するための改善されたシステムおよび方法を提供する。例えば、上記で説明される較正手順は、量子プロセッサアーキテクチャに専用較正信号源を導入することによって大幅に簡易化することができる。この簡易化により、重要なパラメータ（キュービット永久電流など）の較正に必要とされる測定の数を低減することができ、より高速なおよび／またはより正確な較正手順をもたらすことができる。説明に役立つ例として、専用較正信号源は、以下でさらに詳細に説明されるような超電導量子プロセッサアーキテクチャにおける超電導信号線（すなわち、超電導電流経路）によって実現することができる。しかし、当業者であれば、専用較正信号源は、その特定のタイプの量子プロセッサに適切な、通信可能なハードウェアのどのような形式をも使用して、いかなる代替のタイプの量子プロセッサアーキテクチャ（例えば、フォトニック量子プロセッサ、量子ドット量子プロセッサなど）でも同様に実装できることが理解されよう。
【００４１】
図３は、本システムおよび方法による、超電導磁束キュービット３０１および専用較正信号源３９０を含む量子プロセッサ３００の一部分の概略図である。キュービット３０１は、図２からのプロセッサ２００のキュービット２０１とラッチ素子２５１との間の結合と同様に、ラッチ素子３５１と誘導結合される。超電導プロセッサ３００では、較正信号源３９０は、ラッチ素子３５１とガルバニック結合された超電導電流経路によって形成された超電導信号線である。較正信号源３９０は、例えば、量子プロセッサ３００の外部にあり、室温で収納され得る、信号生成および制御電子機器（図３では図示せず）と結合される。較正信号源３９０は、量子プロセッサ３００の要素を較正するために使用できる、独立して較正された電流を提供する。較正信号源３９０中の電流は、ラッチ素子３５１の臨界電流（ラッチ素子３５１におけるジョセフソン接合によって決定されるような）よりかなり大きいものであり得、その結果、独立して較正された電流の圧倒的大部分は、ラッチ素子３５１とキュービット３０１との間の相互インダクタンスＭ３８２を通じてルーティングされる。したがって、較正信号源３９０を使用することにより、量子プロセッサ２００のための以前に説明された例示的な較正手順の行為１〜３を省略することができ、ラッチ素子３５１とキュービット３０１との間の相互インダクタンスＭ３８２を較正信号源３９０から直接較正することができる。これにより、例えば、キュービット２０１の永久電流の較正と比較して、キュービット３０１の永久電流の較正における測定および依存性（ならびに関連誤差および伝搬される誤差）の数が大幅に低減される。この低減を示すため、ここでは、プロセッサ３００のキュービット３０１の永久電流を較正するための例示的な手順について説明する。
【００４２】
キュービット３０１の永久電流は、以下の一連の行為または動作において、プロセッサ３００の回路および素子を使用して較正することができる。
１）ラッチ素子３５１とキュービット３０１との間の相互インダクタンス３８２（Ｍ３８２）が較正される。独立して較正された電流が超電導電流経路３９０を通じて伝送される。この電流の圧倒的大部分が相互インダクタンスＭ３８２を通じて流れることを保証するため、プログラミングインターフェース３２７を使用して、約１／２φ０の磁束信号でラッチ素子３５１の複合ジョセフソン接合に磁束バイアスを印加することができる。次いで、印加バイアスとして超電導電流経路３９０の電流を使用してキュービット３０１の磁束周期Ｐが測定される。次いで、Ｍ３８２を以下の式の通り計算することができる。
Ｍ３８２＝φ０／Ｐ
２）次いで、キュービット３０１の永久電流
【数２６】
0006300830.tif 000027
が較正される。トンネル障壁を作り、キュービット３０１の永久電流状態を局所化するため、プログラミングインターフェース３２１ｂを介して信号が印加される。この状態は、ラッチ素子３５１における磁束Δφの変化として検出される。ラッチ素子３５１の周期が既に較正されていることを前提として、
【数２７】
0006300830.tif 000028
を以下の式の通り計算することができる。
【数２８】
0006300830.tif 000029
【００４３】
明らかに、較正信号源３９０を使用してプロセッサ３００のキュービット３０１の永久電流を較正するための手順は、専用較正信号源なしでプロセッサ２００のキュービット２０１の永久電流を較正するための手順よりはるかに簡単である。プロセッサ３００に対して説明される較正手順は、プロセッサ２００に対して説明される較正手順と比較して、より少ない測定、より少ない計算行為およびより少ないモデル依存推定（例えば、モデル依存推定なし）を含む。その結果、プロセッサ３００における較正信号源３９０の追加により、プロセッサ要素のより高速なおよび／またはより高い精度／正確性の較正が可能になる。プロセッサ要素の精度／正確性の高い較正は少なくとも１０倍は増加されると信じられている。
【００４４】
上記で説明されるキュービット３０１の永久電流を較正するための例示的な手順は、単なる例示のために提供され、本システムおよび方法をキュービット永久電流の較正に限定することを意図しない。本システムおよび方法によれば、量子プロセッサは、多数の素子の少なくとも第１の素子が決定可能なパラメータを含む多数の素子（すなわち、任意の数の素子）であって、多数のキュービットを含む多数の素子と、多数の素子の少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる較正信号源であって、既知の値の較正信号を提供する較正信号源と、多数の素子の少なくとも第１の素子と通信可能に結合できる読み出しシステムであって、第１の素子の決定可能なパラメータに対する値を決定するため、較正信号と第１の素子の決定可能なパラメータの両方に依存する信号を読み出す読み出しシステムとを備え得る。較正信号源は、較正信号源と直接的に通信可能に結合できる第１の素子および／または較正信号源と間接的に通信可能に結合できる第１の素子（例えば、較正信号源との通信可能な結合が少なくとも第２の素子によって仲介される第１の素子）を含む、量子プロセッサ内の任意の決定可能なパラメータに対する値を決定するために使用することができる。本システムおよび方法のさらなる利益は、単一の較正信号源を使用して、較正信号（例えば、独立して較正された電流）を量子プロセッサアーキテクチャの複数の素子（例えば、第１の素子、第２の素子、第３の素子など）と通信可能に結合できることである。
【００４５】
図４は、本システムおよび方法による、２つの超電導磁束キュービット４０１、４０２および単一の専用較正信号源４９０を含む量子プロセッサ４００の一部分の概略図である。キュービット４０１は、ラッチ素子４５１と誘導結合され、キュービット４０２は、ラッチ素子４５２と誘導結合される。較正信号源４９０は、超電導電流経路によって形成された超電導較正線である。超電導電流経路４９０は、ラッチ素子４５１とラッチ素子４５２の両方と直列にガルバニック結合される。そのような直列結合は、超電導電流経路４９０を通じて電流が伝送される際、相互インダクタンスＭ４８２ａと相互インダクタンスＭ４８２ｂの両方によって実質的に同じ電流が受信されることを意味する。
【００４６】
典型的なアーキテクチャでは、量子プロセッサ３００は、Ｍ４８２ａ＝Ｍ４８２ｂとなるように設計することができるが、実際には、製作プロセスにおける不均一性は、Ｍ４８２ａ≠Ｍ４８２ｂという状況を生み出し得る。Ｍ４８２ａおよびＭ４８２ｂを較正する目的の少なくとも一部は、量子プロセッサ４００の動作においてそのような不一致に対応／補償できるように、そのような不一致を特定することである。Ｍ４８２ａおよびＭ４８２ｂや、キュービット４０１および４０２の各々の、それぞれの永久電流は、プロセッサ３００の要素に対して以前に説明されたものと実質的に同じように、較正信号源４９０を使用して較正することができる。したがって、量子プロセッサ４００のアーキテクチャ全体を通じて様々な要素と直接的に通信可能に結合できる単一の専用較正信号源４９０の追加は、図２からのプロセッサ２００のような広範な一連の中間較正行為に依存することなく、プロセッサの要素の多く（例えば、すべて）を較正することができる絶対較正信号を提供する。較正信号源４９０を複数の素子と直接的に通信可能に結合することにより（プロセッサ４００の一部分で示されるように）、図２からのプロセッサ２００に対して概説される手順と比較して、より少ない数の行為または動作で各素子を較正することができるようになる。本システムおよび方法によれば、単一の較正信号源を使用して、量子プロセッサアーキテクチャのいかなる数の素子および／または要素との通信可能な結合および／または較正も行うことができる。
【００４７】
較正信号源が超電導電流経路の形態を取る超電導量子プロセッサアーキテクチャ（例えば、図３および４のそれぞれからの較正信号源３９０および４９０）では、較正信号源の包含は、少なくとも１つの信号線をプロセッサに追加する。一般に、入力／出力システムを簡単にし、プロセッサ要素の面密度を低減するためにプロセッサの信号線の数を制限することが好ましい。しかし、較正信号源の包含は、量子プロセッサで使用される読み出しシステムの簡易化を可能にし得、したがって、使用される信号線の総数を低減することができる。例として、図２のプロセッサ２００（較正信号源を使用しない）は、ラッチ素子２５１を通じてキュービット２０１の状態を読み出すためのＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１とシフトレジスタ２７１の両方を含むが、図３からのプロセッサ３００（較正信号源３９０を含む）も、図４からのプロセッサ４００（較正信号源４９０を含む）も、同様のＤＣ−ＳＱＵＩＤ構造を含まない。いくつかのプロセッサアーキテクチャ（例えば、プロセッサ１００および２００）では、読み出しシステムは、例えば、米国特許第８，１６９，２３１号明細書で説明されるような、個々のキュービットの状態をそれぞれ測定するための個々の読み出し素子（例えば、１４１、１４２および２４１）を使用することができる。
【００４８】
いくつかのプロセッサアーキテクチャ（例えば、プロセッサ３００および４００）では、読み出しシステムは、例えば、米国特許第８，１６９，２３１号明細書およびＰＣＴ特許出願国際公開第２０１２−０６４９７４号パンフレットで説明されるような、キュービット状態をコピーし、コピーした状態を単一の読み出しメカニズム（または少数の読み出しメカニズム）にルーティングするシフトレジスタを使用することができる。シフトレジスタベースの読み出しシステムは、動作に必要な信号線がより少ないため有利であり得、キュービット特有の読み出し素子より動作が高速であり得るため計算の間の使用では有利であり得るが、シフトレジスタベースの読み出しシステムは、測定、依存性、誤差および伝搬される誤差の数を増加し得るため、いくつかの較正手順における使用では不利であり得る。計算の間にキュービットの状態を測定するためのシフトレジスタベースの読み出しシステムを使用する量子プロセッサは、依然として、プロセッサ要素の較正の間に使用するための個々のキュービット特有の読み出しメカニズムを含み得る。例えば、図２からの量子プロセッサ２００は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１とシフトレジスタ回路２７１の両方と結合されるラッチ素子２５１を含む。プロセッサ２００では、計算の間にキュービット２０１の状態を読み出すためにシフトレジスタ２７１を使用することができるが、説明される例示的な較正手順を使用してキュービット２０１の永久電流を較正するためにＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１を使用することができる。言い換えれば、プロセッサ２００は、計算の間に使用するためのシフトレジスタ２７１を有するだけでなく、較正の間だけ使用するためのＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１も含む。プロセッサ２００の要素が較正された時点で、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１はもはや使用されなくなるが、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１が使用中ではないときでさえ、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１のフットプリントがプロセッサ２００上に残る（結果として得られる増加された面密度、回路要素間の潜在的なクロストーク、専用信号線などを含む）。本システムおよび方法によれば、専用較正信号源の包含は、較正目的でキュービット特有の読み出しメカニズムを含める必要もなく、シフトレジスタや、ＰＣＴ特許出願国際公開第２０１２−０６４９７４号パンフレットで説明される他のスキームなどのキュービット非特有の読み出しメカニズムの使用を可能にする。したがって、較正信号源の包含は、プロセッサアーキテクチャに信号線を追加するにもかかわらず、プロセッサアーキテクチャからキュービット特有の読み出しメカニズムを完全に取り除き、必要な信号線の総数の純減を生み出すことも可能にする。キュービット特有の読み出しメカニズム（例えば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ  ２４１）を取り除くことにより、プロセッサアーキテクチャにおいてかなりの空間を開放し、プロセッサ要素のレイアウトを簡単にすることもできる。
【００４９】
プロセッサ３００とプロセッサ４００の両方において、較正信号源（すなわち、３９０および４９０のそれぞれ）は、ラッチ素子（すなわち、ラッチ素子３５１およびラッチ素子４５１、４５２のそれぞれ）とガルバニック結合され、ラッチ素子自体は、キュービット（すなわち、キュービット３０１およびキュービット４０１、４０２のそれぞれ）と誘導結合される。しかし、これらの結合スキームは、単なる例示のために提供され、代替のプロセッサアーキテクチャは、代替の結合スキームを使用することができる。例えば、較正信号源は、ガルバニック結合とは対照的に、量子プロセッサの素子と誘導結合することができ、そのようなものには、対応する相互インダクタンスの較正が必要とされよう。同様に、較正信号源は、量子プロセッサのいかなる要素または素子とも通信可能に結合することができ、ラッチ素子と排他的に結合する必要はない。多くのアーキテクチャでは、誘導結合の相互インダクタンスを較正しなければならなくなることを避けるため、較正信号源を素子とガルバニック結合することが有利であり得、キュービットパラメータを較正する際に測定および依存性の数を最小限に抑えるため、較正信号源をキュービット「に近い」素子と結合することが有利であり得る。例えば、少ない行為または動作でキュービットパラメータを較正できるように、較正信号源をそれ自体がキュービットと直接的に通信可能に結合できる素子（ラッチ素子３５１、４５１および４５２の場合のように）と結合することが有利であり得る。較正信号源は、キュービットと直接結合することができるが、そのような構成では、較正信号源は、望ましくない形で、計算の間のキュービットへのノイズ源として機能し得る。多くのアーキテクチャでは、例えば、図３および４で描写されるように、較正信号源をそれ自体がキュービットと直接結合される素子と結合することによって、較正信号源とキュービットとの間にバッファを提供することが有利であり得る。
【００５０】
米国特許第８，１６９，２３１号明細書およびＰＣＴ特許出願国際公開第２０１２−０６４９７４号パンフレットで説明されるように、いくつかのアーキテクチャでは、ラッチ素子（例えば、ラッチ素子３５１、４５１および４５２）は、キュービットとガルバニック結合することができる。ラッチ素子をキュービットとガルバニック結合することで、較正信号源は、依然として、ラッチ素子と結合することができるが、そのような構成では、較正信号源は、望ましくない形で、計算の間のキュービットへのノイズ源として機能し得る。しかし、ラッチ素子がキュービットとガルバニック結合される際、ラッチ素子は、シフトレジスタと誘導結合することもでき（例えば、図２〜４に示されるように）、較正信号源は、依然として少なくとも１つの誘導結合によってキュービットから取り外されるように、シフトレジスタと結合することができる。
【００５１】
本明細書で説明される様々な実施形態は、量子プロセッサアーキテクチャ内に１つまたは複数の専用較正信号源を導入することによって、量子プロセッサハードウェアにおける較正手順を容易にするためのシステムを提供する。また、本明細書で説明される様々な実施形態は、これらのシステムを使用する改善された較正手順のための方法も提供する。
【００５２】
図５は、本システムおよび方法による、量子プロセッサの１つの要素のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法５００を示すフロー図である。方法５００は、４つの行為５０１、５０２、５０３および５０４を含むが、当業者であれば、代替の実施形態では、ある行為を省略することおよび／または追加の行為を追加することができることが理解されよう。当業者であれば、示される行為の順番は、単なる例示を目的として示され、代替の実施形態では変更できることが理解されよう。
【００５３】
５０１では、較正信号源を介して量子プロセッサに（例えば、量子プロセッサの少なくとも１つの要素に）既知の値の較正信号が印加される。図３および４に示されるように、超電導量子プロセッサアーキテクチャでは、較正信号源は、例えば、超電導電流経路によって形成された超電導較正線であり得る（例えば、図３からの３９０および図４からの４９０）。
【００５４】
５０２では、較正信号の少なくとも一部分が較正信号源から第１の素子に（例えば、量子プロセッサの第１の要素に）通信可能に結合される。第１の素子は、キュービット、キュービットと結合される素子（ラッチ素子または結合素子など）または量子プロセッサアーキテクチャの他の任意の素子であり得る。較正信号源は、第１の素子と直接的に通信可能に結合できるか、または、較正信号源は、第１の素子と間接的に通信可能に結合できる。較正信号源が第１の素子と間接的に通信可能に結合できる場合、較正信号源は、第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、その結果、第２の素子は、較正信号源と第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。
【００５５】
５０３では、読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号が読み出される。以前に説明されるように、超電導量子プロセッサでは、第１の決定可能なパラメータは、相互インダクタンスまたは永久電流を含み得る。読み出しシステムは、第１の素子と直接的に通信可能に結合できるか、または、読み出しシステムは、第１の素子と間接的に通信可能に結合できる。読み出しシステムが第１の素子と間接的に通信可能に結合できる場合、読み出しシステムは、第２の素子と直接的に通信可能に結合でき、第２の素子は、第１の素子と通信可能に結合でき、その結果、第２の素子は、読み出しシステムと第１の素子との間の通信可能な結合を仲介する。
【００５６】
５０４では、読み出しシステムを介して読み出された信号に基づいて、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値が決定される。第１の決定可能なものに対する値は、読み出しシステムを介して読み出された信号の値であるか、または、読み出しシステムを介して読み出された信号の値から計算、推定もしくは推測された値であり得る。いくつかの事例では、第１の素子は、第２の決定可能なパラメータを含み得、方法５００は、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値に少なくとも部分的に基づいて、第１の素子の第２の決定可能なパラメータに対する値を決定するステップを含むように拡大することができる。例えば、図３からのプロセッサ３００の文脈では、第１の素子は、キュービット３０１であり得、第１の素子の第１の決定可能なパラメータは、キュービット３０１とラッチ素子３５１との間の互インダクタンスＭ３８２であり得、キュービット３０１の第２の決定可能なパラメータは、キュービット３０１の永久電流
【数２９】
0006300830.tif 000030
であり得る。この例では、行為５０２に従って、較正信号の少なくとも一部分を較正信号源から第１の素子に通信可能に結合するステップは、キュービット３０１とラッチ素子３５１と間の相互インダクタンスＭ３８２を介して、較正信号の少なくとも一部分を超電導電流経路３９０からキュービット３０１に間接的に通信可能に結合するステップを含む。
【００５７】
図４の文脈で以前に説明されるように、複数の素子の決定可能なパラメータを較正する目的で、単一の較正信号源は、量子プロセッサの複数の（すなわち、少なくとも２つの）素子と通信可能に結合することができる。
【００５８】
図６は、本システムおよび方法による、量子プロセッサの複数の要素のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法６００を示すフロー図である。方法６００は、７つの行為６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６および６０７を含むが、当業者であれば、代替の実施形態では、ある行為を省略することおよび／または追加の行為を追加することができることが理解されよう。当業者であれば、示される行為の順番は、単なる例示を目的として示され、代替の実施形態では変更できることが理解されよう。行為６０１〜６０４は、図５からの方法５００の行為５０１〜５０４と本質的に同じである。
【００５９】
手短には、６０１では、較正信号源を介して量子プロセッサに（例えば、量子プロセッサの少なくとも１つの要素に）既知の値の較正信号が印加される。６０２では、較正信号の少なくとも一部分が較正信号源から第１の素子に（例えば、量子プロセッサの第１の要素に）通信可能に結合される。６０３では、読み出しシステムを介して、較正信号と第１の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号が読み出される。６０４では、読み出しシステムを介して読み出された信号に基づいて、第１の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値が決定される。方法６００は、行為６０５〜６０７を続行し、行為６０５〜６０７は、量子プロセッサの第２の素子の決定可能なパラメータに対する値を決定するために同じ較正信号源を使用することについて説明する。６０５では、較正信号の少なくとも一部分が較正信号源から少なくとも第２の素子に（例えば、量子プロセッサの少なくとも第２の要素に）通信可能に結合される。行為６０５は、行為６０２と並行して（すなわち、行為６０２と同時に）起こり得るか、または、行為６０２と連続して（すなわち、行為６０２の前後に）起こり得る。６０６では、読み出しシステムを介して、較正信号と少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号が読み出される。行為６０６は、行為６０３と並行して（すなわち、行為６０３と同時に）起こり得るか、または、行為６０３と連続して（すなわち、行為６０３の前後に）起こり得る。６０７では、読み出しシステムを介して読み出された、較正信号と少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータの両方に依存する信号に基づいて、少なくとも第２の素子の第１の決定可能なパラメータに対する値が決定される。行為６０７は、行為６０４と並行して（すなわち、行為６０４と同時に）起こり得るか、または、行為６０４と連続して（すなわち、行為６０４の前後に）起こり得る。行為６０５〜６０７のいずれかまたはすべては、行為６０１〜６０４のいずれかまたはすべてと並行して（すなわち、行為６０１〜６０４のいずれかまたはすべてと同時に）あるいは、行為６０１〜６０４のいずれかまたはすべてと連続して（すなわち、行為６０１〜６０４のいずれかまたはすべての前後に）起こり得る。
【００６０】
図６からの方法６００は、量子プロセッサの少なくとも２つの素子を較正するために較正信号源を使用することについて説明する。いくつかの量子プロセッサアーキテクチャは、多数の素子を含み得、各素子は、少なくとも１つのそれぞれの決定可能なパラメータを含み、較正信号源は、多数の素子の各素子と通信可能に結合できる。そのようなアーキテクチャでは、較正信号源は、多数の素子の各素子を較正するために使用することができる。
【００６１】
図７は、本システムおよび方法による、量子プロセッサの多数の素子の各々のその較正を容易にするために較正信号源を使用する方法７００を示すフロー図である。方法７００は、４つの行為７０１、７０２、７０３および７０４を含むが、当業者であれば、代替の実施形態では、ある行為を省略することおよび／または追加の行為を追加することができることが理解されよう。当業者であれば、示される行為の順番は、単なる例示を目的として示され、代替の実施形態では変更できることが理解されよう。
【００６２】
７０１では、較正信号源を介して量子プロセッサに既知の値の較正信号が印加される。７０２では、較正信号の少なくとも一部分が較正信号源から多数の素子の各素子に通信可能に結合される。７０３では、読み出しシステムを介して、多数の素子の各素子からそれぞれの信号が読み出され、それぞれの信号の各々は、較正信号と、信号が読み出されたそれぞれの素子の各々の、それぞれの決定可能なパラメータの両方に依存する。７０４では、読み出しシステムを介して読み出されたそれぞれの信号の各々に基づいて、それぞれの素子の各々の、それぞれの決定可能なパラメータに対するそれぞれの値が決定される。方法７００の目的のため、「多数の素子」は、量子プロセッサアーキテクチャのすべての素子または量子プロセッサアーキテクチャのすべての素子のサブセットを含み得る。例えば、図４に示されるスキームを使用すると、「多数の素子」は、キュービットと直接的に誘導結合される各ラッチ素子（すなわち、ラッチ素子４５１および４５２）を含み得るか、または、多数の素子は、各キュービット（すなわち、キュービット４０１および４０２）を含み得る。様々な量子プロセッサアーキテクチャでは、較正信号源は、プロセッサアーキテクチャの各要素およびあらゆる要素と、または、プロセッサアーキテクチャの要素のサブセットと、通信可能に結合することができる。いくつかの量子プロセッサアーキテクチャは、単一の較正信号源よりむしろ、複数の異なる較正信号源（すなわち、複数の独立して制御された較正信号源）によってより良好に機能が果たされ得る。
【００６３】
大部分の量子プロセッサアーキテクチャでは、較正信号源の導入は、それに伴う関連課題を抱える。例えば、図３および４の超電導量子プロセッサアーキテクチャでは、超電導電流経路の形態の超電導較正線は、非意図的に、望ましくない形で、漂遊相互インダクタンスを通じて量子プロセッサの要素に結合され得る。超電導電流経路のレイアウトおよび量子プロセッサの要素のレイアウトは、公知の超電導集積回路設計の実践に従って（例えば、素子間の間隔および素子の幾何学を制御することによって、遮蔽構造を実装することによってなど）、漂遊相互インダクタンス（例えば、「クロストーク」）を通じるそのような望ましくない結合を最小限に抑えるように設計されるべきである。別の潜在的な課題は、較正信号源が、量子プロセッサの要素にノイズを送入して結合する導管を導入する場合があることである。以前に説明されるように、較正信号源は、プロセッサ要素の較正の間だけ使用することができるが、プロセッサが計算に使用される間は、量子プロセッサアーキテクチャに物理的に埋め込まれたままの状態である。較正信号源が解除された場合でさえ、望ましくないノイズは、較正信号源から量子プロセッサの要素に結合され得る。そのようなノイズ（存在する場合）は、較正が完了した時点でその駆動メカニズムから較正信号源を電気的および／または物理的に減結合することによって、少なくとも部分的に低減することができる。例えば、較正信号源として室温電子機器によって制御された超電導電流経路を使用する超電導量子プロセッサでは、超電導電流経路は、較正手順が完了した後で、室温電子機器から少なくとも部分的に減結合することができる（例えば、室温電子機器回路の抵抗を開放することによって、またはそうでなければ、超電導電流経路の電流の流れを途絶するによって）。
【００６４】
示される実施形態の上記の説明は、要約書で説明されるものも含めて、網羅的であることも、まさにその開示される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例は本明細書では例示を目的として説明されるが、当業者によって認識されるように、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、様々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様々な実施形態の教示は、必ずしも上記で一般に説明される量子計算のための例示的な方法とは限らず、他の量子計算の方法に適用することができる。
【００６５】
上記で説明される様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。この明細書で言及されるおよび／または出願データシートに掲載される米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、国際（ＰＣＴ）特許出願のすべて（米国仮特許出願第６１／７６２，７０４号明細書を含む）は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、さらなる実施形態を提供するため、様々な特許、出願および公開のシステム、回路および概念を使用するように、必要に応じて変更することができる。
【００６６】
これらのおよび他の変更は、上記の詳細な説明を踏まえて実施形態に行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲では、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特許請求の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利付与する均等物の全範囲と共にすべての可能な実施形態を含むものと解釈すべきである。それに従って、特許請求の範囲は、本開示によって制限されない。
【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８】
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