(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ビット駆動および読出のためのシステムであって、
量子システムに接続された第１の無損失マイクロ波スイッチと、
前記第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能な第２の無損失マイクロ波スイッチと、
前記第２の無損失マイクロ波スイッチに接続可能な量子制限増幅器と
を備え、
前記第２の無損失マイクロ波スイッチは、前記量子制限増幅器への接続か、負荷ダンプへの接続かを選択するように構成された、システム。
【請求項２】
前記第１の無損失マイクロ波スイッチを前記第２の無損失マイクロ波スイッチに接続するように構成されたサーキュレータをさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記サーキュレータは、前記第１の無損失マイクロ波スイッチへ入力を接続するように構成された、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記量子システムは、第１のポートにおいて第１の読出共振器に接続された第１の量子ビットと、第２のポートにおいて第２の読出共振器に接続された第２の量子ビットから、最後のポートにおいて最後の読出共振器に接続された最後の量子ビットまでを含み、前記第１乃至前記最後の量子ビットのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
量子ビット駆動および読出のためのシステムであって、
量子システムに接続された第１の無損失マイクロ波スイッチであって、第１の入力が前記第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能であり、量子制限増幅器が前記第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能である、前記第１の無損失マイクロ波スイッチと、
前記量子システムに接続された第２の無損失マイクロ波スイッチであって、第２の入力が前記第２の無損失マイクロ波スイッチに接続可能である、前記第２の無損失マイクロ波スイッチと、
前記第１の入力を前記第１の無損失マイクロ波スイッチに接続するように構成され、前記量子制限増幅器を前記第１の無損失マイクロ波スイッチに接続するように構成された第１のサーキュレータと
を備え、
前記第２の入力が、前記量子システムを駆動するように構成され、前記第１の入力が、前記量子システムを読み出すように構成された、システム。
【請求項６】
第２のサーキュレータは、前記第２の入力を前記第２の無損失マイクロ波スイッチに接続し、負荷ダンプを前記第２の無損失マイクロ波スイッチに接続するように構成された、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記量子システムは、第１のポートにおいて第１の読出共振器に接続された第１の量子ビットと、第２のポートにおいて第２の読出共振器に接続された第２の量子ビットから、最後のポートにおいて最後の読出共振器に接続された最後の量子ビットまでを含み、前記第１乃至前記最後の量子ビットのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１乃至前記最後の量子ビットは、前記第２の無損失マイクロ波スイッチを介して駆動され、
前記第１乃至前記最後の読出共振器は、前記第１の無損失マイクロ波スイッチを介して読み出される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
量子ビット駆動および読出のためのシステムであって、
量子システムに接続された無損失マイクロ波信号分配器であって、第１の入力が前記無損失マイクロ波信号分配器に接続可能である、前記無損失マイクロ波信号分配器と、
前記量子システムに接続された無損失マイクロ波スイッチであって、第２の入力が、前記無損失マイクロ波スイッチに接続可能である、前記無損失マイクロ波スイッチと、
前記第１の入力を前記無損失マイクロ波信号分配器に接続するように構成され、量子制限増幅器を前記無損失マイクロ波信号分配器に接続するように構成された第１のサーキュレータと
を備え、
前記第２の入力は、前記無損失マイクロ波スイッチを介して前記量子システムを駆動するように構成され、前記第１の入力は、前記無損失マイクロ波信号分配器を介して前記量子システムを読み出すように構成された、システム。
【請求項１０】
量子ビット駆動および読出のためのシステムであって、
量子システムに接続された無損失マイクロ波信号分配器であって、第１の入力が前記無損失マイクロ波信号分配器に接続された、前記無損失マイクロ波信号分配器と、
前記量子システムに接続された無損失マイクロ波スイッチであって、第２の入力が前記無損失マイクロ波スイッチに接続可能である、前記無損失マイクロ波スイッチと、
前記量子システムに接続された無損失マイクロ波信号結合器と
を備え、
前記第２の入力が、前記無損失マイクロ波スイッチを介して前記量子システムを駆動するように構成され、前記第１の入力は、前記無損失マイクロ波信号分配器および前記無損失マイクロ波信号結合器を介して前記量子システムを読み出すように構成された、システム。
【請求項１１】
前記無損失マイクロ波信号結合器に接続された量子制限増幅器をさらに備えた、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、超伝導電子デバイスに関し、より詳細には、スケール可能な量子ビット駆動および読出スキームに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路量子力学（circuit quantum electrodynamics）では、量子コンピューティングは、マイクロ波周波数で量子情報を操作し記憶するための量子ビットと呼ばれる非線形超伝導デバイスと、量子ビット間の相互作用を読み出し、促進するための、（たとえば、２次元（２Ｄ）平面導波路として、または、３次元（３Ｄ）マイクロ波キャビティとして）共振器とを適用する。一例として、各超伝導量子ビットは、接合部と並列に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を含むことができる。量子ビットは、共振器（たとえば、２Ｄまたは３Ｄマイクロ波キャビティ）に容量結合される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、超伝導電子デバイスに関し、スケール可能な量子ビット駆動および読出のためのシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態によれば、このシステムは、量子システムに接続された第１の無損失マイクロ波スイッチ（lossless microwave switch）と、第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能な第２の無損失マイクロ波スイッチと、第２の無損失マイクロ波スイッチに接続可能な量子制限増幅器（quantum-limited amplifier）とを含む。
【０００５】
１つまたは複数の実施形態によれば、このシステムは、第１の入力が第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能であり、量子制限増幅器が第１の無損失マイクロ波スイッチに接続可能である量子システムに接続された第１の無損失マイクロ波スイッチを含む。また、このシステムは、量子システムに接続された第２の無損失マイクロ波スイッチを含み、第２の入力が第２の無損失マイクロ波スイッチに接続可能である。第２の入力は、量子システムを駆動するように構成され、第１の入力は、量子システムを読み出すように構成されている。
【０００６】
１つまたは複数の実施形態によれば、このシステムは、量子システムに接続された無損失マイクロ波信号分配器を含み、第１の入力は、無損失マイクロ波信号分配器に接続可能である。このシステムは、量子システムに接続された無損失マイクロ波スイッチを含み、第２の入力は、無損失マイクロ波スイッチに接続可能である。第２の入力は、無損失マイクロ波スイッチを介して量子システムを駆動するように構成され、第１の入力が、無損失マイクロ波信号分配器を介して量子システムを読み出すように構成されている。
【０００７】
１つまたは複数の実施形態によれば、このシステムは、量子システムに接続された無損失マイクロ波信号分配器を含み、第１の入力が、無損失マイクロ波信号分配器に接続されている。このシステムは、量子システムに接続された無損失マイクロ波スイッチを含み、第２の入力が、無損失マイクロ波スイッチに接続可能である。第２の入力は、無損失マイクロ波スイッチを介して量子システムを駆動するように構成されている。また、このシステムは、量子システムに接続された無損失マイクロ波信号結合器を含み、第１の入力が、無損失マイクロ波信号分配器および無損失マイクロ波信号結合器を介して量子システムを読み出すように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図２】１つまたは複数の実施形態にしたがう図１における超伝導マイクロ波スイッチ／ルータのブロック図である。
【図３】１つまたは複数の実施形態にしたがって、動作モードとして伝送を例示する超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図４】１つまたは複数の実施形態にしたがって、動作モードとして反射を例示する超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図５】１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図６】１つまたは複数の実施形態にしたがう図５における超伝導マイクロ波スイッチ／ルータのブロック図である。
【図７】１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図８】１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図９】１つまたは複数の実施形態にしたがうＮポート超伝導マイクロ波スイッチ／ルータの概略図である。
【図１０】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号のためのマイクロ波結合器を描写するデバイスの概略図である。
【図１１】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号のためのマイクロ波分配器を描写するデバイスの概略図である。
【図１２】１つまたは複数の実施形態にしたがって、量子システムアプリケーションにおいて利用されるデバイスを描写するシステムである。
【図１３】１つまたは複数の実施形態にしたがって、電力結合器のカスケードツリーとしてデバイスを例示する。
【図１４】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号のためのマイクロ波結合器を描写するデバイスの概略図である。
【図１５】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出のためのシステムである。
【図１６】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出のためのシステムである。
【図１７】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出のためのシステムである。
【図１８】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出のためのシステムである。
【図１９】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のための図１５におけるシステムを構成する方法のフローチャートである。
【図２０】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のための図１６におけるシステムを構成する方法のフローチャートである。
【図２１】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のための図１７におけるシステムを構成する方法のフローチャートである。
【図２２】１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のための図１８におけるシステムを構成する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
様々な実施形態が、関連する図面を参照して本明細書で説明される。本書面の範囲から逸脱することなく、代替実施形態が考案され得る。以下の説明および図面において、様々な接続および位置関係（たとえば、上、下、隣接等）が要素間で記述されていることに留意されたい。これらの接続または位置関係あるいはその両方は、別段の指定がない限り、直接的または間接的であり得、この観点において限定することは意図されていない。したがって、エンティティの結合は、直接的または間接的な結合を称することができ、エンティティ間の位置関係は、直接的または間接的な位置関係になり得る。間接的な位置関係の一例として、層「Ｂ」上に層「Ａ」を形成することに対する参照は、層「Ａ」および層「Ｂ」の関連する特性および機能が、中間層によって実質的に変化されない限り、１つまたは複数の中間層（たとえば、層「Ｃ」）が、層「Ａ」と層「Ｂ」との間にある状況を含む。
【００１０】
量子ビットに関連付けられた電磁エネルギは、ジョセフソン接合に、および、量子ビットを形成する容量素子および誘導素子に蓄積される。一例では、量子ビット状態を読み出すために、量子ビット状態に対応するキャビティ周波数において量子ビットに結合する、マイクロ波読出キャビティにマイクロ波信号が印加される。伝送された（または反射された）マイクロ波信号は、ノイズを遮断または低減し、信号対雑音比を改善するために必要とされる多数の熱分離ステージおよび低ノイズ増幅器を通過する。マイクロ波信号は、室温において測定される。帰還した高マイクロ波信号は、量子ビットが高状態にあることを示し、低マイクロ波信号は、低状態を示す。マイクロ波読出は、制御のために安定した信号振幅を提供し、市販のオフザシェルフ（ＣＯＴＳ）ハードウェアは、ほとんどのマイクロ波周波数範囲をカバーするために使用することが可能である。
【００１１】
超伝導量子ビットのような量子システムは、電磁ノイズ、特にマイクロ波領域および赤外線領域において非常に感度が高い。これらの量子システムをマイクロ波および赤外線ノイズから保護するために、フィルタリング、減衰、および分離のいくつかの層が適用される。特に重要なのは、量子システムに接続され、量子システムとの入力信号および出力信号をそれぞれ搬送する、伝送線とも呼ばれる入出力（Ｉ／Ｏ）線上に適用された保護層である。超伝導量子ビットの場合、これらのＩ／Ｏ線（伝送線）は、通常、マイクロ波同軸線または導波管である。これらの伝送線に伝搬または漏洩するノイズを遮断または減衰させるために使用される技術または構成要素のいくつかは、減衰器、サーキュレータ、分離器、低域通過マイクロ波フィルタ、帯域通過マイクロ波フィルタ、および赤外線フィルタであり、これらは、損失吸収性材料に基づいている。しかしながら、これらのノイズ分離構成要素およびマイクロ波信号増幅技術は、大量の追加のマイクロ波ハードウェアおよびコストを必要とする。
【００１２】
ここで、本発明の態様の概要に目を向けると、１つまたは複数の実施形態によれば、超伝導（または無損失）マイクロ波スイッチ／ルータにより、回路の異なるノード間または異なるポート間で、オンデマンドで量子信号を経路付けることができる。超伝導マイクロ波スイッチは、量子情報処理の分野において多くのアプリケーションを有することができる。たとえば、超伝導マイクロ波スイッチは、時間多重化読出、時間多重化駆動（たとえば、交差−共振駆動（cross-resonance drive））、いくつかのデバイスの時間多重化特徴付け、量子システム対間の時間多重化相互作用、時間依存信号循環等のために利用され得る。
【００１３】
１つまたは複数の実施形態によれば、１つの入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有することができる超伝導マイクロ波スイッチが提供される。また、超伝導マイクロ波スイッチは、１つの出力ポートおよびＮ個の入力ポートを有することができる。超伝導マイクロ波デバイスのポートのおのおのは、同じ特性インピーダンスＺ０を有するように設計されている。１つの実施態様では、各入力−出力対は、印加された磁束を使用して、その場で（in-situ）カットオフ周波数が同調され得る同調可能低域通過フィルタ（tunablelow-pass filter）を介して接続されている。同調可能低域通過フィルタは、直列誘導素子（たとえば、直流（ＤＣ）超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ））および分路容量素子（たとえば、ランプ素子キャパシタ（lumped-element capacitor））のラダー（ladder）を使用して実施され得る。別の実施態様では、各入力−出力対は、印加された磁束を使用して、その場でカットオフ周波数が同調され得る同調可能高域通過フィルタを介して接続され得、同調可能高域通過フィルタは、直列容量素子（たとえば、ランプ素子キャパシタ）および分路誘電素子（shunt inductive element）（たとえば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）を使用して実施され得る。
【００１４】
ここで、本発明の態様のより詳細な説明に目を向けると、図１は、１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図１は、同調可能フィルタ２０に基づく超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００のブロックを構築することを例示している。この例では、同調可能フィルタ２０は、同調可能低域通過フィルタ（ＴＬＰＦ）である。しかしながら、実施形態は、以下でさらに論じられるように、低域通過フィルタに限定されないことが認識されるべきである。
【００１５】
この例では、マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、たとえば、ポート１およびポート２のようなポート１０を含む。ポート１０は、入出力ポートである。同調可能フィルタ２０は、１つまたは複数の単位セル６０を含む。各単位セル６０は、可変誘導素子（variable inductor）Ｌ１（および、他の例は、以下でさらに論じられるＬ２、Ｌ３およびＤＣ−ＳＱＵＩＤを含む）として指定された可変インダクタ４０を含み、各単位セル６０は、容量素子Ｃとして指定されたキャパシタ５０を含む。各単位セル６０において、可変インダクタＬ１４０はポート１０と直列に接続され、キャパシタＣ５０は、可変インダクタ４０の一端およびグランドに接続されている。合計でＮ個の単位セルのために、同調可能フィルタ２０では、Ｎ個の単位セル６０が繰り返され、ともに（直列に）接続されている。Ｎ個の単位セルのために、インダクタＬ１４０が直列に接続され、各インダクタＬ１４０は、それぞれのキャパシタ５０によってグランドへ分路される。ポート１０、可変インダクタＬ１４０、およびキャパシタＣ５０の相互接続は、伝送線３０による。伝送線３０は、マイクロ波信号をポート１から同調可能フィルタ２０を介してポート２に、またはその逆に搬送するための超伝導ワイヤまたは導波管として作用する。同軸ケーブルは、ポート１０の外部端に接続され、一方の同軸ケーブルが、マイクロ波信号を入力し、他方の同軸ケーブルが、マイクロ波信号を出力することができる。伝送線３０は、ストリップ線、マイクロストリップ等であり得る。可変インダクタ４０、キャパシタ５０、および伝送線３０は、超伝導材料製である。（たとえば、約１０〜１００ミリケルビン（ｍＫ）、または約４Ｋのような低温における）超伝導材料の例は、ニオブ、アルミニウム、タンタル等を含む。
【００１６】
図２は、１つまたは複数の実施形態にしたがう図１における超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００のブロック図である。図２は、同調可能フィルタ２０の内部詳細を描写していない図１に等価な回路である。
【００１７】
超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を通って伝送されるマイクロ波信号は、中心角周波数ω０を有すると仮定され得る。インピーダンス指定Ｚ０は、（入力ポートおよび出力ポートまたはその逆であり得る）ポート１およびポート２における特性インピーダンスである。たとえば、特性インピーダンスＺ０は、各ポートにおいて５０オーム（Ω）であり得る。
【００１８】
個々の単位セル６０について、インピーダンスはＺ１であり、ここで、
【数１】
0006912559.tif 000002
であり、単位セル６０の角周波数ω１は
【数２】
0006912559.tif 000003
である。ωＣとして示される同調可能フィルタ２０のカットオフ角周波数は、単位セル６０（または、ともに追加された多数の単位セル）の角共振周波数ω１のオーダであり、ω１に相関付けられ、ωＣは、ω１とともに増加および減少することを意味する。ωＣの、ω１に対する、および、単位セルの数Ｎに対する正確な依存性は、マイクロ波シミュレーションまたは計算によって見出され得る。このことから、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣは、（１つまたは複数の単位セル６０について）可変インダクタＬ１４０およびキャパシタＣ５０の値に依存することになる。特に、可変インダクタＬ１４０のインダクタンスは、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣを制御することにより、同調可能フィルタ２０がマイクロ波信号（中心角周波数ω０）に対して伝送または反射で動作する場合を制御する。可変インダクタＬ１４０のインダクタンスは、カットオフ周波数ωＣと逆の関係を有する。たとえば、可変インダクタＬ１４０のインダクタンスが増加されると、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣが減少される。逆に、可変インダクタＬ１４０のインダクタンスが減少されると、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣが増加される。単位セルのインダクタンスを変動させることは、フィルタのカットオフ周波数を変化させるのみならず、その特性インピーダンスをも変化させることに留意されたい。したがって、スイッチが閉じられている場合、すなわち伝送モードで動作しているときに、Ｚ１すなわちフィルタの特性インピーダンスが、ポートの特性インピーダンスと、可能な限り整合することが望ましい場合がある。
【００１９】
したがって、閉じたスイッチとして動作する場合、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、同調可能フィルタ２０における可変インダクタＬ１４０のインダクタンスを減少させることによって、ポート１からポート２（またはその逆）への伝送において、マイクロ波信号（中心角周波数ω０）を通過させるように制御される。これによって、マイクロ波信号（中心角周波数ω０）が、同調可能フィルタ２０の低域通過帯域に収まるようになる。開かれたスイッチとして動作する場合、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、同調可能フィルタ２０における可変インダクタＬ１４０のインダクタンスを増加させることによって、反射を使用して、ポート１からポート２（またはその逆）へのマイクロ波信号（中心角周波数ω０）の伝送を遮断するように制御される。これによって、マイクロ波信号（中心角周波数ω０）は、低域通過帯域の外となり、減衰される、言い換えれば、反射されるようになる。
【００２０】
図３は、１つまたは複数の実施形態にしたがって、動作モードとして伝送を例示する超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図３では、同調可能フィルタ２０は、デバイスポートを通過して到来するマイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣよりも小さく、すなわちω０＜ωＣとなるように調整される。この動作モードでは、マイクロ波信号３０５の周波数は、同調可能低域通過フィルタ２０のカットオフ周波数よりも小さいため、同調可能フィルタ２０は伝送で動作するように構成されている。この条件では、マイクロ波信号３０５が、ポート１から同調可能フィルタ２０を介してポート２へ伝送され、マイクロ波信号３０５が、所望通りに出力されるようになる。
【００２１】
図４は、１つまたは複数の実施形態にしたがって、動作モードとして反射を例示する超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図４では、同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣよりも高く、すなわち、ω０＞ωＣとなるように調整される。この動作モードでは、マイクロ波信号３０５の周波数が、同調可能低域通過フィルタ２０のカットオフ周波数よりも高いため、同調可能フィルタ２０は反射で動作するように構成されている。この条件では、マイクロ波信号３０５がポート１から入ると、同調可能フィルタ２０がマイクロ波信号３０５を反射するので、マイクロ波信号３０５はポート２への通過を遮断され、マイクロ波信号３０５は、ポート１からポート２へ通過することはできない。
【００２２】
図５は、１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図６は、１つまたは複数の実施形態にしたがう、図５における超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００のブロック図である。図６は、同調可能フィルタ２０の内部詳細が描写されていない図５に等価の回路であり、図５および図６は、図５および図６が２つのポートの代わりに、３つのポートに拡張されていることを除いて、図１および図２に類似している。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、実施形態にしたがって、必要に応じてＮ個のポートへ拡張され得ることが理解される。
【００２３】
図５および図６に描写される構成では、２つの同調可能フィルタ２０が存在する。一方の同調可能フィルタ２０は、ポート１とポート２との間に接続され、他方の同調可能フィルタ２０は、ポート１とポート３との間に接続されている。同調可能フィルタ２０のおのおのは、上述したように、１つまたは複数の単位セル６０から形成される。説明目的のために、１つまたは複数の可変インダクタ４０は、ポート１とポート２との間に接続された同調可能フィルタ２０におけるＬ２として識別され、１つまたは複数の可変インダクタ４０は、ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０におけるＬ３として識別される。ポート１とポート２との間、および、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は、それぞれ、一方が伝送で、他方が反射で動作するように個々に制御される。
【００２４】
ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０は、１つまたは複数の単位セル６０を含む。各単位セル６０は、可変インダクタＬ２４０およびキャパシタ５０を含む。各単位セル６０において、可変インダクタＬ２４０は、ポート１およびポート２に直列に接続され、キャパシタＣ５０は、可変インダクタ４０の一端へ、および、グランドへ接続されている。ポート１とポート２との間の合計Ｎ個の単位セルのために、同調可能フィルタ２０では、Ｎ個の単位セル６０が繰り返され、ともに接続されている。ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０について、各単位セルのインピーダンスはＺ２であり、ここで
【数３】
0006912559.tif 000004
であり、角周波数はω２であり、ここで
【数４】
0006912559.tif 000005
である。
【００２５】
同様に、ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０は、１つまたは複数の単位セル６０を含む。各単位セル６０は、可変インダクタＬ３４０およびキャパシタ５０を含む。各単位セル６０において、可変インダクタＬ３４０は、ポート１およびポート３に直列に接続され、キャパシタＣ５０は、可変インダクタＬ３４０の一端へ、および、グランドへ接続されている。ポート１とポート３との間の合計Ｎ個の単位セルのために、同調可能フィルタ２０では、Ｎ個の単位セル６０が繰り返され、ともに接続され得る。ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０について、各単位セルのインピーダンスはＺ３であり、ここで
【数５】
0006912559.tif 000006
であり、角周波数はω３であり、ここで
【数６】
0006912559.tif 000007
である。
【００２６】
追加のポートおよび同調可能フィルタが、必要に応じて同様に追加され得ることが認識されるべきである。
【００２７】
図２では、単一の同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数が、上記においてωＣとして指定された。図５および図６では、２つ以上の同調可能フィルタ２０が備えられているので、ポート１とポート２との間に接続された同調可能フィルタ２０は、カットオフ周波数ωＣ２として指定され、ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０は、カットオフ周波数ωＣ３として指定される。
【００２８】
ポート１からポート２（またはその逆）、または、ポート１とポート２との間、あるいはその両方の伝送におけるマイクロ波信号３０５の動作のために、ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣ２よりも低くなるように調整され、一方ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、ポート１とポート３との間のカットオフ周波数ωＣ３よりもはるかに高くなる、すなわち、ωＣ３＜＜ω０＜ωＣ２となるように調整される。この動作モードでは、マイクロ波信号３０５（ω０）が、カットオフ周波数ωＣ２よりも低いため、ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０は、伝送で動作するように構成されているので、必要に応じてマイクロ波信号３０５が出力されるように、マイクロ波信号３０５は、ポート１から同調可能フィルタ２０を介してポート２へ伝送される。同時に、ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５（ω０）がカットオフ周波数（ωＣ３）よりも高いので、反射で動作するように構成されており、そのためマイクロ波信号３０５は、ポート１とポート３との間の通過を遮断される。ポート１からポート２（またはその逆）への伝送のための追加条件は、インピーダンス整合のためのＺ２≒Ｚ０を含む。ポート１およびポート３からの、または、ポート１とポート３との間、あるいはその両方の反射のための追加条件は、Ｚ３＞＞Ｚ０を含む。
【００２９】
一方、ポート１からポート３（またはその逆）、または、ポート１とポート３との間、あるいはその両方の伝送におけるマイクロ波信号３０５の動作のために、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０のカットオフ周波数ωＣ３よりも小さくなるように調整され、一方ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５の中心角周波数ω０が、ポート１とポート２との間のカットオフ周波数ωＣ２よりもはるかに大きくなる、すなわち、ωＣ２＜＜ω０＜ωＣ３となるように調整される。この動作モードでは、マイクロ波信号３０５（ω０）が、カットオフ周波数ωＣ３よりも小さいため、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は伝送で動作するように構成されているので、必要に応じてマイクロ波信号３０５が出力されるように、マイクロ波信号３０５は、ポート１から同調可能フィルタ２０を介してポート３へ伝送される。同時に、ポート１とポート２との間に接続された同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５（ω０）がカットオフ周波数（ωＣ２）よりも高いので、反射で動作するように構成されており、そのためマイクロ波信号３０５は、この例では、ポート１とポート２との間の通過を遮断される。ポート１からポート３（またはその逆）への伝送のための追加条件は、インピーダンス整合のためのＺ３≒Ｚ０を含む。ポート１およびポート２からの、または、ポート１とポート２との間の、あるいはその両方の反射のための追加条件は、Ｚ２＞＞Ｚ０を含む。
【００３０】
図７は、１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図７は、図７が直流（ＤＣ）超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を利用した無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を実施していることを除いて図５および図６に類似している。図７では、（上述した）可変インダクタ４０のおのおのは、同調可能フィルタ２０において（可変）ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５として実施される。図７における同調可能フィルタ２０は、上述したように同調可能フィルタ２０のおのおのに対して伝送および反射で動作するように構成されていることに留意されたい。また、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、実施形態にしたがって、必要に応じてＮ個のポートへ拡張され得ることが理解される。
【００３１】
図７に描写される構成では、２つの同調可能フィルタ２０および３つのポート１０が描写されているが、より多くのポート１０および同調可能フィルタ２０が同様に追加され得る。一方の同調可能フィルタ２０は、ポート１とポート２との間に接続され、他方の同調可能フィルタ２０は、ポート１とポート３との間に接続されている。同調可能フィルタ２０のおのおのは、本明細書で論じられるように、１つまたは複数の単位セル６０から形成される。
【００３２】
ポート１とポート２との間に接続された同調可能フィルタ２０の場合、各単位セル６０は、１つまたは複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２を含む。単位セル６０において、キャパシタＣ５０は、１つまたは複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２を、グランドへ接続／分路する。２つ以上のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２が単位セル６０内で利用される場合、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２はともに直列に接続される。単位セル当たり合計してＭ個のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２が存在し、Ｍは１以上の整数である。ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０は、各単位セル６０がポート１およびポート２に直列に接続され、キャパシタＣ５０がＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２の一端に、およびグランドに接続されるように、１つまたは複数の単位セル６０を含む。ポート１とポート２との間の合計Ｎ個の単位セルのために、同調可能フィルタ２０では、Ｎ個の単位セル６０が繰り返され、ともに直列に接続され得、Ｎは、１以上の整数である。ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０について、各単位セルのインピーダンスは、Ｚ２であり、ここで
【数７】
0006912559.tif 000008
であり、角周波数はω２であり、ここで
【数８】
0006912559.tif 000009
である。各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２は、インダクタンスを有し、または、Ｌ２と指定された誘導素子であるか、あるいはその両方であることに留意されたい。
【００３３】
ポート１とポート３との間に接続された同調可能フィルタ２０のために、各単位セル６０は、１つまたは複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３を含む。単位セル６０において、キャパシタＣ５０は、１つまたは複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３を、グランドへ接続／分路する。２つ以上のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３が単位セル６０内で利用される場合、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３は、ともに直列に接続される。
【００３４】
単位セル当たり合計してＭ個のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３が存在し、Ｍは１以上の整数である。ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は、各単位セル６０がポート１およびポート３と直列に接続され、キャパシタＣ５０が、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３の一端に、およびグランドに接続されるように、１つまたは複数の単位セル６０を含む。ポート１とポート３との間の合計Ｎ個の単位セルのために、同調可能フィルタ２０では、Ｎ個の単位セル６０が繰り返され、ともに接続され得、Ｎは１以上の整数である。ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０について、各単位セルのインピーダンスはＺ３であり、ここで
【数９】
0006912559.tif 000010
であり、角周波数はω３であり、ここで
【数１０】
0006912559.tif 000011
である。各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３は、インダクタンスを有し、または、Ｌ３と指定された誘導素子である、あるいはその両方であることに留意されたい。
【００３５】
ここで、ＤＣ−ＳＱＵＩＤに関するさらなる情報が、以下に提供される。ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉デバイス）は、当業者に周知のタイプの超伝導電子デバイスである。特に、ＤＣ−ＳＱＵＩＤとして知られるタイプのＳＱＵＩＤは、２つ以上のジョセフソン接合（ＪＪ）７１０によって割り込まれた超伝導ワイヤ、超伝導薄膜金属、または他の超伝導材料から形成されるループを含む。ＳＱＵＩＤは、電流搬送ループ内に２つ以上のジョセフソン接合７１０を含む。当業者によって広く理解されるように、超伝導電流の量子干渉の原理によって、ＳＱＵＩＤ内のジョセフソン接合の、結合されたジョセフソン臨界電流は、ＳＱＵＩＤループを貫通する磁束に依存して変化する。同様に、ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合によって示されるジョセフソンインダクタンスも、このような磁束（各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２の磁束Φ２、および各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３の磁束Φ３）に依存して異なる。さらに、ＳＱＵＩＤのアレイは、それらのインダクタンスを結合するように電気回路内に配置され得る。面内ループの磁束は、磁場がループに対して垂直な軸に対してなす角度の余弦を乗じられ、ループの全領域にわたって積分された、ループ内の磁場を含む、良く知られた、明確に定義された量を表すことが指定されている。したがって、ＳＱＵＩＤは、その近傍の磁場の大きさおよび方向の両方に対して非常に感度が高い（たとえば、磁束線７３０＿２は磁場を生成し、これによって磁束Φ２を各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２に対して発生させ、磁束線７３０＿３は磁場を生成し、これによって磁束Φ３を各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３に対して発生させる）。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２および７０５＿３は、それぞれ、磁束線７３０＿２、磁束線７３０＿３によって生成されたそれぞれの磁場からの磁束Φ２、磁束Φ３を受け、これによって、そのジョセフソンインダクタンス（ジョセフソンインダクタンスは、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２に関するＬＪ２と、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３に関するＬＪ３とが指定される）が変更される。当業者に対して、磁場に対するこの感度は、ＳＱＵＩＤのジョセフソンインダクタンスの変化が回路の特性の有用な変化を発生させるという点で、電気回路における有用な構成要素としてＳＱＵＩＤを適用することを可能にする。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２および７０５＿３のインダクタンスＬ２およびＬ３は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２のジョセフソンインダクタンスＬＪ２およびＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３のＬＪ３にそれぞれ対応する。ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２および７０５＿３のインダクタンスＬ２およびＬ３を独立して変更／制御（増加または減少）するために、磁束線７３０＿２および７３０＿３が提供される。磁束線は、一般に、磁束線７３０と称され得る。磁束線７３０＿２および７３０＿３は、ＳＱＵＩＤの「動作点」を設定するために、それぞれのＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２および７０５＿３のＳＱＵＩＤループに直交する磁気「バイアス」場を独立して印加する。磁束線７３０＿２は、磁気バイアス束Φ２を必要に応じて変化させる磁場を生成する電流Ｉ２を有する。同様に、磁束線７３０＿３は、磁気バイアス束Φ３を必要に応じて変化させる磁場を��成する電流Ｉ３を有する。したがって、ポート１とポート２、および、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０は、それぞれ一方が伝送で、他方が反射で動作するように個々に制御される。
【００３６】
ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０の（単位セル６０当たりの）インダクタンスＬ２は、Ｌ２≒ＭＬＪ２＋ＬＳとして定義され得、ここで、Ｍは、単位セル内のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿２の数であり、ＬＪ２は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合インダクタンスであり、ＬＳは、各単位セルの伝送線３０（ワイヤ）の直列インダクタンスである。各単位セル６０のインダクタンスＬ２は、主にジョセフソン接合インダクタンスＬＪ２に基づく。したがって、ジョセフソン接合インダクタンスＬＪ２は、（伝送線３０（ワイヤ）の直列インダクタンスＬＳなしで）、以下のように定義される。ジョセフソン接合インダクタンス
【数１１】
0006912559.tif 000012
ここで
【数１２】
0006912559.tif 000013
であり、Ｉ０は各ジョセフソン接合７１０の臨界電流であり、Φ２はループを貫通する磁束バイアスであり、
【数１３】
0006912559.tif 000014
（超伝導磁束量子）であり、ここで、ｈはプランクの定数であり、ｅは電荷である。
【００３７】
同様に、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０の（単位セル６０当たりの）インダクタンスＬ３は、Ｌ３≒ＭＬＪ３＋ＬＳとして定義され得、ここで、Ｍは、単位セル内のＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５＿３の数であり、ＬＪ３は、ジョセフソン接合インダクタンスであり、ＬＳは、各単位セルの伝送線３０（ワイヤ）の直列インダクタンスである。各単位セル６０のインダクタンスＬ３は、主にジョセフソン接合インダクタンスＬＪ３に基づく。したがって、ジョセフソン接合インダクタンスＬＪ３は、（伝送線３０（ワイヤ）の直列インダクタンスＬＳなしで）、以下のように定義される。ジョセフソン接合インダクタンス
【数１４】
0006912559.tif 000015
ここで
【数１５】
0006912559.tif 000016
であり、Ｉ０は、（２つの）ジョセフソン接合７１０の臨界電流であり、Φ３はループを貫通する磁束バイアスであり、
【数１６】
0006912559.tif 000017
（超伝導磁束量子）であり、ここで、ｈはプランクの定数であり、ｅは電荷である。この解析において、実験は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤが、小さなループを有し、ＤＣ−ＳＱＵＩＤループの自己インダクタンスが、ＤＣ−ＳＱＵＩＤのジョセフソンインダクタンスに比べて無視できると仮定している。
【００３８】
なお、インダクタンスＬ２は、ポート１とポート２との間の同調可能フィルタ２０における伝送線と直列に接続されたＮ個の単位セル（Ｎ≧１）のうちの１つの単位セル６０のインダクタンスであり、同様に、インダクタンスＬ３は、ポート１とポート３との間の同調可能フィルタ２０における伝送線と直列に接続されたＮ個の単位セル（Ｎ≧１）のうちの１つの単位セル６０のインダクタンスであることに留意されたい。
【００３９】
本明細書で論じられる同調可能フィルタ設計は、各単位セル内の誘導素子および容量素子に関して同一の単位セルに限定されないことが、当業者によって理解されるべきである。理解の簡略化および容易化のために、同一の単位セル画像が、主にここに提示される。実際、マイクロ波フィルタ理論に基づいて単位セルを変化させることは有利となり得、フィルタ応答におけるリップルの最大振幅、フィルタの平坦度、フィルタ帯域幅、帯域内および帯域外における反射量、停止帯域における減衰量等に関するより良好なパフォーマンスをもたらす。したがって、上述した利点のうちのいずれかまたはより多くを適用するために、１つまたは複数の実施形態において、単位セルは、同一であっても、異なっていてもよいことが認識されるべきである。
【００４０】
理解されるように、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００は、１つの構成において、１つの入力ポートおよびＮ個の出力ポートを有することができ、または、別の構成において、１つの出力ポートおよびＮ個の入力ポートを有することができ、あるいはその両方であり得る。デバイスのすべてのポート１０は、同じ特性インピーダンスＺ０を有する。各入力−出力対は、印加された磁束を使用して、その場でカットオフ周波数が調整され得る同調可能低域通過フィルタを介して接続されている。同調可能低域通過フィルタ２０は、誘導素子（ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）および容量素子（ランプ素子キャパシタ）のラダーを使用して実施され得る。
【００４１】
磁束線７３０＿２および７３０＿３にそれぞれ印加されるＤＣ電流Ｉ２およびＩ３を制御することによって、各鎖のインダクタンスＬ２およびＬ３を決定する磁気バイアス束Φ２およびΦ３を独立して設定することができる。これは、一方の経路（ポート１とポート２との間）が伝送であり、他方の経路（ポート１とポート３との間）が反射となる、あるいはその逆になるように、（マイクロ波信号３０５の）ω０に対して、２つの同調可能フィルタ２０のカットオフ角周波数ωＣ２、ωＣ３を調整する。
【００４２】
（ポート１とポート２との間、または、ポート３とポート４との間の）いずれかの同調可能フィルタ２０のために反射で動作させる（すなわち、マイクロ波信号３０５を遮断させる）ために、ＤＣ電流Ｉ２、Ｉ３を増加させて、磁気バイアス束Φ２、Φ３を（コサインの１周期内で）増加させる。これはその後、インダクタンスＬ２、Ｌ３を増加させ、これによって、カットオフ角周波数ωＣ２、ωＣ３を減少させる。反対に、（ポート１とポート２との間、または、ポート３とポート４との間の）いずれかの同調可能フィルタ２０のために伝送で動作させる（すなわち、マイクロ波信号３０５を通過させる）ために、ＤＣ電流Ｉ２、Ｉ３を減少させて、磁気バイアス束Φ２、Φ３を（コサインの１周期内で）減少させる。これはその後、インダクタンスＬ２、Ｌ３を減少させ、これによって、カットオフ角周波数ωＣ２、ωＣ３を増加させる。
【００４３】
ＤＣ−ＳＱＵＩＤ７０５、キャパシタ５０（キャパシタ内の誘電体材料を除く）、磁束線７３０、伝送線３０、およびジョセフソン接合７１０は、超伝導材料製である。繰り返すが、（約１０〜１００ミリケルビン（ｍＫ）、または約４Ｋのような低温における）超伝導材料の例は、ニオブ、アルミニウム、タンタル等を含む。ジョセフソン接合は、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ニオブ等の薄い絶縁体を挟んだ２つの超伝導金属から形成された非線形素子である。
【００４４】
図８は、１つまたは複数の実施形態にしたがう超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００の概略図である。図８は、この実施において、同調可能フィルタ２０が同調可能高域通過フィルタであることを除いて、図１〜図７に類似している。同調可能フィルタ２０として高域通過フィルタを有することにより、誘導素子４０、７０５は、容量素子５０と置き換えられる。したがって、容量素子５０は、ポート１とポート２との間、およびポート１とポート３との間に直列とされる一方、誘導素子４０、７０５（インダクタまたはＤＣ−ＳＱＵＩＤ）は、容量素子５０の一端へ接続され、そして、グランドへ接続されている。ポート１からポート２（またはその逆）の伝送のために、以下の条件、ωＣ２＜ω０＜＜ωＣ３が適合する。ポート１からポート３（またはその逆）の伝送のために、以下の条件、ωＣ３＜ω０＜＜ωＣ２が適合する。
【００４５】
次に、図９を参照する。図９は、１つまたは複数の実施形態にしたがうＮポート超伝導マイクロ波ルータ１００の概略図である。Ｎポート超伝導マイクロ波ルータ１００は、関連するフィルタを適切な磁束バイアスポイントへ束付勢する関連する磁束線への電流パルスを使用して、その場で、ポート１０の任意の対の間で形成された接続が存在するように一般化／設計される。たとえば、マイクロ波信号３０５がポート１０に到達する瞬間（または、ほぼその瞬間）に、マイクロ波信号３０５を伝送するためにポート１０の任意の対の間で接続がなされ得る一方、他のすべてのポート１０は、（それぞれの同調可能フィルタ２０を経由して）マイクロ波信号３０５を遮断する。したがって、マイクロ波信号３０５は、本明細書で論じられる原理にしたがってポート１０の任意の対の間に経路付けられ得る。
【００４６】
Ｎポート超伝導マイクロ波ルータ１００は、ポート１、ポートＩ、ポートＪ乃至ポートＮを含む。ポート１〜Ｎのおのおのは、個々のポート１０が、ノード９０５に接続する同調可能フィルタ２０に接続するように、それ自身の同調可能低域通過フィルタ２０を有する。図１〜図８において広範に上述された特徴は、図９に適合し、説明の簡潔のため、および、図９を不明瞭にすることを避けるために、繰り返されない。すべてのポート１〜Ｎは対称性があり、同じ立場にある（これは、上述した超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００とは異なる）。同じ立場にあることは、ノード９０５が、すべてのポート１〜Ｎを接続する中心接続であり、各ポート１０が、それ自身の同調可能フィルタ２０を有し、各同調可能フィルタ２０が、そのカットオフ周波数を調整するための自身の磁束線（ＦＬ）を有することを意味する。
【００４７】
一例として、ポートＮからポートＩへマイクロ波信号３０５を経路付けるために、ポートＮとノード９０５との間、およびポートＩとノード９０５との間の両方の同調可能フィルタ２０が、伝送となるように調整される必要があり、同時に、残りすべての同調可能フィルタ２０が、反射となるように調整される。これによって、マイクロ波信号３０５は、ポートＮからその同調可能フィルタ２０へ、ノード９０５へ、ポートＩに接続された同調可能フィルタ２０へと伝送され、その後、ポートＩへ伝送される。
【００４８】
ノード９０５に関して、いくつかの技術的詳細が論じられる。一般に、ノード９０５は、２つの理由により、できるだけ小さく、理想的には、デバイス動作において使用される波長に関してまとめられるべきである。１）経路付けられた信号の伝送を制限し得る反射を最小限に抑える。２）ノード９０５へ多数の伝送線を接続することを可能にする。さらに、多数の伝送線を共通ノード９０５に接続する能力は、高インピーダンス（非常に狭い）ワイヤを使用することを要求し得る。その結果、１つの実施において、フィルタが（反射を最小にするために）伝送で動作している場合、接続している線のインピーダンスに整合する特性インピーダンスを有する同調可能フィルタを設計することを必要とし得る。最後に、同調可能フィルタの特性インピーダンスが、デバイスポートの特性インピーダンスと異なる場合、（伝搬信号のためのスムーズな伝送を可能にするために）特定の整合ネットワークが設計され、フィルタとデバイスとの間に組み込まれ得る。
【００４９】
無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を構成する方法が、１つまたは複数の実施形態にしたがって提供される。本明細書で論じられる図１〜図９に対する参照がなされ得る。複数のポート１０が提供される。同調可能フィルタ２０が提供され、ポート１０に接続され、複数のポート１０のおのおのが、同調可能フィルタ２０の対応する同調可能フィルタを有するようになる。同調可能フィルタ２０は、ノード９０５（導電性接続点）に接続している。複数の磁束線（ＦＬ）７３０が提供され、複数の磁束線７３０の個々の１つが、同調可能フィルタ２０の個々の１つを１対１ベースで同調させるようになる。（磁束線、電流伝送線、同調可能磁石のような）複数の磁力源が提供され、複数の磁力源の個々の１つが、同調可能フィルタ２０の個々の１つを、１対１ベースで同調させることができる。１つの同調可能フィルタを制御する１つの磁束線のこの画像は、単純化され得ることに留意されたい。これは、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの応答／インダクタンスが、そのループを貫通する全磁束によって決定され、したがって、他の磁束線の電流のあらゆる変化が、原理的に、ＤＣ−ＳＱＵＩＤが受ける磁束バイアスを変更でき得るからである。もちろん、他の磁束線による誘導磁束は、他の磁束線とＤＣ−ＳＱＵＩＤとの間の距離に応じて大幅に低下するので、それらの距離を十分に離しておくことで、実験者はその寄与を大幅に低減することができる。それにも関わらず、１つのフィルタの磁束バイアスを調整するために、近くの磁束線に流れる電流に多くの変化を加えて、電流が様々な制御されたフィルタにおいて所望の磁束バイアスを生じさせるような１つまたは複数のシナリオが存在し得る。
【００５０】
無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を構成する方法が、１つまたは複数の実施形態にしたがって提供される。本明細書で論じられる図１〜図９に対する参照がなされ得る。複数のポート１０が提供される。同調可能フィルタ２０は、複数のポート１０に接続され、複数のポート１０のおのおのは、同調可能フィルタ２０のうちの同調可能フィルタに関連付けられ、同調可能フィルタ２０のおのおのは、超伝導量子干渉デバイス７０５を含む。同調可能フィルタ２０は、低域通過フィルタであり得る。同調可能フィルタ２０は、高域通過フィルタであり得る。
【００５１】
無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を構成する方法が、１つまたは複数の実施形態にしたがって提供される。本明細書で論じられる図１〜図９に対する参照がなされ得る。ノード９０５が、中心接続点として提供される。同調可能フィルタ２０が、ノード９０５へ接続され、ノード９０５では、同調可能フィルタ２０が、マイクロ波信号３０５を伝送するための第１の状態（すなわち、伝送のための動作モード）へ独立して調整され、マイクロ波信号３０５を遮断するための第２の状態（すなわち、反射のための動作モード）へ独立して調整されるように構成され、これによって、同調可能フィルタ２０のいずれかの同調可能フィルタが、ノード９０５を介して同調可能フィルタ２０の他の任意の同調可能フィルタへ信号を伝送するように構成されるようになる。
【００５２】
無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を構成する方法が、１つまたは複数の実施形態にしたがって提供される。本明細書で論じられる図１〜図９に対する参照がなされ得る。複数のポート１０が提供される。複数のポート１０の第１の対は、その間に接続された少なくとも１つの同調可能フィルタ２０を有し、同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号３０５を伝送するように構成されている。複数のポート１０の第２の対は、その間に接続された別の同調可能フィルタ２０を有し、同調可能フィルタ２０は、マイクロ波信号を反射するように構成されている。
【００５３】
技術的効果および利点は、無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータを含む。技術的利点はさらに、伝送された信号の低減衰＜０.０５ｄＢ（デシベル）、（磁束線とＳＱＵＩＤとの間の相互インダクタンスに応じた）ナノ秒におけるような高速スイッチング（共振器なし）、および、比較的大きな帯域幅（ｂｗ）＞２８０メガヘルツ（ＭＨｚ）（これは、単位セルにおけるある変動を許容することによって著しく高められ得る）を含む。また、技術的利点はさらに、比較的大きなオン／オフ比＞２０ｄＢを含む。無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータは、より多くのＳＱＵＩＤを追加し、臨界電流を増加させることにより、比較的大きな電力＞−８０ｄＢｍ（０ｄＢｍは、１ミリワットに相当する）を許容し得る。無損失／超伝導マイクロ波スイッチ／ルータは、４Ｋで動作するようにＮｂ個のジョセフソン接合で製造され得、任意の周波数範囲について設計され得、１入力−Ｎ出力（またはその逆）まで容易に拡張され得るスケール可能なスキームを提供する。
【００５４】
次に、マイクロ波信号結合器およびマイクロ波信号分配器に目を向けると、マイクロ波領域で量子信号を結合するためにマイクロ波信号結合器を使用することは、（反射を引き起こす）ポート間のインピーダンス不整合、（特定の）ポート間の貧弱な分離、または、量子信号の減衰による量子情報の損失、あるいはその両方を犠牲にして生じる。量子情報の損失は、電力結合器の内部損失または他のポートへの漏洩のいずれかにより得る。この量子情報の損失は、測定の信号対雑音比を著しく低下させ得る。
【００５５】
さらに、超伝導量子ビットに基づくスケール可能な量子プロセッサアーキテクチャでは、希釈冷凍機に入る入力線および出力線の数を最小化することが重要である。これを出力側で実現する１つの方式は、たとえば、ハイブリッドまたは市販の電力結合器を使用して、同じ出力線上の多数の量子ビットの多数の読出信号を結合することによる。続いて、出力チェーンを伝播する前に多数の読出信号を増幅するために、広帯域量子制限増幅器が利用され得る。しかしながら、そのようなハイブリッドまたは電力結合器を使用することは、増幅器の前の量子信号を減衰させ、量子情報の著しい損失をもたらし、したがって、量子測定の効率を制限する。
【００５６】
別の可能性は、各個別信号を増幅する多数の量子制限増幅器の後に電力結合器を追加することである。しかしながら、このスキームの欠点は、スキームのようなスケーラビリティを制限する希釈冷凍機に、嵩張るハードウェア（多数の増幅器）を追加することである。希釈冷凍機は、低温領域に可動部分がなく、７ｍＫという低い温度への連続冷却を提供する極低温デバイス（cryogenic device）である。
【００５７】
以下は、電力結合器または分割器のいくつかの例である。
【００５８】
以下は、Ｔ接合電力結合器の特性である。１）１つの入力ポートと２つの出力ポートを備えた３ポートデバイス、２）無損失、３）相互性、４）出力ポート間の無分離、および５）入力にのみ整合。
【００５９】
抵抗分割器の特性は、以下を含む。１）３ポートデバイス、２）相互性、３）すべてのポートにおいて整合され得る（反射なし）、４）損失性、および５）出力ポート間の無分離。
【００６０】
ハイブリッド（９０°および１８０°ハイブリッド）の特性は、以下を含む。１）２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する４ポートデバイス、２）相互性、３）すべてのポートにおいて整合され得る（反射なし）、４）２つの入力ポート間、および２つの出力ポート間の良好な分離。ハイブリッドが電力結合器として使用される場合、電力は２つの出力ポート間で等しく分割され、情報の半分が失われるようになる。
【００６１】
以下は、ウィルキンソン電力分割器／結合器の特性である。１）１つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する３ポートデバイス（Ｎ方式のデバイスに一般化され得る）、２）すべてのポートにおいて整合される（反射なし）、３）２つの出力ポート間の分離、４）信号電力の半分だけが入力に現れ、残りの半分は散逸するので、出力ポートに入力された信号を結合する場合の損失性。
【００６２】
１つまたは複数の実施形態は、量子情報の損失を引き起こすことなく（無損失）、また、異なる量子ビット−共振器システム間（入力ポート間の分離、または、出力ポート間の分離、あるいはその両方）の信号の漏洩を許容することなく、少数の入力線および出力線を使用して（これによって、スケーラビリティを提供する）多数の量子ビット−共振器システムの駆動および読出を多重化することに関連する問題または論点に対処する。実施形態は、それらの周波数に基づいてマイクロ波信号（駆動信号および読出信号）を分離する１つまたは複数の方法およびデバイスを含み、したがって、方法およびデバイスが、駆動／読出において使用されるマイクロ波信号を減衰させることなく、多数の量子ビットの読出および駆動を多重化することを可能にする。また、デバイスは、異なるポート間の分離を提供される。
【００６３】
１つまたは複数の実施形態によれば、デバイスは、量子信号用のマルチポートオンチップ超伝導マイクロ波結合器または分配器あるいはその両方であることができる。マイクロ波結合器および分配器は無損失であり、それらのポートは、入力／出力環境に整合される。超伝導マイクロ波結合器または分配器あるいはその両方は、量子ビット駆動および読出のようなスケール可能な量子処理アーキテクチャにおいて使用され得る。
【００６４】
１つまたは複数の実施形態では、マイクロ波結合器および分配器が、同じデバイス内に構成されている。入力信号の方向は、デバイスがマイクロ波結合器または分配器として動作しているか否かを判定する。
【００６５】
図１０は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号用のマイクロ波結合器を描写するデバイスの概略図である。デバイス１０００は、周波数分割多重化を利用して、異なるマイクロ波信号に対して異なる周波数を、単一の出力伝送線に割り当てるように構成されている。
【００６６】
デバイス１０００は、帯域通過フィルタ１０５と一般に称される帯域通過マイクロ波フィルタを含む。異なる帯域通過フィルタ１０５は、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎとして描写される。各帯域通過フィルタ１０５は、特定の狭い通過帯域内の周波数を有するマイクロ波信号が伝送（すなわち通過）され、特定の狭い通過帯域外の周波数を有する信号が反射（すなわち遮断）される異なる狭い通過帯域を有する。帯域通過フィルタ１０５＿１は、帯域幅１（ＢＷ１）を有するそれ自身の狭い通過帯域を有し、帯域通過フィルタ１０５＿２は、帯域幅２（ＢＷ２）を有するそれ自身の狭い通過帯域を有し、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎは、帯域幅Ｎ（ＢＷＮ）を有するそれ自身の狭い通過帯域を有する。
【００６７】
たとえば、帯域通過フィルタ１０５＿１は、周波数ｆ１を有するマイクロ波信号３０５＿１を通過（伝送）させるが、帯域通過フィルタ１０５＿１の通過帯域外である周波数ｆ２乃至ｆＮを有する他のすべてのマイクロ波信号３０５＿２乃至３０５＿Ｎを遮断（反射）する通過帯域（周波数帯域）で構成されている。同様に、帯域通過フィルタ１０５＿２は、周波数ｆ２を有するマイクロ波信号３０５＿２を通過（伝送）させるが、帯域通過フィルタ１０５＿２の通過帯域外である周波数ｆ１、ｆ３乃至ｆＮを有する他のすべてのマイクロ波信号３０５＿１、３０５＿３乃至３０５＿Ｎを遮断（反射）する通過帯域（周波数帯域）で構成されている。類似して、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎは、周波数ｆＮを有するマイクロ波信号３０５＿Ｎを通過（伝送）させるが、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎの通過帯域外である周波数ｆ１乃至ｆＮ−１を有する他のすべてのマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎ−１を遮断（反射）する通過帯域（周波数帯域）で構成されている。マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎは、一般に、マイクロ波信号３０５と称される。キャビティ−量子ビット量子システムが、デバイス１０００に動作可能に接続されている場合、マイクロ波信号３０５は、当業者によって理解されるように、特定の量子ビットを駆動するように指定された、または、（読出共振器またはキャビティを介して）読出量子ビットに指定された、それぞれの周波数ｆ１乃至ｆＮにあり得る。
【００６８】
一例として、１つの帯域通過フィルタ１０５は、１メガヘルツ（ＭＨｚ）の通過帯域を有することができ、別の帯域通過フィルタ１０５は、１０ＭＨｚの通過帯域を有することができ、さらに別の帯域通過フィルタ１０５は、１００ＭＨｚの通過帯域を有することができるという具合である。
【００６９】
デバイス１０００は、それぞれの帯域通過フィルタ１０５に個々に接続されたポート１０を含む。特に、異なるポート１０は、ポート１、ポート２乃至ポートＮとして指定され、ポートＮは、ポート１０の最後を表す。同様に、Ｎは、マイクロ波信号３０５、帯域通過フィルタ１０５、量子システム３０５０（以下の図１２で論じられる）等の周波数の最後を表す。デバイス１０００において、ポート１は帯域通過フィルタ１０５＿１に接続され、ポート２は帯域通過フィルタ１０５＿２に接続され、ポートＮは帯域通過フィルタ１０５＿Ｎに接続されている。各ポート＿１乃至ポート＿Ｎは、自身の帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎの一端に接続されている。帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎの他端は、共通ノード１１５を介して共通ポート１２０に接続されている。共通ノード１１５は、電気的接続のための相互の位置として、共通接続点、共通伝送線、共通線等であり得る。共通ポート１２０は、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎおのおのに接続され、個々のポート１０（ポート１〜Ｎ）は、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎ（のみに）接続されている。
【００７０】
帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎは、それぞれの通過帯域において、それぞれのマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎのみを伝送するので、デバイス１０００は、（帯域通過フィルタ１０５の）通過帯域のいずれもが重ならないように、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至帯域通過フィルタ１０５＿Ｎおのおのが、異なる周波数の帯域（またはサブ帯域）をカバーするように構成されている。したがって、ポート１、ポート２乃至ポートＮのおのおのは、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎに接続されているので、互いに分離されており、いずれのポート１０を介したマイクロ波信号３０５であっても、共通ノード１１５を介して別のポート１０へ（入るまたは出るに関わらず）漏洩しない。このように、各ポート１０は他のポート１０から分離され、それ自身の帯域通過フィルタ１０５に接続された結果として、あらかじめ定義された周波数において（または、あらかじめ定義された周波数帯域内で）自身のマイクロ波信号３０５を伝送するように設計される。このように、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎは、ポート１０（たとえば、ポート１、ポート２乃至ポートＮ）間の分離を提供する役割を担う。
【００７１】
それぞれのポート１０、帯域通過フィルタ１０５、共通ノード１１５、および共通ポート１２０は、伝送線３０を介して互いに接続されている。伝送線３０は、ストリップ線、マイクロストリップ等とすることができる。マイクロ波帯域通過フィルタ１０５は、超伝導インダクタ、超伝導ギャップキャパシタ、または、プレートキャパシタ、受動超伝導素子、あるいはその組合せ等の無損失または低損失ランプ素子を使用して設計および実施される。超伝導素子は、ランプ素子インダクタ、ギャップキャパシタ、または、（低損失誘電体を有する）プレートキャパシタ、あるいはその組合せを含む。帯域通過フィルタの他の可能な実施態様は、結合線フィルタ（coupled-line filter）、または、容量結合型直列共振器（capacitively-coupled series resonator）、あるいはその両方を含む。
【００７２】
それぞれのポート１０、帯域通過フィルタ１０５、共通ノード１１５、共通ポート１２０、および伝送線３０は、超伝導材料製である。（約１０〜１００ｍＫ、または約４Ｋのような低温における）超伝導材料の例は、ニオブ、アルミニウム、タンタル等を含む。
【００７３】
マイクロ波結合器としてのデバイス１０００の１つの実施態様では、共通ポート１２０に接続された別の同軸ケーブルが、結合されたマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを出力している間、ポート１０に接続された同軸ケーブルが、異なる周波数ｆ１乃至ｆＮで、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを入力できるように、同軸ケーブルが、ポート１０およびポート１２０の外部端へ接続し得る。マイクロ波結合器では、それぞれの周波数ｆ１乃至ｆＮにおいて、各マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎについて、マイクロ波信号３０５のいずれも、他の（入力）ポート１０のいずれを介しても返送されない（すなわち、ポート分離）が、代わりに、各マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎは、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎを通過し、共通ノード１１５を通過し、共通ポート１２０から出る。このように、マイクロ波結合器は、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを結合し、これらを、共通ポート１２０を介して出力する。デバイス１０００は、周波数関係ｆ１＜ｆ２＜．．．＜ｆＮで構成され、各周波数ｆ１、ｆ２、．．．ｆＮは、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎそれぞれの中心周波数である。デバイス１０００は、不等式
【数１７】
0006912559.tif 000018
を満足するように構成され、ここでｉ、ｊ＝１、２、．．．Ｎおよびｊ≠ｉである。この不等式は、帯域通過フィルタの各対の中心周波数間の周波数間隔が、それらの平均帯域幅を超えることを要求している。言い換えれば、この不等式は、帯域通過フィルタのいずれもが、重複する帯域幅（すなわち、周波数範囲）を有さないことを保証する。
【００７４】
それぞれの伝送線３０（および、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎ）を有するポート１乃至ポートＮおのおのは、異なる／別個のチャネル／入力と考慮され、共通ポート１２０は共通チャネルである。したがって、電力結合器として動作する場合、ポート１乃至Ｎの多数の入力チャネルが、共通ポート１２０の（単一の）共通チャネルに接続されている。デバイス１０００は、双方向的であるように構成されている。本明細書で述べるように、同じデバイス１０００が、マイクロ波電力結合器とマイクロ波信号分配器との両方として利用され得る。
【００７５】
図１１は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号のためのマイクロ波分配器を描写するデバイス１０００の概略図である。マイクロ波分配デバイス１０００は、共通ポート１２０に入力されたマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを個々のポート１乃至Ｎへ分配するように構成され、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎは、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎの通過帯域にしたがって導かれ／分配される。
【００７６】
マイクロ波分配器としてのデバイス１０００の１つの実施態様では、出力ポート１０に接続された他の同軸ケーブルが、個々のマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを出力している間、共通ポート１２０に接続された同軸ケーブルが、異なる周波数ｆ１乃至ｆＮで、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを入力できるように、同軸ケーブルが、共通ポート１２０の外部端へ接続し得る。マイクロ波分配器では、各周波数ｆ１乃至ｆＮにおける各マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎに対して、個々の周波数ｆ１乃至ｆＮのみが、対応する周波数ｆ１乃至ｆＮをカバーする通過帯域を有するそれぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎを通過することを許可され、これによって、個々のポート１乃至ポートＮを通過する。帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎのおのおのは、重複する通過帯域を有していないので、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎおのおのは、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎのうちの１つのみを通過するようにあらかじめ定義された自身の周波数ｆ１乃至ｆＮを有する。周波数ｆ１乃至ｆＮのうちの自身の周波数において、マイクロ波信号３０５が、共通ポート１２０を介して入力され、各マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎは、共通ノード１１５を通過し、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎを介して伝送され、周波数ｆ１乃至ｆＮにしたがって、個々のポート１〜Ｎから出る。それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎによるフィルタリングにより、各ポート１〜Ｎ（のみ）が、それ自身のそれぞれの周波数ｆ１乃至ｆＮを出力する。言い換えれば、ポート１は、（帯域通過フィルタ１０５＿１を介して）周波数ｆ１においてマイクロ波信号３０５＿１を出力する一方、帯域通過フィルタ１０５＿１は、周波数ｆ２〜ｆＮを遮断する。ポート２は、周波数ｆ２において（帯域通過フィルタ１０５＿２を介して）マイクロ波信号３０５＿２を出力する一方、帯域通過フィルタ１０５＿２は、周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＮを遮断する。同様に、ポートＮは、周波数ｆＮにおいて（帯域通過フィルタ１０５＿Ｎを介して）マイクロ波信号３０５＿Ｎを出力する一方、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎは、周波数ｆ１〜ｆＮ−１を遮断する。
【００７７】
図１１では、それぞれの伝送線３０（および、それぞれの帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎ）を有する各ポート１乃至ポートＮは、異なる／別個のチャネル／出力と考慮され、共通ポート１２０は、共通チャネル／入力である。したがって、電力分配器として動作する場合、ポート１乃至Ｎの多数の出力チャネルは、共通ポート１２０の（単一の）共通（入力）チャネルに接続されている。
【００７８】
図１０および図１１において認識され得るように、デバイス１０００は、ポート１０または１２０がマイクロ波信号３０５の入力を受信するか否かにしたがって、マイクロ波信号分配器および結合器の両方として動作するように構成されている。
【００７９】
図１２は、１つまたは複数の実施形態にしたがって量子システムアプリケーションで利用されるデバイス１０００を描写するシステム３００である。図１２は、キャビティ／共振器１〜Ｎのそれぞれの共振周波数に整合またはほぼ整合する周波数ｆ１〜ｆＮを有するマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを有することによって、量子ビットの周波数多重化読出を描写するデバイス１０００の例示的なアプリケーションである。この例は、代わりに、量子ビット１〜Ｎのそれぞれの共振周波数に整合またはほぼ整合する周波数ｆ１〜ｆＮを有するマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎを有することによって、量子ビットを駆動するために等しく適用され得ることが認識されるべきである。
【００８０】
システム３００において、量子システム３０５０＿１乃至３０５０＿Ｎは、（入力）ポート１乃至ポートＮにそれぞれ接続されている。量子システムは、一般に、量子システム３０５０と称され得る。量子システム３０５０＿１は、動作可能にともに結合されたキャビティおよび量子ビット１であり得る。量子システム３０５０＿２は、動作可能にともに結合されたキャビティおよび量子ビット２であり得る。同様に、量子システム３０５０＿Ｎは、動作可能にともに結合されたキャビティおよび量子ビットＮであり得る。量子システム３０５０において、キャビティおよび量子ビットは、当業者に理解されるように、容量的に接続され得、２次元キャビティへ接続され得、または、３次元キャビティへ接続され得、あるいはその組合せである。量子ビットの１つのタイプは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含む超伝導量子ビットであり、ジョセフソン接合は、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ニオブ等のような薄い絶縁体を挟む２つの超伝導金属（たとえば、アルミニウム、ニオブ等）で形成された非線形非散逸インダクタである。
【００８１】
１つの実施態様では、システム３００は、また（出力）共通ポート１２０に接続された広帯域量子制限増幅器３５０を含み得る。広帯域量子制限増幅器３５０は、それぞれの周波数ｆ１乃至ｆＮを有するすべてのマイクロ波信号３０５を増幅するように設計された広い帯域幅を有する。
【００８２】
各量子システム３０５０は、各量子システム３０５０毎に異なる、自身の共振周波数で共振するように設計されている。当業者であれば、各量子システム３０５０におけるキャビティは、キャビティが、通常、読出共振器周波数と呼ばれる、自身の共振周波数で共振するような共振器であるか、または共振器として動作することを認識する。特に、量子システム３０５０＿１におけるキャビティは、たとえば周波数ｆ１であるその共振周波数で共振するように構成されている。量子システム３０５０＿２におけるキャビティは、周波数ｆ２であるその共振周波数で共振するように構成されている。同様に、量子システム３０５０＿Ｎにおけるキャビティは、周波数ｆＮであるその共振周波数で共振するように構成されている。
【００８３】
量子システム３０５０は、キャパシタ３２５を介してデバイス１０００に結合され、量子システム３０５０は、キャパシタ３２０を介して外部環境に結合される。外部環境は、マイクロ波信号生成機器を含み得る。
【００８４】
システム３００における量子システム３０５０＿１におけるそれぞれの量子ビットの周波数多重化読出の間、周波数ｆ１におけるマイクロ波信号３０５＿１は、量子システム３０５０＿１におけるキャビティの共振周波数にあり、マイクロ波信号３０５＿１は、（帯域通過フィルタ１０５＿１が、周波数ｆ１を通過させるように設計されているため）ポート１と帯域通過フィルタ１０５＿１との両方を目標とする周波数ｆ１にある。量子システム３０５０＿２における各量子ビットの周波数多重化読出の間、周波数ｆ２におけるマイクロ波信号３０５＿２は、量子システム３０５０＿２におけるキャビティの共振周波数にあり、マイクロ波信号３０５＿２は、（帯域通過フィルタ１０５＿２が、周波数ｆ２を通過させるように設計されているため）ポート２と帯域通過フィルタ１０５＿２との両方を目標とする周波数ｆ２にある。量子システム３０５０＿Ｎにおけるそれぞれの量子ビットの周波数多重化読出の間、周波数ｆＮにおけるマイクロ波信号３０５＿Ｎは、量子システム３０５０＿Ｎにおけるキャビティの共振周波数にあり、マイクロ波信号３０５＿Ｎは、（帯域通過フィルタ１０５＿Ｎが、周波数ｆＮを通過させるように設計されているため）ポートＮと帯域通過フィルタ１０５＿Ｎとの両方を目標とする周波数ｆＮにある。それぞれの共振周波数ｆ１乃至ｆＮにおけるマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎは、量子システム３０５０＿１乃至３０５０＿Ｎをそれぞれ共振させるため、（それぞれの共振周波数における）マイクロ波信号３０５は、それぞれのキャビティ（共振器）に結合されたそれぞれの量子ビットの読出を引き起こす。このように、量子システム３０５０＿１（すなわち、量子ビット−共振器）と相互作用した後、マイクロ波信号３０５＿１は、ポート１を介して、帯域通過フィルタ１０５＿１へ、共通ポート１２０を介して、広帯域量子制限増幅器３５０へ伝送される。量子システム３０５０＿２（すなわち、量子ビット−共振器）と相互作用した後、マイクロ波信号３０５＿２は、ポート２を介して、帯域通過フィルタ１０５＿２へ、共通ポート１２０を介して、広帯域量子制限増幅器３５０へ伝送される。同様に、量子システム３０５０＿Ｎ（すなわち、量子ビット−共振器）と相互作用した後、マイクロ波信号３０５＿Ｎは、ポートＮを介して、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎへ、共通ポート１２０を介して、広帯域量子制限増幅器３５０へ伝送される。それぞれの量子システム３０５０＿１乃至３０５０＿Ｎと相互作用した後、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎのおのおのは、それぞれの量子ビットの量子情報（たとえば、状態）を含む。マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｎのおのおのは、広帯域量子制限増幅器３５０によって（同時に）増幅される。
【００８５】
量子信号は、マイクロ波信号である。マイクロ波信号３０５は、デバイス１０００において双方向に伝送され得ることが認識されるべきである。
【００８６】
図１３は、１つまたは複数の実施形態にしたがう電力結合器のカスケードツリーとしてデバイス１０００を例示する。図１３は、デバイス１０００をスケールアップした例である。デバイス１０００は、たとえばチップとしてウエハ上に製造されるように構成されている。図１３を不必要に不明瞭にしないように、デバイス１０００のいくつかの詳細は、明確化のために省略されている。これらの詳細は、本明細書で論じられたような類推によって含まれることが理解される。
【００８７】
この例では、電力結合器のツリーが２つのレベルで描写されている。他の実施態様では、電力結合器のツリー内に３、４、５．．．１０またはそれ以上のレベルが存在し得る。図１３では、レベル２においてＭ個の単位のデバイス１０００が存在し、Ｍ個の単位のデバイス１０００はおのおのレベル２においてＮ個の入力を有する。Ｎ個の入力を有することは、レベル２における各デバイス１０００が、Ｎ個の帯域通過フィルタ１０５のそれぞれの帯域通過フィルタに接続された対応するＮ個のポート１０を有することを意味する。本明細書で論じられるように、Ｎ個の入力のおのおのは、１対１ベースで単一のポート１０と単一の帯域通過フィルタ１０５を有する。レベル２では、デバイス１０００は、帯域通過フィルタ１０５を有し、帯域通過フィルタ１０５のおのおのは、周波数のカバレッジに重複がないように、本明細書で論じられるような異なる通過帯域（すなわち、異なる周波数帯域）を有する。
【００８８】
電力結合デバイス１０００＿１乃至１０００＿Ｍのおのおのは、それぞれの中心伝送線３０＿１乃至３０＿Ｍにマイクロ波信号３０５を出力するように構成されている。伝送線３０＿１乃至３０＿Ｍの指定は、電力結合デバイス１０００＿１乃至１０００＿Ｍのおのおのが自身の出力伝送線３０を有することを示すために利用され、したがって、レベル２におけるデバイス１０００からの中心伝送線３０の総数は、Ｍに等しい。レベル１では、デバイス１０００＿Ｚは、Ｍ個の入力を有する。各デバイス１０００＿１乃至１０００＿Ｍの出力は、デバイス１０００＿ＺのＭ個の入力のうちの自身の入力へ個々に接続され、中心伝送線３０＿１乃至３０＿Ｍのおのおのは、デバイス１０００＿ＺのＭ個の入力のうちの１つとなる。
【００８９】
デバイス１０００＿Ｚは、本明細書で論じられるデバイス１０００と同一である。しかしながら、デバイス１０００＿Ｚは、Ｍ個の入力のおのおのが、中心伝送線３０毎の低レベル２における帯域通過フィルタ１０５のすべての通過帯域をカバーする通過帯域を有するレベル１における、自身の接続された帯域通過フィルタ１０５を有するように構成されている。たとえば、ツリー４００のレベル１において、デバイス１０００＿Ｚは、ポート１を有する（Ｍ個の入力のうちの）第１の入力を有するので、レベル１における帯域通過フィルタ１０５は、レベル２におけるデバイス１０００＿１内の帯域通過フィルタのすべての通過帯域を含む。同様に、ツリー４００のレベル１において、デバイス１０００＿Ｚは、ポート２を有する（Ｍ個の入力のうちの）第２の入力を有するので、レベル１における帯域通過フィルタ１０５は、レベル２におけるデバイス１０００＿２（図示せず）内の帯域通過フィルタのすべての通過帯域を含む。ツリー４００のレベル１における（Ｍ個の入力のうちの）最後の入力によって、デバイス１０００＿Ｚは、ポートＮを有する最後の入力を有するので、レベル１におけるその帯域通過フィルタ１０５は、レベル２におけるデバイス１０００＿Ｍ内の帯域通過フィルタのすべての通過帯域を含む。
【００９０】
レベル１において、デバイス１０００＿Ｚは、Ｍ個の入力においてマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｚを受信し、中心伝送線３０＿Ｚに出力されるべきマイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｚを結合するように構成されている。したがって、電力デバイスのツリー４００は、レベル１のデバイス１０００＿Ｚが、レベル２におけるＭ個の単位のデバイス１０００に対応するＭ×Ｎ個のマイクロ波信号３０５を出力するようにスケールアップされ、レベル２におけるデバイス１０００のおのおのは、Ｎ個の入力を有する。マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｚの方向は、スケールアップされた電力結合器として動作するツリー４００を図示する。同様に、マイクロ波信号３０５＿１乃至３０５＿Ｚの方向は、スケールアップされた信号分配器として動作するように切り換えられ得る。
【００９１】
図１４は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子信号のためのマイクロ波結合器を描写するデバイス１０００の概略図である。デバイス１０００は、本明細書で論じられる様々なすべての特徴を含む。さらに、デバイス１０００は、通過するマイクロ波信号に対するインピーダンス整合を保証する（すなわち、信号経路に沿った反射を最小にする）追加の特徴を含み、共通ノード１１５への多数の分岐／線の接続も可能にする。
【００９２】
図１４では、インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎは、それぞれのポート１乃至Ｎと、それらの関連付けられた帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎとの間に、それぞれ追加される。また、デバイス１０００は、共通ノード１１５および共通ポート１２０に接続された広帯域インピーダンス変換器５１０を含む。インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎおよびインピーダンス変換器５１０は、インピーダンス整合を提供するように構成されている。デバイス１０００の一端において、インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎは、ポート１〜Ｎの入力インピーダンスＺ０と整合（または、ほぼ整合）し、関連付けられた帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎと整合するように構成されている。インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎのおのおのは、特性インピーダンス
【数１８】
0006912559.tif 000019
で構成され、ここでＺ０は、入力インピーダンス（および、出力インピーダンス）であり、ＺＨは、帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎの高インピーダンスであり、Ｚは、各インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎの平均インピーダンスである。平均特性インピーダンスＺは、Ｚ０とＺＨの積の平方根である。共通ノードの領域においてデバイスポートのインピーダンスＺ０を高特性インピーダンスＺＨに変換することが役に立ち得る１つの理由は、一般に、マイクロストリップまたはストリップ線のような高インピーダンス伝送線が、共通ノードの物理的なサイズを最小化し、より多くの線が、そのノードにおいてともに連結されるようになる狭いトレースを有するからである。これは、帯域通過フィルタが、結合線フィルタ、または、容量結合共振器、あるいはその組合せとして実施される場合に特に重要である。しかしながら、すべてのフィルタが、（非常に小さなフットプリントを有する）ランプ素子を使用して実施されている場合、このようなインピーダンス変換はあまり問題にならない可能性がある。
【００９３】
１つの実施態様では、インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎは、一端（たとえば、左端）が入力インピーダンスＺ０に整合する広い幅を有し、他端（たとえば、右端）が帯域通過フィルタ１０５の高インピーダンスＺＨに整合する狭い幅を有するインピーダンス整合伝送線であり得る。インピーダンス整合変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎのおのおのは、自身のそれぞれの関係
【数１９】
0006912559.tif 000020
にしたがった長さを有し、ここでλ１は、マイクロ波信号３０５＿１の波長であり、λ２は、マイクロ波信号３０５＿２の波長であり、λＮは、マイクロ波信号３０５＿Ｎの波長である。これらインピーダンス変換器は、一般に、狭い帯域幅を有する。
【００９４】
１つの実施態様では、広帯域インピーダンス変換器５１０は、一端（たとえば、左端）が、（共通ノード１１５を介して）帯域通過フィルタ１０５の高インピーダンスＺＨに整合する狭い幅を有し、他端（たとえば、右端）が、出力インピーダンスＺ０に整合する広い幅を有するインピーダンス整合伝送線であり得る。このような広帯域インピーダンス変換器５１０は、テーパ状の伝送線（tapered transmission line）、たとえば、最大信号波長のスケールで断熱的に幅が変更される伝送線を使用して実施され得る。たとえば指数関数的テーパまたはＫｌｏｐｆｅｎｓｔｅｉｎテーパのように、当業者に知られている他の実施のテーパ状の線もまた可能である。また、このインピーダンス変換器と他の変換器５０５とのための広帯域要件は、帯域通過の対応する中心周波数を中心とする狭い周波数範囲のためのインピーダンスを整合させるだけでよいインピーダンス変換器５０５とは対照的に、広帯域変換器が、広帯域変換器を介して伝送される信号周波数の広帯域のための特性インピーダンスと整合する必要があるという事実から生じることに留意されたい。
【００９５】
インピーダンス変換器５０５＿１乃至５０５＿Ｎおよびインピーダンス変換器５１０は、たとえば、ニオブ、アルミニウム、タンタルのように、本明細書で論じられるような超伝導材料製である。
【００９６】
インピーダンス指定Ｚ０は、ポート１０および１２０（これらは、入力ポートおよび出力ポート、またはその逆であり得る）における特性インピーダンスである。たとえば、特性インピーダンスＺ０は、当業者によって認識されるように、各ポート１０および１２０において５０オーム（Ω）であり得る。
【００９７】
１つまたは複数の実施形態にしたがって、超伝導マイクロ波結合デバイス１０００を構成する方法が提供される。図１０〜図１４に対する参照がなされる。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタが提供される。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎは、第１の入力乃至最後の入力（たとえば、それぞれのポート１０へ個々に接続された伝送線３０）へそれぞれ接続している。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎおのおのは、（それぞれ、周波数ｆ１〜ｆＮを含む）第１の通過帯域乃至最後の通過帯域をそれぞれ有し、これによって、第１の通過帯域乃至最後の通過帯域はおのおの異なるようになる。共通の出力（たとえば、共通ポート１２０に接続された伝送線３０）が、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎを介して、第１の入力乃至最後の入力へ接続されている。第１の入力乃至最後の入力は、おのおの互いに分離され、これによって第１の入力乃至最後の入力間の信号漏洩を回避する。第１のフィルタ乃至最後のフィルタはおのおの、異なる周波数のセットにおいて信号（たとえば、マイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｎ）を伝送するように構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタ（たとえば、帯域通過フィルタ１０５＿１〜１０５＿Ｎ）は、おのおのパッシブであり、パッシブフィルタとして動作するための動作電力を必要とせず、電力利得を必要としない。
【００９８】
第１のフィルタ乃至最後のフィルタの第１のフィルタ１０５＿１は、周波数の第１のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成され、第１のフィルタ乃至最後のフィルタのその次のフィルタ１０５＿２は、周波数のその次のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成され、第１のフィルタ乃至最後のフィルタの最後のフィルタ１０５＿Ｎは、周波数の最後のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成されている。周波数の第１のセット、その次のセット、および最後のセットのおのおのは、重複しない（すなわち、通過帯域が重複しない）。
【００９９】
第１の入力乃至最後の入力はそれぞれ、第１のポート（たとえば、ポート１）乃至最後のポート（たとえば、ポートＮ）を含む。第１のポート１乃至最後のポートＮはそれぞれ、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎへ動作可能に接続されており、第１のポート乃至最後のポートを介してそれぞれ入力された第１乃至最後の信号（たとえば、図１３におけるマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｎまたはマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｚ）は、結合され、共通ポート１２０を介して出力されるようになる。第１のインピーダンス変換器５０５＿１乃至最後のインピーダンス変換器５０５＿Ｎはそれぞれ、第１のポート１乃至最後のポートＮと、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎとの間に接続されている。第１のインピーダンス変換器乃至最後のインピーダンス変換器は、図１４で論じられるようなインピーダンス整合を提供するように構成されている。共通インピーダンス変換器５１０は、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎと、共通ポート１２０との間に接続され、共通インピーダンス変換器５１０は、インピーダンス整合を提供するように構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、超伝導であり、第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、超伝導材料を含む。
【０１００】
１つまたは複数の実施形態にしたがって、超伝導マイクロ波分配デバイス１０００を構成する方法が提供される。図１１〜図１４に対する参照がなされる。超伝導マイクロ波分配器および超伝導マイクロ波結合器は、同じデバイスである。しかしながら、マイクロ波分配器および結合器は、論じられたものと反対方向に動作する。特に、入力ポートおよび出力ポートは、入力および出力マイクロ波信号３０５に対して逆の順序で利用される。第１のフィルタ乃至最後のフィルタが提供される。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎはそれぞれ、第１の出力乃至最後の出力（たとえば、それぞれのポート１０に個々に接続された伝送線３０）に接続している。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎはそれぞれ、第１の通過帯域乃至最後の通過帯域（それぞれ、周波数ｆ１〜ｆＮを含む）を有し、これによって、第１の通過帯域乃至最後の通過帯域は、おのおの異なったものとなる。共通の入力（たとえば、共通ポート１２０に接続された伝送線３０）は、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎを介して、第１の出力乃至最後の出力に接続されている。
【０１０１】
第１の出力乃至最後の出力は、おのおの互いに分離され、これによって、第１の出力乃至最後の出力からの信号漏洩を回避する。第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、異なる周波数のセットで信号（たとえば、マイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｎ）を伝送するようにおのおの構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタ（たとえば、帯域通過フィルタ１０５＿１〜１０５＿Ｎ）は、おのおのパッシブであり、これによって、パッシブフィルタとして動作するための動作電力を必要とせず、電力利得を生成しない。第１のフィルタ乃至最後のフィルタの第１のフィルタ１０５＿１は、周波数の第１のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成され、第１のフィルタ乃至最後のフィルタのその次のフィルタ１０５＿２は、周波数のその次のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成され、第１のフィルタ乃至最後のフィルタの最後のフィルタ１０５＿Ｎは、周波数の最後のセットにおいてのみ信号を通過させるように構成されている。周波数の第１のセット、その次のセット、および最後のセットのおのおのは、重複しない（すなわち、通過帯域が重複しない）。第１の出力乃至最後の出力はそれぞれ、第１のポート（たとえば、ポート１）乃至最後のポート（たとえば、ポートＮ）を含む。第１のポート１乃至最後のポートＮはそれぞれ、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎへ動作可能に接続されており、第１乃至最後の信号（たとえば、図１３におけるマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｎまたはマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｚ）はそれぞれ、第１のポート乃至最後のポートを介して出力する。第１乃至最後の信号（たとえば、図１３におけるマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｎまたはマイクロ波信号３０５＿１〜３０５＿Ｚ）は、異なる周波数において、共通ポート１２０を介してともに入力される。第１のインピーダンス変換器５０５＿１乃至最後のインピーダンス変換器５０５＿Ｎはそれぞれ、第１のポート１乃至最後のポートＮと、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎとの間に接続されている。第１のインピーダンス変換器乃至最後のインピーダンス変換器は、図１４で論じられたようなインピーダンス整合を提供するように構成されている。共通インピーダンス変換器５１０は、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎと、共通ポート１２０との間に接続され、共通インピーダンス変換器５１０は、広帯域インピーダンス整合を提供するように構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタは超伝導であり、第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、超伝導材料を含む。
【０１０２】
１つまたは複数の実施形態は、超伝導システム３００を含む。第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎはそれぞれ、第１の量子システム３０５０＿１乃至最後の量子システム３０５０＿Ｎに接続するように構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタはそれぞれ、（それぞれ周波数ｆ１〜ｆＮを含む）第１の通過帯域乃至最後の通過帯域を有し、第１の通過帯域乃至最後の通過帯域はおのおの異なる。共通の出力（たとえば、共通ポート１２０に接続された伝送線３０）は、第１のフィルタ１０５＿１乃至最後のフィルタ１０５＿Ｎを介して、第１の量子システム３０５０＿１乃至最後の量子システム３０５０＿Ｎに接続されている。
【０１０３】
第１の量子システム３０５０＿１乃至最後の量子システム３０５０＿Ｎは、第１の共振周波数（たとえば、周波数ｆ１）乃至最後の共振周波数（ｆＮ）で共振するように構成されている。第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、第１の共振周波数乃至最後の共振周波数それぞれのために伝送で動作する（信号を通過／伝送する）ように構成され、これによって、第１のフィルタ乃至最後のフィルタのおのおのは、第１の共振周波数ｆ１乃至最後の共振周波数ｆＮのうちの１つ（のみ）に関連付けられる。第１のフィルタ乃至最後のフィルタは、第１の共振周波数乃至最後の共振周波数のうちの関連付けられた共振周波数を除いて、第１の共振周波数乃至最後の共振周波数のうちの他の任意の共振周波数のために反射で動作する（すなわち、遮断する）ように構成されている。言い換えれば、周波数ｆ１〜ｆＮは、量子システム３０５０＿１〜３０５０＿Ｎ共振周波数のうちの自身の共振周波数を１対１ベースで整合／重複させるように選択される。
【０１０４】
技術的効果および利点は、周波数に基づいてマイクロ波信号を分離する技術およびデバイスを含み、これによって、デバイスが、駆動または読出あるいはその両方において使用されるマイクロ波信号を減衰させることなく、多数の量子ビットの読出および駆動を多重化することを可能にする。技術的利点はさらに、電力結合器と信号分配器における異なるポート間の分離も含む。
【０１０５】
本明細書で論じられるデバイス１００および１０００を使用して、１つまたは複数の実施形態は、多数の超伝導量子ビットの初期化、計算（または操作）、および読出に必要とされる入力線および出力線の数を最小化する方法およびシステムを提供する。
【０１０６】
最新技術における超伝導量子ビットを含む多くの実験では、（すなわち、入力線と出力線とを使用して）これら量子ビットを初期化、計算（または操作）、および測定するために、量子ビット毎に少なくとも２つのマイクロ波線が希釈冷凍庫において必要とされる。しかしながら、希釈冷凍庫の制限されたスペースと、希釈冷凍庫の制限された冷却能力のために、このような線の割り当ては、５０個を超える量子ビットを含む大型量子プロセッサへスケール可能ではない。
【０１０７】
しかしながら、１つまたは複数の実施形態によれば、入力および出力技術は、１つの実施態様において最小数の入力線および出力線で５００よりも多くの量子ビットにスケール可能である。
【０１０８】
図１５、図１６、図１７、および図１８は、１つまたは複数の実施形態にしたがって、量子ビットを駆動し、量子ビットを読み出すための様々なシステムを例示する。図１５は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動と量子ビット読出（両方）のためのシステム１５００である。システム１５００は、量子ビットの読出および量子ビットパルスが、同じ入出力（Ｉ／Ｏ）線（すなわち、伝送線）を使用する場合に、反射で動作することを例示する。
【０１０９】
システム１５００は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０を含む。個々の量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎ（一般に、量子ビット１５５０と呼ばれる）と、読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎ（読出共振器１５５５）とがそれぞれ存在する。共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０では、量子ビット１５５０とそれ自身の読出共振器１５５５との１対１の関係があり、特定の量子ビット１５５０の状態は、その読出共振器１５５５を読み取ることによって読出／推定されるようになる。したがって、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０は、当業者に理解されるように、それぞれの（個々にアドレス指定可能な）読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎに接続された、個々にアドレス可能な量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎのアレイを含む。共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０における各読出共振器１５５５は、各読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎに対して異なるようにあらかじめ定義されている、自身の読出共振周波数で共振するように設計されている。同様に、個々の量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎはおのおの、１つの実施態様において、各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎについて異なるようにあらかじめ定義された（量子ビットを駆動するための）自身の量子ビット周波数を有するように設計され得る。別の実施態様では、量子ビット周波数は異なっている必要はなく、いくつかが異なっていてもよく、いくつかが同じであってもよい。当業者であれば、キャビティが読出共振器として機能し、キャビティがそれ自身の読出共振周波数で共振することを認識している。たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０は、図１２で論じられたキャビティ−量子ビットシステム３０５０＿１乃至３０５０＿Ｎのアレイであってもよい。
【０１１０】
共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０は、図１５に２つ以上の超伝導マイクロ波スイッチ／ルータが例示されているので、１００＿１として指定されている超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００に接続されている。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に接続する１−Ｎ量子スイッチ／ルータ（１−Ｎ量子スイッチ／ルータ）である。本明細書で論じられるように、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１は、双方向的である。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１は、伝送線３０を介して共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０のポートに接続するポートを用いて構成されている。共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０の各ポートは、個々に各共振器−量子ビットシステムと通信することができるように、個々にアドレス指定可能であるか、または、個々の共振器−量子ビットシステムへ接続されるか、あるいはその両方である。たとえば、１つの共振器−量子ビットシステムは、その読出共振器１５５５＿１に接続された量子ビット１５５０＿１である。別の共振器−量子ビットシステムは、読出共振器１５５５＿２に接続された量子ビット１５５０＿２から、読出共振器１５５５＿Ｎに接続された量子ビット１５５０＿Ｎを含む最後の共振器−量子ビットシステムまでである。
【０１１１】
この例では、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０のポートに接続された整合する数のポートを有し、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１のＮ個のポートは、伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎを介して共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０のＮ個のポートへ接続されている。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の第１のポートと、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０とが、伝送線３０＿１を介して接続され、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の最後のポートと、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０とが、伝送線３０＿Ｎを介して接続されている。
【０１１２】
システム１５００は、一端に１−Ｎ超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の単一のポートに接続された広帯域低損失サーキュレータ１５０５を含む。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１は、一端に１つのポートを有し、他端にＮ個のポートを有し、いずれの端部も入力および出力として機能することができる。１つのポートは、本明細書において図１〜図９で論じられるように、関連付けられた同調可能フィルタ２０を介して１〜Ｎまでのポートへ信号を導くように構成されている。１−Ｎ超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１内のＮ個のポートのおのおのは、合計Ｎ個の同調可能フィルタ２０、すなわち伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎ毎に１つの、関連付けられた同調可能フィルタ２０を有する。広帯域低損失サーキュレータ１５０５は、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の一方のポートに接続され、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の１〜Ｎまでのポートは、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０の他端に接続されている。広帯域低損失サーキュレータ１５０５は、超伝導材料製であり得る。広帯域低損失サーキュレータ１５０５は、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１の１〜Ｎまでのポート内の同調可能フィルタ２０のおのおのにカバーされる周波数をカバー／指向するように構成されているので、広帯域である。
【０１１３】
図１５では、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿２は、本明細書で論じられるように、２つの同調可能フィルタ２０を介して他の２つのポートへ接続された／接続可能な１つのポートを有するので、システム１５００は、１から２までの超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿２（量子スイッチ）として指定された別の超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００を含む。広帯域低損失サーキュレータ１５０５は、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿２の１ポートに接続され、超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿２の他の２ポートは、個々に低温負荷／ダンプ１５１０および広帯域量子制限指向性増幅器３５０に接続されている。広帯域量子制限指向性増幅器３５０は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内のそれぞれの量子ビットの量子情報を含む反射された読出信号を増幅する。低温負荷／ダンプ１５１０は、出射した量子ビット駆動／パルスが印加される５０オーム（Ω）環境であり、量子ビットパルスは、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の所望の量子ビットを駆動するために利用される量子ビット駆動パルスである。超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００＿１および１００＿２は、システム１５００内の２つの個別の超伝導マイクロ波スイッチ／ルータを表し、それらの詳細は、図１０〜図１４で論じられた超伝導マイクロ波スイッチ／ルータ１００において見出され得る。
【０１１４】
ここで、上述したマイクロ波信号３０５のように、時間多重化されたマイクロ波信号で量子ビットを駆動することによって量子ビットを駆動する量子ビットパルスの例が論じられる。共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０は、自身の読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎに個々に接続された量子ビット１５５０＿１乃至量子ビット１５５０＿Ｎを含み、量子ビット１５５０＿１は、その読出共振器１５５５＿１に（たとえば、容量的または誘導的に）接続され、量子ビット１５５０＿２は、その読出共振器１５５５＿２に接続され、その読出共振器１５５５＿Ｎに接続された量子ビット１５５０＿Ｎで終わる。伝送線３０＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿１および読出共振器１５５５＿１に接続している。伝送線３０＿２は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿２および読出共振器１５５５＿２に接続している。同様に、伝送線３０＿Ｎは、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿Ｎおよび読出共振器１５５５＿Ｎに接続する。
【０１１５】
各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎが、自身の量子ビット周波数を有することができる（すなわち、各量子ビット周波数が異なる）１つの実施態様では、各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎが、個々に駆動され得る。別の実施態様では、オペレータ（またはコントローラ）は、時分割多重化駆動を使用して、異なる量子ビットを駆動することができるので、量子ビット周波数の一部は同じであり、一部は同じではないことがあり、各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎは、個々に駆動され得る。１−Ｎ量子スイッチ１００＿１を制御することによって、オペレータ（コントローラ）は、（異なる時間に送られる）各駆動パルスまたは読出パルスを、対応する量子ビット読出システムに整合させることができる。以下の議論は、（たとえば、時間ｔ１において量子ビット１５５０＿１を駆動するために）量子ビット周波数における第１のマイクロ波信号についてであるが、量子ビット１５５０＿２乃至１５５０＿Ｎを駆動するために、それぞれの量子ビット周波数において、類推によって、マイクロ波信号に適合する。入力ＩＮ１において、所望の量子ビット１５５０を駆動するために、マイクロ波信号は、時分割多重化を使用して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に伝送される。たとえば、量子ビット１５５０＿１を駆動する量子ビット周波数における第１のマイクロ波信号は、伝送線３０＿１で時刻ｔ１において伝送され、量子ビット１５５０＿２を駆動する量子ビット周波数における第２のマイクロ波信号は、伝送線３０＿１で時刻ｔ２において伝送され、最後に、量子ビット１５５０＿Ｎを駆動する量子ビット周波数における最後のマイクロ波信号は、伝送線３０＿Ｎで時刻ｔＮにおいて伝送される。１つの実施態様では、マイクロ波信号を伝送する時間は、時間ｔ１＜ｔ２＜ｔＮの関係を有することができる。別の実施態様では、時間は、操作に応じて異なる時間順であることができる。時間順に関わらず、所与の各時間において、ただ１つの量子ビット読出システムが、図１５においてアクセスまたはアドレスされるという考えがある。
【０１１６】
量子ビット１５５０＿１を駆動する量子ビット周波数における第１のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、第１のマイクロ波信号を１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１に導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、第１のマイクロ波信号を、伝送線３０＿１を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿１に経路付けるように（同調可能フィルタ２０を介して）構成されている。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の各同調可能フィルタ２０は、実行された動作にしたがって第１乃至最後のマイクロ波信号のうちの特定のマイクロ波信号を、量子ビット１５５０のそれぞれの量子ビットに経路付けるように、事前に、または、その場で構成され、各マイクロ波信号は、整合する量子ビット周波数を有する対応する量子ビット１５５０に経路付けられる。したがって、それぞれの伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎに接続された同調可能フィルタ２０が存在し、量子ビット周波数が、意図された量子ビット１５５０に接続された同調可能フィルタ２０の伝送を満たすので、１つの同調可能フィルタ２０が、意図された（１つの）量子ビット１５５０へ、意図されたマイクロ波信号を経路付けるように構成されている。各伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎは、それぞれの同調可能フィルタ２０に接続されている。量子ビット１５５０＿１の量子ビット周波数におけるマイクロ波信号が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって伝送線３０＿１上で量子ビット１５５０＿１へ経路付けられているので、量子ビット１５５０＿１は、量子ビット１５５０＿１の量子ビット周波数において、第１のマイクロ波信号によって状態に駆動される。
【０１１７】
同様に、入力ＩＮ１では、量子ビット１５５０＿２を駆動するために、量子ビット１５５０＿２と整合する量子ビット周波数において第２のマイクロ波信号が、時間ｔ２において広帯域サーキュレータ／方向性結合器（wideband circulator/direction coupler）１５０５に伝送される。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５はその後、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ第２のマイクロ波信号を導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿２に、（量子ビット１５５０＿２の量子ビット周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して、第２のマイクロ波信号を経路付ける。量子ビット１５５０＿２の量子ビット周波数におけるマイクロ波信号が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって伝送線３０＿２で量子ビット１５５０＿２に経路付けられているので、量子ビット１５５０＿２は、量子ビット１５５０＿２について整合する量子ビット周波数において、第２のマイクロ波信号によって状態に駆動される。上述したように、時間ｔ２は、（処理の動作シーケンスに依存して）ｔ１前またはｔ１後、または、ｔＮ前またはｔＮ後、あるいはその両方であり得る。
【０１１８】
同様に、入力ＩＮ１で量子ビット１５５０＿Ｎを駆動するために、量子ビット１５５０＿Ｎに整合する量子ビット周波数における最後のマイクロ波信号が、時間ｔＮにおいて、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、最後のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿Ｎに（量子ビット１５５０＿Ｎに整合する量子ビット周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して最後のマイクロ波信号を経路付ける。量子ビット１５５０＿Ｎの量子ビット周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿Ｎ上で、量子ビット１５５０＿Ｎへ経路付けられているので、量子ビット１５５０＿Ｎは、量子ビット１５５０＿Ｎの量子ビット周波数において、最後のマイクロ波信号によって、状態へ駆動される。この時間多重化処理は、図１５〜図１８において、量子ビットを駆動するために利用され得る。
【０１１９】
上述したように、個々の各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎは、異なる時間ｔ１、ｔ２、．．．ｔＮにおいて、それぞれの第１乃至最後のマイクロ波信号によって、所望の量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎによって駆動され得る。量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎのおのおのは、タイミングスキームにしたがって一度に１つずつ駆動される。オペレータ（またはコントローラ）が、隣接する量子ビット間のゲート動作（交差−共振ゲート）を実行するとき、オペレータ（またはコントローラ）は、（自身の周波数ではなく）その近隣のうちの１つの周波数で、量子ビットパルスをある量子ビットに送ることができ、それは、１つの実施態様において生じ得ることに留意されたい。各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎが駆動された後、反射されたマイクロ波信号が存在する。量子ビット１５５０＿１のための例示的なケースが与えられているが、量子ビット１５５０＿２乃至１５５０＿Ｎへ類推によって適合する。量子ビット１５５０＿１を駆動した後、量子ビット１５５０＿１について量子ビット周波数において第１のマイクロ波信号が反射され、伝送線３０＿１上で、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の接続された同調可能フィルタ２０へ戻される。伝送線３０＿１に接続された同調可能フィルタ２０は、量子ビット１５５０＿１の第１のマイクロ波信号を通過させるように構成されているので、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１が、反射された第１のマイクロ波信号を（単一のポートを介して）広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５へ出力する。サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、反射した（出射した）第１のマイクロ波信号を（矢印にしたがって）１−２量子スイッチ１００＿２に導く。量子スイッチ１００＿２は、その同調可能フィルタ２０を使用することによって、反射された第１のマイクロ波信号を低温負荷／ダンプ１５１０に出力するように構成されている。量子スイッチ１００＿２は、低温負荷／ダンプ１５１０への（上述したような）駆動パルスである、反射されたマイクロ波信号を通過させるために接続された１つと、（以下にさらに論じられる）広帯域量子制限増幅器３５０への読出パルスである、反射されたマイクロ波信号を通過させるために接続された１つとの２つの同調可能フィルタ２０を有する。本明細書で論じられるように、同調可能フィルタ２０は、それぞれの磁束線７３０を介して所望の周波数を通過または拒絶するように調整され得る。
【０１２０】
ここで、議論は、量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎを、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内のそれぞれの読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎを読み取ることによって、個々にどのように読み出すかについて向けられる。量子ビットの量子情報（状態）を得るために読出共振器を読み出すことによって量子ビットを読み出すことは、当業者に理解され、反射モードでの読出のためのシステム１５００において１つまたは複数の実施形態が論じられる。
【０１２１】
各読出共振器１５５５＿１乃至読出共振器１５５５＿Ｎは、１つの実施態様において、各読出共振器周波数が、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０Ｎにおいて互いに異なるように、自身の読出共振器周波数を有することができる。別の実施態様では、１−Ｎ量子スイッチ１００＿１は、読出パルスのマイクロ波信号が導かれている場所に導くように構成されているので、読出共振器周波数は、異なっている必要はなく、それらのいくつかが異なり、いくつかが同じであってよい。以下の考察は、（たとえば、時間ｔ１’において読出共振器１５５５＿１を読み出すための）読出周波数における第１のマイクロ波信号についてのものであるが、類推によって、読出共振器１５５５＿２乃至１５５５＿Ｎを読み出すために、読出共振器周波数におけるマイクロ波信号に適合する。入力ＩＮ１において、所望の読出共振器１５５５を駆動するために、マイクロ波信号が、時分割多重化を使用して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に伝送される。たとえば、読出共振器１５５５＿１を読み出すための読出共振器周波数における第１のマイクロ波信号は、伝送線３０＿１上で時刻ｔ１’において伝送され、読出共振器１５５５＿２を読み出すための読出共振器周波数における第２のマイクロ波信号は、伝送線３０＿１上で時刻ｔ２’において伝送され、最後に、読出共振器１５５５＿Ｎを読み出すための読出共振器周波数における最後のマイクロ波信号は、伝送線３０＿Ｎ上で時刻ｔＮ’において伝送される。タイミングは、実行される操作またはアプリケーションに依存してコントローラによって決定され、時間は等しくない。
【０１２２】
時間ｔ１’において、読出共振器１５５５＿１を読み出す（すなわち、共振する）ための読出周波数における第１のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５へ伝送される。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、第１のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、第１のマイクロ波信号を、伝送線３０＿１を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０の読出共振器１５５５＿１に経路付けるように（同調可能フィルタ２０を介して）構成されている。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の各同調可能フィルタ２０は、第１乃至最後のマイクロ波信号のうちの特定のマイクロ波信号を、読出共振器１５５５のそれぞれの読出共振器に経路付けるように（コントローラによって事前に、またはその場で、あるいはその両方で）構成され得、これによって、各マイクロ波信号は、対応する読出共振器１５５５に経路付けられるようになる。したがって、信号周波数は、意図された読出共振器１５５５へ接続された同調可能フィルタ２０の伝送を満足するので、その意図された（１つの）読出共振器１５５５へ、（同様に、量子ビット信号周波数は、意図された量子ビット１５５０へ接続された同じ同調可能フィルタ２０の伝送を満足するので、意図された量子ビット１５５０へ、）意図されたマイクロ波信号を経路付けるように、１つの同調可能フィルタ２０が構成されるように、それぞれの伝送路３０＿１乃至３０＿Ｎへ接続された同調可能フィルタ２０が存在する。各伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎは、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内のそれぞれの同調可能フィルタ２０に接続されている。量子ビット１５５０＿１に送られたマイクロ波信号周波数が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿１上で量子ビット１５５０＿１に経路付けられているので、量子ビット１５５０＿１に送られた第１のマイクロ波信号によって、量子ビット１５５０＿１が状態へ駆動されるように、読出共振器１５５５＿１の読出共振器周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿１上で読出共振器１５５５＿１に経路付けられているので、読出共振器１５５５＿１は、読出共振器１５５５＿１に送られた第１のマイクロ波信号によって読み取られる。言い換えれば、伝送線３０＿１に接続された同調可能フィルタ２０は、量子ビット１５５０＿１のための量子ビット駆動パルスと、読出共振器１５５５＿１のための読出パルスとの両方を伝送するように同調され得、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１における他のすべての同調可能フィルタ２０は、これらの周波数を拒絶する。
【０１２３】
同様に、入力ＩＮ１において、読出共振器１５５５＿２を読み出すために、読出共振器周波数における第２のマイクロ波信号が時間ｔ２’において広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５はその後、第２のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、同調可能フィルタ２０を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０における読出共振器１５５５＿２に、第２のマイクロ波信号を経路付ける（読出共振器１５５５＿２を読み出すための信号周波数を通過させるように構成される）。読出共振器１５５５＿２の読出共振器周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって伝送線３０＿２上で読出共振器１５５５＿２へ経路付けられているので、読出共振器１５５５＿２は、読出共振器１５５５＿２の読出共振器周波数において第２のマイクロ波信号によって読み取られる。量子ビット１５５０＿２に送られたマイクロ波信号周波数が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿２上で量子ビット１５５０＿２に経路付けられたので、量子ビット１５５０＿２に送られた第１のマイクロ波信号によって、量子ビット１５５０＿２が状態へ駆動されるように、読出共振器１５５５＿２の読出共振器周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって伝送線３０＿２上で読出共振器１５５５＿２に経路付けられているので、読出共振器１５５５＿２は、読出共振器１５５５＿２に送られた第１のマイクロ波信号によって読み取られる（すなわち、共振させられる）。言い換えれば、伝送線３０＿２に接続された同調可能フィルタ２０は、量子ビット１５５０＿２のための量子ビット駆動パルスと、読出共振器１５５５＿２のための読出パルスとの両方を伝送するように同調可能であり、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１における他のすべての同調可能フィルタ２０は、これらの周波数を拒絶する。
【０１２４】
同様に、入力ＩＮ１において、読出共振器１５５５＿Ｎを読み出すために、読出共振器周波数における最後のマイクロ波信号が時間ｔＮ’において、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５はその後、最後のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、同調可能フィルタ２０を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の読出共振器１５５５＿Ｎに、最後のマイクロ波信号を経路付ける（読出共振器１５５５＿Ｎを読み取るための信号周波数を通過させるように構成される）。読出共振器１５５５＿Ｎのための読出共振器周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿Ｎ上で読出共振器１５５５＿Ｎへ経路付けられているので、読出共振器１５５５＿Ｎは、読出共振器１５５５＿Ｎのための読出周波数において最後のマイクロ波信号によって読み取られる。量子ビット１５５０＿Ｎに送られたマイクロ波信号周波数が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって、伝送線３０＿Ｎ上で量子ビット１５５０＿Ｎに経路付けられているので、量子ビット１５５０＿Ｎに送られた第１のマイクロ波信号によって、量子ビット１５５０＿Ｎが状態へ駆動されるように、読出共振器１５５５＿Ｎのための読出共振器周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって伝送線３０＿Ｎ上で読出共振器１５５５＿Ｎに経路付けられているので、読出共振器１５５５＿Ｎは、読出共振器１５５５＿Ｎに送られた第１のマイクロ波信号によって読み取られる。言い換えれば、伝送線３０＿Ｎに接続された同調可能フィルタ２０は、量子ビット１５５０＿Ｎのための量子ビット駆動パルスと、読出共振器１５５５＿Ｎのための読出パルスとの両方を伝送するように同調可能であり、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１における他のすべての同調可能フィルタ２０は、これらの周波数を拒絶する。
【０１２５】
上述したように、個々の各読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎは、異なる時間ｔ１’、ｔ２’、．．．ｔＮ’において、所望の読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎに送られた第１乃至最後のそれぞれのマイクロ波信号によって読み取ることができる。読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎのおのおのは、タイミングスキームにしたがって、一度に１つずつ読み出される。各読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎが読み出された（すなわち、共振させられた）後、反射されたマイクロ波信号が存在する。読出共振器１５５５＿１についての例示的なケースが与えられているが、類推によって、読出共振器１５５５＿２乃至１５５５＿Ｎに適合する。読出共振器１５５５＿１を読んだ後、読出共振器１５５５＿１の読出共振器周波数において、第１のマイクロ波信号が、伝送線３０＿１において反射され、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の接続された同調可能フィルタ２０に戻される。伝送線３０＿１に接続された同調可能フィルタ２０は、読出共振器１５５５＿１の読出共振器周波数において第１のマイクロ波信号を通過させるように構成されているので、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、反射された第１のマイクロ波信号を、（単一のポートを介して）広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５へ出力する。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、反射した（出射した）第１のマイクロ波信号を、１−２量子スイッチ１００＿２まで導く。量子スイッチ１００＿２は、広帯域量子制限増幅器３５０に出力するポートに接続された同調可能フィルタ２０を通過することにより、反射された第１のマイクロ波信号を広帯域量子制限増幅器３５０に出力するように構成されている。上述したように、量子スイッチ１００＿２は、駆動パルスである反射されたマイクロ波信号を通過させるように接続された１つと、読出パルスである反射されたマイクロ波信号を通過させるように接続された１つとの、２つの同調可能フィルタ２０を有する。
【０１２６】
１−２量子スイッチ１００＿２および低温負荷／ダンプ１５１０はオプションであり、点線で図示されている。１つの実施形態では、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５は、広帯域量子制限増幅器３５０に直接接続され、１−２量子スイッチ１００＿２および低温負荷／ダンプ１５１０は存在しない。この場合、広帯域量子制限増幅器３５０へのポンプ駆動は、読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎのいずれかからの反射されたマイクロ波信号（すなわち、反射された読出パルス）が、サーキュレータ１５０５から広帯域量子制限増幅器３５０に入る場合にオンされ、これによって、読出共振器１５５５からの反射されたマイクロ波信号（すなわち、反射された読出パルス）が増幅される。広帯域量子制限増幅器３５０へのポンプ駆動は、量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎのいずれかから反射されたマイクロ波信号（すなわち、反射された駆動／量子ビットパルス）が、サーキュレータ１５０５から広帯域量子制限増幅器３５０に入る場合にオフにされ、量子ビット１５５０から反射されたマイクロ波信号（反射された駆動／量子ビットパルス）は増幅されない。タイミングスキームは、読出共振器１５５５からの反射されたマイクロ波信号（すなわち、反射された読出パルス）を増幅するために、広帯域量子制限増幅器３５０へのポンプをオンし、（反射された駆動／量子ビットパルスが）存在する場合に、ポンプをオフするために、コントローラによってあらかじめ決定または動的に決定される。コントローラは、本明細書で論じられる実施形態にしたがって、コンピュータ実行可能命令を有するメモリと、コンピュータ実行可能命令を実行するように構成された１つまたは複数のプロセッサとを含み得る。
【０１２７】
図１５では、図１５における超伝導量子スイッチ／ルータの特性は、＞−０.０４ｄＢであるほぼ一様な伝送、−２０ｄＢ未満の反射、および＞２０ｄＢである大きなオン／オフ比を有することができる。システム１５００の設計において、超伝導量子スイッチ／ルータは無損失であり、高速スイッチング（〜ｎｓ）であり、３つ以上のポートにスケール可能であり、交差−共振マイクロ波パルスをサポートするために＞−８０ｄＢｍの大きなダイナミックレンジを有し、広帯域（共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０で利用される量子ビットおよび読出周波数をカバーする）を有する。
【０１２８】
図１６は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出（両方）のためのシステム１６００である。システム１６００は、量子ビットの読出および量子ビットパルスが異なる入出力（Ｉ／Ｏ）線（すなわち、伝送線）を使用する反射で動作することを例示する。この場合、入力ＩＮ１は、読出共振器１５５５を読み出すために利用され、一方入力ＩＮ２は、量子ビット１５５０を駆動するために使用される。システム１６００は、システム１６００が図１５における１−２量子スイッチを含まないことを除いて、システム１５００と同じ要素を含む。システム１６００は、１５０５＿１および１５０５＿２として指定される２つの広帯域サーキュレータ／方向性結合器を含み、１００＿１および１００＿２として指定される２つの１−Ｎ量子スイッチルータを含み、入力ＩＮ１および入力ＩＮ２として指定される２つの入力線を含む。
【０１２９】
理解を容易にするために、限定することなく、システム１６００内の特定の特徴は、読出側および量子ビット制御／駆動側に関して論じられる。読出側では、入力ＩＮ１は、ポートを介して広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に接続し、別のポートを介して、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、読出共振器１５５５を読み出すために利用される１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１に接続している。読出のために利用される１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、上述したように伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎを介して共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に接続している。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎからの読出パルスを反射する場合、広帯域量子制限増幅器３５０に接続している。
【０１３０】
量子ビット制御／駆動側では、入力ＩＮ２が、１つのポートを介して、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２に接続し、別のポートを介して、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２が、量子ビット１５５０を駆動／制御するために利用される１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２に接続している。量子ビット駆動／制御のために利用される１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、上述したように伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎを介して共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に接続している。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２は、駆動パルスを反射する場合、低温／負荷ダンプ１５１０に接続している。
【０１３１】
量子ビット１５５０の駆動および読出共振器１５５５の読出は、２つの個別の給電線（伝送線）が、読出パルスを入力する入力ＩＮ１のために、量子ビット／駆動パルスを入力する入力ＩＮ２のために利用される点を除いて、図１５におけるシステム１５００に類似している。図１６のシステム１６００では、以下の議論は、（たとえば、時間ｔ１において量子ビット１５５０＿１を駆動するために）量子ビット１５５０＿１に印加される第１のマイクロ波信号に関するものであるが、類推によって、量子ビット１５５０＿２乃至１５５０＿Ｎを駆動するために、量子ビット信号周波数において、マイクロ波信号に適合する。入力ＩＮ２において、所望の量子ビット１５５０を駆動するために、マイクロ波信号が、時分割多重化を使用して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に伝送される。たとえば、量子ビット１５５０＿１を駆動する第１のマイクロ波信号が、伝送線３０＿１上で時刻ｔ１において伝送され、量子ビット１５５０＿２を駆動する第２のマイクロ波信号が、伝送線３０＿１上で時刻ｔ２において伝送され、最後に、量子ビット１５５０＿Ｎを駆動する最後のマイクロ波信号が、伝送線３０＿Ｎ上で時刻ｔＮにおいて伝送される。
【０１３２】
図１６では、量子ビット１５５０＿１を駆動する第１のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ１５０５＿２に伝送され、広帯域サーキュレータ１５０５＿２は、第１のマイクロ波信号を１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２に導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、第１のマイクロ波信号を、量子ビット制御／駆動側の伝送線３０＿１を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０における量子ビット１５５０＿１に（同調可能フィルタ２０を介して）経路付けるように構成されている。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の各同調可能フィルタ２０は、その量子ビット信号周波数にしたがって、第１乃至最後のマイクロ波信号のうちの特定のマイクロ波信号を、量子ビット１５５０のうちのそれぞれの量子ビットへ経路付けるように構成され（たとえば、コントローラによって事前に、または、その場で、あるいはその両方であらかじめ定められ）、各マイクロ波信号が、対応する量子ビット１５５０へ経路付けられる。したがって、量子ビット制御／駆動側のそれぞれの伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎに接続された同調可能フィルタ２０があり、量子ビット信号周波数が、意図された量子ビット１５５０に接続された同調可能フィルタ２０の伝送を満足するので、同調可能フィルタ２０は、意図されたマイクロ波信号を、その意図された量子ビット１５５０へ経路付けるように構成されている。各伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎは、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２のそれぞれの同調可能フィルタ２０に接続されている。量子ビット１５５０＿１のマイクロ波信号が（量子ビット駆動側の）伝送線３０＿１上で、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２によって、量子ビット１５５０＿１へ経路付けられているので、量子ビット１５５０＿１は、量子ビット１５５０＿１へ送られた第１のマイクロ波信号によって状態へ駆動される。
【０１３３】
同様に、入力ＩＮ２において、量子ビット１５５０＿２を駆動するために、量子ビット１５５０＿２に送られた第２のマイクロ波信号は、時間ｔ２において広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２に伝送される。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２はその後、第２のマイクロ波信号を１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２へ導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、第２のマイクロ波信号を、（量子ビット１５５０＿２の量子ビット信号周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿２に経路付ける。量子ビット１５５０＿２へ送られたマイクロ波信号が、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２によって、量子ビット駆動側における伝送線３０＿２上で、量子ビット１５５０＿２へ経路付けられているので、量子ビット１５５０＿２は、量子ビット１５５０＿２のために第２のマイクロ波信号によって状態へ駆動される。
【０１３４】
同様に、入力ＩＮ２において、量子ビット１５５０＿Ｎを駆動するために、量子ビット１５５０＿Ｎに送られた最後のマイクロ波信号は、時間ｔＮにおいて広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２は、その後、最後のマイクロ波信号を１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２へ導き、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、最後のマイクロ波信号を、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿Ｎへ、（量子ビット１５５０＿Ｎの量子ビット信号周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して経路付ける。量子ビット１５５０＿Ｎに送られたマイクロ波信号は、量子ビット駆動側の伝送線３０＿Ｎ上で、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２によって量子ビット１５５０＿Ｎに経路付けられているので、量子ビット１５５０＿Ｎは、量子ビット１５５０＿Ｎの最後のマイクロ波信号による状態に駆動される。
【０１３５】
上述したように、個々の各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎは、異なる時刻ｔ１、ｔ２、．．．ｔＮにおいて、所望の量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎへ送られたそれぞれの第１乃至最後のマイクロ波信号によって、量子ビット駆動側における入力ＩＮ２において駆動される（入力ＩＮ１が図１５において利用されていることに注目されたい）。量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎのおのおのは、タイミングスキームにしたがって一度に１つずつ駆動される。各量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎが駆動された後、反射されたマイクロ波信号が存在する。上述したように、量子ビット１５５０＿１についての例示的なケースが与えられているが、類推によって、量子ビット１５５０＿２乃至１５５０＿Ｎに適合する。量子ビット１５５０＿１を駆動した後、量子ビット１５５０＿１に送られた第１のマイクロ波信号は、伝送線３０＿１（量子ビット駆動／制御側）上で、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２内の接続された同調可能フィルタ２０へ反射により戻される。伝送線３０＿１（量子ビット駆動側）に接続された同調可能フィルタ２０が、量子ビット１５５０＿１の第１のマイクロ波信号の周波数を通過させるように構成されているので、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、反射された第１のマイクロ波信号を（単一のポートを介して）広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２に出力する。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２は、反射された（出射した）第１のマイクロ波信号を、低温負荷／ダンプ１５１０に導く。しかしながら、図１５とは対照的に、図１６は、個別の入力ＩＮ１およびＩＮ２を有しているので、１−２量子スイッチを利用しない。本明細書で論じられるように、同調可能フィルタ２０は、それぞれの磁束線７３０を介して所望の周波数を通過または拒絶するように調整され得る。
【０１３６】
ここで、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内のそれぞれの読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎを読み取ることによって、議論は、量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎを個々に読み出すことに向けられる。これは、読出側において入力ＩＮ１を使用することによって達成される。
【０１３７】
以下の議論は、（たとえば、時間ｔ１’において読出共振器１５５５＿１を読み出すための）読出周波数における第１のマイクロ波信号に関するものであるが、類推によって、読出共振器１５５５＿２乃至１５５５＿Ｎを読み出すために読出共振器周波数におけるマイクロ波信号に適合する。入力ＩＮ１において、所望の読出共振器１５５５を駆動するために、マイクロ波信号は、時分割多重化を使用して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に伝送される。たとえば、読出共振器１５５５＿１を読み出すための読出周波数における第１のマイクロ波信号が、読出側の伝送線３０＿１において時刻ｔ１’において伝送され、読出共振器１５５５＿２を読み出すための読出周波数における第２のマイクロ波信号が、読出側の伝送線３０＿１において時刻ｔ２’において伝送され、最後は、読出共振器１５５５＿Ｎを読み出すための読出周波数における最後のマイクロ波信号であり、これは、読出側の伝送線３０＿Ｎにおいて時刻ｔＮ’において伝送される。
【０１３８】
時刻ｔ１’において、読出共振器１５５５＿１を読み取るための読出周波数における第１のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ１５０５＿１に伝送され、広帯域サーキュレータ１５０５＿１は、第１のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１へ導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、第１のマイクロ波信号を、読出側の伝送線３０＿１を介して、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の読出共振器１５５５＿１に（同調可能フィルタ２０を介して）経路付けるように構成されている。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の各同調可能フィルタ２０は、読出周波数にしたがって、第１乃至最後のマイクロ波信号のうちの特定のマイクロ波信号を、読出共振器１５５５のそれぞれの読出共振器へ経路付けるように構成され（たとえば、コントローラによって、事前に、または、その場で、あるいはその両方であらかじめ決定され）、各マイクロ波信号は、その対応する読出共振器１５５５へ経路付けられる。したがって、読出側のそれぞれの伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎに接続された同調可能フィルタ２０が存在し、１つの同調可能フィルタ２０は、意図された（１つの）読出共振器１５５５へ、意図されたマイクロ波信号を経路付けるように構成されている。なぜなら、読出周波数は、意図された読出共振器１５５５に接続された同調可能フィルタ２０の伝送を満足するからである。図１６では、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内のこの１つの同調可能フィルタ２０は、共振器１５５５＿１の読出周波数において、第１のマイクロ波信号を通過させる必要があるが、読出共振器１５５５＿１に接続された意図された量子ビット１５５０＿１に整合する量子ビット周波数を有する任意のマイクロ波信号を通過させるように構成される必要はない。読出側における各伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎは、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内のそれぞれの同調可能フィルタ２０に接続されている。
【０１３９】
同様に、読出側における入力ＩＮ１において、読出共振器１５５５＿２を読み出すために、読出共振器１５５５＿２の読出周波数における第２のマイクロ波信号が、時間ｔ２’において、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、第２のマイクロ波信号を１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１に導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、（読出共振器１５５５＿２の読出周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して、第２のマイクロ波信号を、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の読出共振器１５５５＿２に経路付ける。読出共振器１５５５＿２の読出周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって読出側の伝送線３０＿２上で、読出共振器１５５５＿２へ経路付けられているので、読出共振器１５５５＿２は、読出共振器１５５５＿２の読出周波数において第２のマイクロ波信号によって読み取られる。
【０１４０】
同様に、読出側の入力ＩＮ１では、読出共振器１５５５＿Ｎを読み出すために、読出共振器１５５５＿Ｎの読出周波数における最後のマイクロ波信号が、時間ｔＮ’において広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に伝送され、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、最後のマイクロ波信号を、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１に導く。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の読出共振器１５５５＿Ｎに（読出共振器１５５５＿Ｎの量子ビット周波数を通過させるように構成された）同調可能フィルタ２０を介して最後のマイクロ波信号を経路付ける。読出共振器１５５５＿Ｎの読出周波数におけるマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１によって読出側の伝送線３０＿Ｎ上で読出共振器１５５５＿Ｎへ経路付けられているので、読出共振器１５５５＿Ｎは、読出共振器１５５５＿Ｎのための読出周波数において、最後のマイクロ波信号によって読み取られる。
【０１４１】
上述したように、個々の各読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎは、異なる時間ｔ１’、ｔ２’、．．．ｔＮ’において、所望の読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎに整合する読出周波数を有するそれぞれの第１乃至最後のマイクロ波信号によって読み取られ得る。読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎのおのおのは、タイミングスキームにしたがって一度に１つずつ読み出される。各読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎが読み出された（すなわち、共振させられた）後、反射されたマイクロ波信号が存在する。読出共振器１５５５＿１についての例示的なケースが与えられているが、類推によって、読出共振器１５５５＿２乃至１５５５＿Ｎに適合する。読出共振器１５５５＿１を読み取った後、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０の読出共振器１５５５＿１の読出周波数における第１のマイクロ波信号は、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１内の接続された同調可能フィルタ２０へ、（読出側における）伝送線３０＿１において反射され、戻される。（読出側における）伝送線３０＿１に接続された同調可能フィルタ２０は、読出共振器１５５５＿１の読出周波数において第１のマイクロ波信号を通過させるように構成されている（たとえば、コントローラによって事前に、または、その場で、あるいはその両方であらかじめ決定されている）ので、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、（単一のポートを介して）反射された第１のマイクロ波信号を広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に出力する。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、反射した（出射した）第１のマイクロ波信号を、広帯域量子制限増幅器３５０まで導く。上述したように、１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、反射されたマイクロ波信号（すなわち、それぞれの読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎからの反射された読出パルス）を、増幅のために広帯域量子制限増幅器３５０に導く。
【０１４２】
同様に、（それぞれの量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎから量子ビット駆動側の伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎに反射された駆動バルスである）反射されたマイクロ波信号のおのおのは、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０から１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２へ伝送される。１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２は、反射された駆動パルスのマイクロ波信号を、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２へ伝送する。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿２はその後、反射された駆動パルスのマイクロ波信号を、低温／負荷ダンプ１５１０へ導く。
【０１４３】
システム１５００に対する図１６におけるシステム１６００の技術的利点は、以下を含むことができる。１）読出側の１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１は、量子ビット制御側の１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿２とは異なるように設計され得る。２）出射した読出パルスと量子ビットパルスを、異なる経路に経路付ける必要はなく、広帯域量子制限増幅器に印加されたポンプをパルスする必要はない。（システム１５００とは対照的に）システム１６００を使用することのトレードオフは、入力線の数の２倍（２×）、サーキュレータの数の２倍（２×）、および１−Ｎ量子スイッチ／ルータの数の２倍（２×）である。
【０１４４】
図１７は、１つまたは複数の実施形態したがう量子ビット駆動および量子ビット読出（両方）のためのシステム１７００である。システム１７００は、読出パルスを用いた（量子ビットを読み取るための）読出共振器の読出と、量子ビットパルスを用いた量子ビットの駆動／制御とが、異なる入出力（Ｉ／Ｏ）線（すなわち、伝送線）を使用する、反射で動作することを例示している。
【０１４５】
共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０内の量子ビット１５５０＿１乃至１５５０＿Ｎをそれぞれ駆動する量子ビット駆動パルスとしてマイクロ波信号を入力する動作が、図１６において論じられ、図１７に適合する。同様に、低温／負荷ダンプ１５１０に伝送されている反射された量子ビット駆動パルスのマイクロ波信号の処理が、図１６において論じられ、図１７に適合する。
【０１４６】
読出側では、図１７におけるシステム１７００の信号分配器（結合器）１０００＿１は、図１６における１−Ｎ量子スイッチ／ルータ１００＿１に置き換えられる。システム１７００では、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出周波数における第１乃至最後のマイクロ波信号は、読出側における入力ＩＮ１における周波数分割多重化によって、または、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）所望の読出周波数における任意の所望のマイクロ波信号によって、あるいはその両方で、すべて同時に適合され得る。（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出共振器周波数における第１乃至最後のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に導かれる。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出共振器周波数において、第１乃至最後のマイクロ波信号を、信号分配デバイス１０００＿１に導く。信号分配デバイス１０００＿１は、単一のポート上の異なるマイクロ波信号に対して異なる読出共振器周波数を（同時に）受信するために、周波数分割多重化を同時に利用するように構成され、第１乃至最後のマイクロ波信号の、異なる読出共振器周波数を、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に接続された多数の伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎへ（同時に）分配するように構成されている。信号分配デバイス１０００＿１の個々の帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎは、（読出側における）伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎへ、（ポートを介して）それぞれ接続され、帯域通過フィルタ１０５＿１が、（読出側における）伝送線３０＿Ｎへ接続された帯域通過フィルタ１０５＿Ｎを介して、（読出側における）伝送線３０＿１へ接続されている。したがって、並行して、信号分配デバイス１０００＿１は、読出共振器１５５５＿１の読出共振器周波数を有する第１のマイクロ波信号を、伝送線３０＿１を介して読出共振器１５５５＿１に導き、読出共振器１５５５＿２の読出共振器周波数を有する第２のマイクロ波信号を、伝送線３０＿２を介して読出共振器１５５５＿２に導き、読出共振器１５５５＿Ｎの読出共振器周波数を有する最後のマイクロ波信号を、伝送線３０＿Ｎを介して読出共振器１５５５＿Ｎに導くように構成されている。これは、帯域通過フィルタ１０５のおのおのは、マイクロ波信号の（読出共振器１５５５の個々の１つの）読出共振器周波数の個々の１つを通過させるように個々に先行して構成されるからであり、これによって、帯域通過フィルタ１０５＿１は、読出共振器１５５５＿１の読出周波数において第１のマイクロ波信号を通過させるように構成され、帯域通過フィルタ１０５＿２は、読出共振器１５５５＿２の読出周波数において第２のマイクロ波信号を通過させるように構成され、最後は、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎであり、これは、読出共振器１５５５＿Ｎの読出周波数において最後のマイクロ波信号を通過させるように構成される。したがって、読出共振器１５５５_１乃至１５５５_Ｎの読出共振器周波数においてそれぞれ、第１乃至最後の各マイクロ波信号は、読出共振器１５５５_１乃至１５５５_Ｎのそれぞれの読出共振器を共振させ、これによって��信号分配デバイス１０００＿１に到達させるために、反射された第１乃至最後のマイクロ波信号を、伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎへ（同時に）反射させて戻す。それらは並行して（同時に）実行され得るが、読出が同時に実行されること、またはそれらのすべてが２回目の測定の前に測定されるという要件はないことに留意されたい。例示的なシナリオに戻って、信号分配デバイス１０００＿１は、反射された第１乃至最後のマイクロ波信号を（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎのそれぞれの読出共振器周波数において）結合し、結合された反射されたマイクロ波信号を、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に出力する。広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、広帯域量子制限増幅器３５０へ（それぞれ、読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの読出共振器周波数で）、結合された反射された第１乃至最後のマイクロ波信号を導く。
【０１４７】
マイクロ波信号を（量子ビット駆動／制御パルスとして）用いて量子ビットを駆動する処理は、図１６と同じであり、図１７では繰り返されない。超伝導マイクロ波信号分配器１０００＿１の内部詳細は、図１０〜図１４で論じられた超伝導マイクロ波信号分配デバイス／結合デバイス１０００の議論で見出され得る。
【０１４８】
図１５および図１６に対する（たとえば、超伝導無損失および整合信号分配デバイス１０００を使用する）図１７の技術的利点は、１）読出共振器の同時読出、および２）出射した読出パルスおよび量子ビットパルスを、異なる経路に経路付ける必要がないことを含む。（システム１５００とは対照的に）システム１７００を使用することのトレードオフは、入力線の数の２倍（２×）、サーキュレータの数の２倍（２×）、および１−Ｎ量子スイッチ／ルータの数の２倍（２×）である。
【０１４９】
図１８は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および量子ビット読出（両方）のためのシステム１８００である。システム１８００は、伝送モードでの読出を例示する。システム１８００は、読出パルスを用いた（量子ビットを読み取るための）読出共振器の読出と、量子ビットパルスを用いた量子ビットの駆動／制御のための、異なる入出力（Ｉ／Ｏ）線（すなわち、伝送線）を有する。システム１８００は、システム１８００において、量子ビットを測定するための読出が（周波数分割多重化を使用する）第２の無損失かつ整合した信号結合デバイスを使用して伝送する点を除いて、システム１７００と同一であり得る。
【０１５０】
図１７のシステム１７００において、反射されたマイクロ波信号は（読出信号として）、マイクロ波信号分配デバイス１０００＿１を介して伝送され、戻される。しかしながら、図１８において、（読出共振器周波数における）読出信号としてのマイクロ波信号は、マイクロ波信号結合デバイス１０００＿２に伝送される。マイクロ波信号結合デバイス１０００＿２は、読出共振器周波数において、伝送されたマイクロ波信号のおのおのを結合し、結合されたマイクロ波信号を、増幅および後の測定のために、広帯域量子制限増幅器３５０へ出力する。
【０１５１】
量子ビット１５５０用の量子ビット制御／駆動パルスとしてマイクロ波信号の入力ＩＮ２における入力と、量子ビット制御／駆動パルス用のマイクロ波信号の反射は、図１６および図１７で論じられたものと同じであるので、量子ビット駆動／制御の議論は、図１８では繰り返されない。
【０１５２】
伝送モードにおける読出の例が、図１８で論じられる。システム１８００において、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出共振器周波数における第１乃至最後のマイクロ波信号は、読出側の入力ＩＮ１において周波数分割多重化を介して同時に印加され得る。（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出共振器周波数における第１乃至最後のマイクロ波信号は、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１に導かれ、広帯域サーキュレータ／方向性結合器１５０５＿１は、上述したように、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの）読出共振器周波数において第１乃至最後のマイクロ波信号を、信号分配デバイス１０００＿１に導く。信号分配デバイス１０００＿１は、単一のポート上の異なるマイクロ波信号に対して異なる読出共振器周波数を（同時に）受信するために周波数分割多重化を利用するように構成され、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎの読出共振器周波数にしたがって）第１乃至最後のマイクロ波信号を、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０に接続された多数の伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎへ（同時に）分配するように構成されている。信号分配デバイス１０００＿１の個々の帯域通過フィルタ１０５＿１乃至１０５＿Ｎはそれぞれ、（読出側における）伝送線３０＿１乃至３０＿Ｎへ（ポートを介して）接続され、帯域通過フィルタ１０５＿１が、（読出側における）伝送線３０＿Ｎに接続された帯域通過フィルタ１０５＿Ｎを介して、（読出側における）伝送線３０＿１に接続されている。したがって、並行して、信号分配デバイス１０００＿１は、読出共振器１５５５＿１の読出共振器周波数を有する第１のマイクロ波信号を、伝送線３０＿１を介して読出共振器１５５５＿１に導き、読出共振器１５５５＿２の読出共振器周波数を有する第２のマイクロ波信号を、伝送線３０＿２を介して読出共振器１５５５＿２に導き、読出共振器１５５５＿Ｎの読出共振器周波数を有する最後のマイクロ波信号を、伝送線３０＿Ｎを介して読出共振器１５５５＿Ｎに導くように構成されている。これは、帯域通過フィルタ１０５のおのおのが、マイクロ波信号の読出共振器１５５５の個々の１つに整合する読出共振器周波数の個々の１つを通過させるように、先行して個々に構成されているからであり、これによって、帯域通過フィルタ１０５＿１は、読出共振器１５５５＿１の読出周波数において第１のマイクロ波信号を通過させるように構成され、帯域通過フィルタ１０５＿２は、読出共振器１５５５＿２の読出周波数において第２のマイクロ波信号を通過させるように構成され、最後に、帯域通過フィルタ１０５＿Ｎは、読出共振器１５５５＿Ｎの読出周波数において最後のマイクロ波信号を通過させるように構成される。したがって、読出共振器１５５５_１乃至１５５５_Ｎの読出共振器周波数においてそれぞれ、第１乃至最後の各マイクロ波信号は、読出共振器１５５５_１乃至１５５５_Ｎのそれぞれの読出共振器を共振させ、これによって、信号分配デバイス１０００＿２に到達させるために、第１乃至最後のマイクロ波信号を、伝送線を介して（同時に）伝送する。信号分配デバイス１０００＿２は、（読出共振器１５５５＿１乃至１５５５＿Ｎ��それぞれの読出共振器周波数の）第１乃至最後のマイクロ波信号を結合し、結合された反射されたマイクロ波信号を、増幅および後の測定のために、単一の伝送線で、広帯域量子制限増幅器３５０へ（同時に）出力する。
【０１５３】
超伝導マイクロ波信号分配器／コントリビュータ１０００＿１および１０００＿２の内部詳細は、図１０〜図１４で論じられた超伝導マイクロ波信号分配デバイス／結合デバイス１０００の議論で見出され得る。
【０１５４】
図１８におけるシステム１８００を使用することの技術的利点は、１）読出共振器の同時読出と、２）読出側におけるサーキュレータの必要がないこととを含む。
【０１５５】
図１９は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のためのシステム１５００を構成する方法のフローチャート１９００である。ブロック１９０５において、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１（図１５）が、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続されている。ブロック１９１０において、第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２（図１５）が、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続可能である。ブロック１９１５において、量子制限増幅器３５０は、第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続可能である。
【０１５６】
サーキュレータ１５０５は、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１を、図１５における第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２へ接続するように構成されている。サーキュレータ１５０５は、入力ＩＮ１を、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続するように構成されている。第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２は、量子制限増幅器３５０への接続か、図１５の負荷ダンプ１５１０への接続かを選択するように構成されている。量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）は、第１のポートにおいて第１の読出共振器１５５５＿１に接続された第１の量子ビット１５５０＿１と、第２のポートにおいて第２の読出共振器１５５５＿２に接続された第２の量子ビット１５５０＿２から、最後のポートにおいて最後の読出共振器１５５５＿Ｎに接続された最後の量子ビット１５５０＿Ｎまで含み、第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する。
【０１５７】
図２０は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のためのシステム１６００を構成する方法のフローチャート２０００である。ブロック２００５において、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１が、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第１の入力ＩＮ１は、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続可能であり、量子制限増幅器３５０は、図１６における第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続可能である。ブロック２０１０では、図１６における第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２が、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第２の入力ＩＮ２は、第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続可能である。ここで、第２の入力ＩＮ２は、量子システムを駆動するように構成され、第１の入力ＩＮ１は、量子システムを読み出すように構成されている。
【０１５８】
図１６を参照して示すように、第１のサーキュレータ１５０５＿１は、第１の入力ＩＮ１を第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続するように構成され、量子制限増幅器３５０を第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１に接続するように構成されている。第２のサーキュレータ１５０５＿２は、第２の入力ＩＮ２を第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続し、負荷ダンプ１５１０を図１６における第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続するように構成されている。量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）は、第１のポートにおいて第１の読出共振器１５５５＿１に接続された第１の量子ビット１５５０＿１と、第２のポートにおいて第２の読出共振器１５５５＿２に接続された第２の量子ビット１５５０＿２から、最後のポートにおいて最後の読出共振器１５５５＿Ｎに接続された最後の量子ビット１５５０＿Ｎまでを含み、第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する。第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎは、第２の無損失マイクロ波スイッチ１００＿２を介して駆動され、第１乃至最後の読出共振器１５５５＿１〜１５５５＿Ｎは、第１の無損失マイクロ波スイッチ１００＿１を介して読み出される。
【０１５９】
図２１は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のためのシステム１７００を構成する方法のフローチャート２１００である。ブロック２１０５において、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１は、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第１の入力ＩＮ１は、図１７における無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１に接続可能である。ブロック２１１０において、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２が、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第２の入力ＩＮ２が無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続可能である。第２の入力ＩＮ２は、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２を介して量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）を駆動するように構成され、第１の入力ＩＮ１は、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１を介して量子システムを読み出すように構成されている。
【０１６０】
第１のサーキュレータ１５０５＿１は、第１の入力ＩＮ１を無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１に接続するように構成され、量子制限増幅器３５０を図１７における無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１に接続するように構成されている。第２のサーキュレータ１５０５＿２は、第２の入力ＩＮ２を無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続し、負荷ダンプ１５１０を無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続するように構成されている。量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）は、第１のポートにおいて第１の読出共振器１５５５＿１に接続された第１の量子ビット１５５０＿１と、第２のポートにおいて第２の読出共振器１５５５＿２に接続された第２の量子ビット１５５０＿２から、最後のポートにおいて最後の読出共振器１５５５＿Ｎに接続された最後の量子ビット１５５０＿Ｎまでを含み、第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する。第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎは、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２を介して駆動され、第１乃至最後の読出共振器１５５５＿１〜１５５５＿Ｎは、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１を介して読み出される。
【０１６１】
図２２は、１つまたは複数の実施形態にしたがう量子ビット駆動および読出のためのシステム１８００を構成する方法のフローチャート２２００である。ブロック２２０５において、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１は、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第１の入力ＩＮ１は、図１８における無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１に接続されている。ブロック２２１０において、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２は、量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）に接続される。ここで、第２の入力ＩＮ２は、図１８における無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続可能である。第２の入力ＩＮ２は、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２を介して量子システムを駆動するように構成されている。ブロック２２１５において、無損失マイクロ波信号結合器１０００＿２が量子システムに接続され、第１の入力ＩＮ１は、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１および図１８における無損失マイクロ波信号結合器１０００＿２を介して量子システムを読み出すように構成されている。
【０１６２】
伝送された読出パルスのマイクロ波信号を増幅するために、量子制限増幅器３５０が、無損失マイクロ波信号結合器１０００＿２に接続されている。サーキュレータ１５０５＿２は、第２の入力ＩＮ２を、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続し、負荷ダンプ１５１０を、図１８における無損失マイクロ波スイッチ１００＿２に接続するように構成されている。量子システム（たとえば、共振器−量子ビットシステムのアレイ１５２０）は、第１のポートにおいて第１の読出共振器１５５５＿１に接続された第１の量子ビット１５５０＿１と、第２のポートにおいて第２の読出共振器１５５５＿２に接続された第２の量子ビット１５５０＿２から、最後のポートにおいて最後の読出共振器１５５５＿Ｎに接続された最後の量子ビット１５５０＿Ｎまでを含み、第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎのおのおのは、それぞれ第１乃至最後の量子ビット周波数を有する。第１乃至最後の量子ビット１５５０＿１〜１５５０＿Ｎは、無損失マイクロ波スイッチ１００＿２を介して駆動される。第１乃至最後の読出共振器１５５５＿１〜１５５５＿Ｎのおのおのは、無損失マイクロ波信号分配器１０００＿１および無損失マイクロ波信号結合器１０００＿２を介して同時に読み出され得る。
【０１６３】
「約」という用語およびその変形は、本願の出願の時点で利用可能な機器に基づく特定の量の測定に関連付けられた誤差の程度を含むことが意図されている。たとえば、「約」は、所与の値の±８％または５％、または２％の範囲を含み得る。
【０１６４】
本発明の態様は、本明細書において、本発明の実施形態にしたがう方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して説明される。フローチャート図またはブロック図の各ブロックあるいはその両方、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組合せは、コンピュータ可読プログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。
【０１６５】
図面におけるフローチャート図およびブロック図は、本発明の様々な実施形態にしたがうシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、および動作を例示する。これに関して、フローチャート図またはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、または命令の一部を表すことができる。いくつかの代替実施態様では、ブロックに注記されている機能は、図面に注記された順序から外れて起こり得る。たとえば、連続して図示される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、関連する機能に応じてブロックが逆の順序で実行されてもよい。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、指定された機能または動作を実行する、または、専用のハードウェアとコンピュータ命令の組合せを実行する、専用のハードウェアベースのシステムによって実施され得ることにも留意されたい。
【０１６６】
本発明の様々な実施形態の説明は、例示の目的のために提示されたものであり、網羅的、または本明細書で論じられた実施形態に限定されるように意図されていない。説明された実施形態の範囲および思想から逸脱することなく、多くの変更および変形が当業者に明らかになるであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する現実的な応用または技術的な改良を最も良く説明するために、または、他の当業者が、本明細書で論じられた実施形態を理解できるように選択された。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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