(57)【要約】方法は、第１のデバイスからバイアス信号を生成するステップと、バイアス信号を第２のデバイスに印加するステップであって、第１のデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを有し、ＳＱＵＩＤの第１の端子は、超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、ＳＱＵＩＤの第２の端子は、超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、第１のデバイスからバイアス信号を生成するステップは、第１の信号Φ１をＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加するステップと、第２の信号Φ２をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加するステップとを含み、第１の信号Φ１および第２の信号Φ２は、第１のデバイスの超伝導相の値が２πの非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされるように印加される、ステップとを含む。
2020522892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
第１のデバイスからバイアス信号を生成することと、
前記バイアス信号を第２のデバイスに印加することであって、前記第１のデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、前記第１のデバイスから前記バイアス信号を生成することは、
第１の時変磁束Φ１を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加することと、
第２の時変磁束Φ２を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加することと
を含み、
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、前記第１のデバイスの超伝導相の値が２πの非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされるように印加される、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
出力状態は、前記第１のデバイスを通した電流の有効位相オフセットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記出力状態は、前記第１のデバイスを通した有効磁束を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の時変磁束Φ１の最大大きさおよび前記第２の時変磁束Φ２の最大大きさはそれぞれ、磁束量子Φ０未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の時変磁束Φ１対前記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および前記第２の時変磁束Φ２対前記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した電流値が０である点の周囲の経路を辿る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した前記電流が０である前記点において１／３にほぼ等しい、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記整数倍ｎは、前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０が、前記第１のデバイスを通した前記電流が０である前記点の周囲で第１の方向に沿って前記経路を辿るとき、インクリメントされる、または、
前記整数倍ｎは、前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０が、前記第１の方向と対向する第２の方向に沿って前記経路を辿るとき、デクリメントされる、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記経路は、閉ループ経路である、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の時変磁束Φ１対前記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および前記第２の時変磁束Φ２対前記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した前記電流の有効位相オフセットが０である点を通した経路を辿る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記経路は、閉ループ経路である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の時変磁束および前記第２の時変磁束を印加することは、２πだけ前記ＳＱＵＩＤの各ジョセフソン接合部と関連付けられる位相を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のデバイスを前記超伝導トレースにおける超伝導材料の超伝導臨界温度を下回るまで冷却することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、連続的に印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、時間において重複する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
デバイスであって、
第１のデバイスであって、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、第１のデバイスと、
前記第１のデバイスに近接して配列される第２のデバイスであって、前記第２のデバイスの状態は、前記第１のデバイスによって生成されるバイアスによって制御可能である、第２のデバイスと
を備える、デバイス。
【請求項１６】
前記第２のデバイスは、キュービットである、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
システムであって、
ｉ行×ｊ列のアレイにおいて配列される複数のセルであって、ｉは、１以上の整数であり、ｊは、２以上の整数であり、前記複数のセルの各セルは、対応する磁束制御デバイスを備え、前記対応する磁束制御デバイスは、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、複数のセル
を備える、システム。
【請求項１９】
前記複数のセルの各セルはさらに、前記磁束制御デバイスに近接して位置付けられる対応する第２のデバイスを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数のセルのセル毎に、前記第２のデバイスは、キュービットを備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数のセルのセル毎に、前記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素を備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
ｉ個の第１の制御ラインであって、前記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインは、前記アレイの対応する行に沿って延在し、前記対応する行内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｉ個の第１の制御ラインと、
ｊ個の第２の制御ラインであって、前記ｊ個の制御ラインの各第２の制御ラインは、前記アレイの対応する列に沿って延在し、前記対応する列内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｊ個の第２の制御ラインと
をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ｉ個の第１の制御ラインに結合される行選択ジェネレータであって、前記行選択ジェネレータは、前記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、行選択ジェネレータと、
前記ｊ個の第２の制御ラインに結合される列選択ジェネレータであって、前記列選択ジェネレータは、前記ｊ個の第２の制御ラインの各第２の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、列選択ジェネレータと
をさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
マルチレベルメモリデバイスを動作させる方法であって、前記マルチレベルメモリデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、前記方法は、第１の時変磁束Φ１を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、前記マルチレベルメモリデバイスを第１のメモリ状態に置くことを含む、方法。
【請求項２５】
前記第１の時変磁束Φ１を印加し、前記第２の時変磁束Φ２を印加することは、前記マルチレベルメモリデバイスの出力状態を非ゼロ整数ｎだけ変化させる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
第３の時変磁束Φ３を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第４の時変磁束Φ４を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、前記マルチレベルメモリデバイスを第２のメモリ状態に置くことをさらに含み、前記第２のメモリ状態は、前記第１のメモリ状態と異なる、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超伝導デバイスにおける磁束制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子コンピューティングは、基礎状態の重ね合わせおよびエンタングルメント等の量子効果を利用し、古典的デジタルコンピュータよりも効率的に特定の算出を実施する、比較的に新しいコンピューティング方法である。ビット（例えば、「１」または「０」）の形態において情報を記憶および操作するデジタルコンピュータと対照的に、量子コンピューティングシステムは、キュービットを使用して情報を操作することができる。キュービットは、複数の状態の重ね合わせ（例えば、「０」および「１」の両方の状態におけるデータ）を可能にする量子デバイスおよび／または複数の状態におけるデータ自体の重ね合わせを指すことができる。従来の専門用語によると、量子システムにおける「０」および「１」状態の重ね合わせは、例えば、α│０＞＋β│１＞として表され得る。デジタルコンピュータの「０」および「１」状態は、それぞれ、キュービットの│０＞および│１＞基礎状態と類似する。値│α│２は、キュービットが│０＞状態にある確率を表す一方、値│β│２は、キュービットが│１＞基礎状態にある確率を表す。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一般に、いくつかの側面では、本開示の主題は、方法において具現化されることができ、該方法は、第１のデバイスからバイアス信号を生成するステップと、バイアス信号を第２のデバイスに印加するステップであって、第１のデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを含み、ＳＱＵＩＤの第１の端子は、超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、ＳＱＵＩＤの第２の端子は、超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、第１のデバイスからバイアス信号を生成するステップは、第１の時変磁束Φ１をＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加するステップと、第２の時変磁束Φ２をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加するステップとを含み、第１の時変磁束Φ１および第２の時変磁束Φ２は、第１のデバイスの超伝導相の値が２πの非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされるように印加される、ステップとを含む。
【０００４】
本方法の実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。例えば、いくつかの実装では、出力状態は、第１のデバイスを通した電流の有効位相オフセットを含む。
【０００５】
いくつかの実装では、出力状態は、第１のデバイスを通した有効磁束を含む。
【０００６】
いくつかの実装では、第１の時変磁束Φ１の最大大きさおよび第２の時変磁束Φ２の最大大きさはそれぞれ、磁束量子Φ０未満である。
【０００７】
いくつかの実装では、第１の時変磁束Φ１対磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および第２の時変磁束Φ２対磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、第１のデバイスを通した電流値が０である点の周囲の経路を辿る。比Φ１／Φ０および比Φ２／Φ０は、例えば、第１のデバイスを通した電流が０である点において１／３にほぼ等しくあり得る。整数倍ｎは、比Φ１／Φ０および比Φ２／Φ０が、第１のデバイスを通した電流が０である点の周囲で第１の方向に沿って経路を辿るとき、インクリメントされることができる、または、比Φ１／Φ０および比Φ２／Φ０が、第１の方向と対向する第２の方向に沿って経路を辿るとき、デクリメントされることができる。経路は、閉ループ経路であり得る。
【０００８】
いくつかの実装では、第１の時変磁束Φ１対磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および第２の時変磁束Φ２対磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、第１のデバイスを通した電流の有効位相オフセットが０である点を通した経路を辿る。経路は、閉ループ経路であり得る。
【０００９】
いくつかの実装では、第１の時変磁束および第２の時変磁束を印加するステップは、２πだけＳＱＵＩＤの各ジョセフソン接合部と関連付けられる位相を変化させるステップを含む。
【００１０】
いくつかの実装では、本方法は、第１のデバイスを超伝導トレースにおける超伝導材料の超伝導臨界温度を下回るまで冷却するステップを含む。
【００１１】
いくつかの実装では、第１の時変磁束Φ１および第２の時変磁束Φ２は、連続的に印加される。第１の時変磁束Φ１および第２の時変磁束Φ２は、時間において重複することができる。
【００１２】
一般に、いくつかの他の側面では、本開示の主題は、デバイスにおいて具現化されることができ、該デバイスは、第１のデバイスであって、超伝導トレースと、並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、ＳＱＵＩＤの第１の端子は、超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、ＳＱＵＩＤの第２の端子は、超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを有する、第１のデバイスと、第１のデバイスに近接して配列される、第２のデバイスであって、第２のデバイスの状態は、第１のデバイスによって生成されるバイアスによって制御可能である、第２のデバイスとを含む。
【００１３】
本デバイスの実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。例えば、いくつかの実装では、第２のデバイスは、キュービットである。
【００１４】
いくつかの実装では、第２のデバイスは、キュービットカプラ要素である。
【００１５】
一般に、いくつかの他の側面では、本開示の主題は、システムにおいて具現化されることができ、該システムは、Ｍ行×Ｎ列のアレイにおいて配列される、複数のセルであって、Ｍは、１以上の整数であり、Ｎは、２以上の整数であり、複数のセルの各セルは、対応する磁束制御デバイスを含み、該対応する磁束制御デバイスは、超伝導トレースと、並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、ＳＱＵＩＤの第１の端子は、超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、ＳＱＵＩＤの第２の端子は、超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを有する、複数のセルを含む。
【００１６】
本システムの実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。例えば、いくつかの実装では、複数のセルの各セルはさらに、磁束制御デバイスに近接して位置付けられる対応する第２のデバイスを含む。
【００１７】
いくつかの実装では、複数のセルのセル毎に、第２のデバイスは、キュービットを含む。
【００１８】
いくつかの実装では、複数のセルのセル毎に、第２のデバイスは、キュービットカプラ要素を含む。
【００１９】
いくつかの実装では、本システムはさらに、Ｍ個の第１の制御ラインであって、Ｍ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインは、アレイの対応する行に沿って延在し、対応する行内の各磁束制御デバイスに結合可能である、Ｍ個の第１の制御ラインと、Ｎ個の第２の制御ラインであって、Ｎ個の制御ラインの各第２の制御ラインは、アレイの対応する列に沿って延在し、対応する列内の各磁束制御デバイスに結合可能である、Ｎ個の第２の制御ラインとを含む。本システムはさらに、Ｍ個の第１の制御ラインに結合される、行選択ジェネレータであって、Ｍ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、行選択ジェネレータと、Ｎ個の第２の制御ラインに結合される、列選択ジェネレータであって、Ｎ個の第２の制御ラインの各第２の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、列選択ジェネレータとを含むことができる。
【００２０】
一般に、いくつかの他の側面では、本開示の主題は、マルチレベルメモリデバイスを動作させる方法において具現化されることができ、該マルチレベルメモリデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを含み、ＳＱＵＩＤの第１の端子は、超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、ＳＱＵＩＤの第２の端子は、超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、該方法は、第１の時変磁束Φ１をＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、マルチレベルメモリデバイスを第１のメモリ状態に置くステップを含む。
【００２１】
本方法の実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。例えば、いくつかの実装では、第１の時変磁束Φ１を印加し、第２の時変磁束Φ２を印加するステップは、マルチレベルメモリデバイスの出力状態を非ゼロ整数ｎだけ変化させる。
【００２２】
いくつかの実装では、本方法は、第３の時変磁束Φ３をＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第４の時変磁束Φ４をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、マルチレベルメモリデバイスを第２のメモリ状態に置くステップを含み、第２のメモリ状態は、第１のメモリ状態と異なる。
【００２３】
ここで説明される主題の特定の実装は、以下の利点のうちの１つ以上のものを実現することができる。例えば、いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、電力を実質的に殆ど散逸せず、したがって、量子コンピューティング回路要素のための制御デバイスとして有利なオプションを提供することが可能である。例えば、ある実装では、本開示の磁束制御デバイスは、ＣＭＯＳベースまたはＳＦＱベースの制御デバイスよりも少ない１０３〜１０５分の１の電力を散逸することができる。磁束制御デバイスの電力散逸、したがって、熱生成が非常に低いため、制御デバイスは、ある実装では、局所チップ温度を実質的に増加させることなく、および／または所望されないエネルギー状態への遷移を引き起こすことなく、量子コンピューティング回路要素と同一のチップ上に配列されることさえできる。いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、論理ＡＮＤゲートとして動作されることができ、両方の入力が所定の基準を満たす場合のみ、ＨＩＧＨ出力（例えば、磁束制御デバイス出力状態の変化）がもたらされ、入力のうちのいずれも所定の基準を満たさない場合、ＬＯＷ出力（例えば、磁束制御デバイス出力状態の変化なし）がもたらされる。複数の磁束制御デバイスが、複数の量子コンピューティング回路要素のための多重化制御を提供するために、アレイまたはマトリクス構成において配列されることができる。いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、マルチレベルメモリデバイスとして動作されることができる。
【００２４】
１つ以上の実装の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。他の特徴および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、磁束制御デバイスおよびキュービットの実施例を図示する、概略図である。
【００２６】
【図２】図２は、磁束制御デバイスにおいて使用され得る超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）の実施例を図示する、概略図である。
【００２７】
【図３Ａ】図３Ａは、磁束制御デバイスの第１のサブループに印加される第１の時変磁束信号および磁束制御デバイスの第２のサブループに印加される第２の時変磁束信号の実施例を図示する、概略図である。
【００２８】
【図３Ｂ】図３Ｂは、異なる時点に関する図３の第１の磁束波形の大きさ対第２の磁束波形の大きさを図示する、プロットである。
【００２９】
【図４】図４は、磁束制御デバイスを通した有効臨界電流Ｉ０ｅの大きさ対臨界電流Ｉ０の大きさの比を描写する熱マップに対してオーバーレイされる、磁束量子Φ０によって正規化される第１の磁束信号の大きさ対磁束量子Φ０によって正規化される第２の磁束信号の大きさを図示する、プロットである。
【００３０】
【図５】図５は、磁束制御デバイスの第１のループに印加される磁束（ΦＬ／Φ０）および磁束制御デバイスの第２のループに印加される磁束（ΦＲ／Φ０）の関数として磁束制御デバイスを通した電流の位相を図示する、熱マッププロットである。
【００３１】
【図６】図６は、磁束制御デバイスの実施例を図示する、概略図である。
【００３２】
【図７】図７は、磁束制御要素の制御可能なマトリクスアレイの実施例を図示する、概略図である。
【図８】図８は、マルチレベルメモリによって確立され得る異なる出力状態の実施例を図示する、表である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
量子コンピューティングは、量子コンピュータの量子ビット（キュービット）内に記憶される量子情報をコヒーレントに処理することを伴う。超伝導量子コンピューティングは、量子コンピューティング回路要素が、部分的に、超伝導材料から形成される、量子コンピューティング技術の有望な実装である。超伝導量子コンピュータは、典型的には、２つの最低エネルギーレベルがコンピュータ基礎として使用される、マルチレベルシステムである。低エネルギー損失および散逸を伴う量子回路要素（例えば、量子コンピューティング回路要素）を動作させることが、好ましい（例えば、量子コンピューティング回路要素は、高品質係数Ｑを呈する）。低エネルギー損失および散逸は、例えば、量子デコヒーレンスおよび／または他の所望されないエネルギー状態への遷移を回避することに役立ち得る。
【００３４】
損失および散逸の１つの原因は、キュービット制御要素等の制御要素から生成される熱である。キュービット制御要素は、異なる機能を有することができる。例えば、ある場合には、キュービット制御要素は、キュービットの動作の間に二重井戸ポテンシャルを傾斜／摂動させるために、制御信号（例えば、磁束バイアス）を提供する。ある場合には、キュービット制御要素は、キュービットの動作の間にポテンシャル井戸の間の障壁の大きさを調節するために、またはキュービットの動作周波数を変化させるために、制御信号を提供する。付加的制御機能もまた、可能性として考えられる。制御要素の別の実施例は、例えば、キュービットとキュービットカプラ要素との間の結合強度を修正するために制御信号を提供する、キュービットカプラ制御要素を含む。他の制御要素もまた、可能性として考えられる。
【００３５】
一般に、制御要素は、比較的に高い電力散逸、したがって、熱生成の原因であり得る。そのような制御要素が超伝導量子コンピューティング回路要素（例えば、キュービット）と同一のチップ上に配列されると、局所エネルギー散逸のレベルは、量子コンピューティング回路要素が超伝導性を達成するために維持される必要がある低温（例えば、約２０ｍＫ）に対して有意であり得る加熱につながり得る。高レベルのエネルギー散逸および後続熱生成は、したがって、本デバイスが動作することを要求される低温を達成することを困難にし得る。単一磁束量子（ＳＦＱ）デジタル論理デバイス等の低電力代替に関しても、電力散逸のレベルは、依然として、高すぎる場合がある。
【００３６】
本開示は、電力を実質的に殆ど散逸せず、したがって、量子コンピューティング回路要素のための制御デバイスとして有利なオプションを提供することが可能な磁束制御デバイスを対象とする。例えば、ある実装では、本開示の磁束制御デバイスは、ＣＭＯＳベースまたはＳＦＱベースの制御デバイスよりも少ない１０３〜１０５分の１の電力を散逸することができる。故に、磁束制御デバイスの電力散逸、したがって、熱生成が非常に低いため、制御デバイスは、ある実装では、局所チップ温度を実質的に増加させることなく、および／または所望されないエネルギー状態への遷移を引き起こすことなく、量子コンピューティング回路要素と同一のチップ上に配列されることさえできる。
【００３７】
磁束制御デバイスの出力状態を変化させるステップは、複数の別個の時変入力信号（例えば、磁束信号Φ１、Φ２）を磁束制御デバイスに連続的に印加するステップを含み、時変入力信号は、所定の基準を満たす。所定の基準は、磁束制御デバイスの超伝導相を２πｎだけ変化させることを含むことができ、ｎは、非ゼロ整数である。より具体的には、所定の基準は、入力信号対磁束量子Φ０の比（例えば、Φ１／Φ０およびΦ２／Φ０）が臨界点の周囲の経路、例えば、閉ループ経路を辿るように、入力信号（例えば、磁束信号、例えば、Φ１およびΦ２）を印加することを含むことができる。臨界点は、本デバイスを通した電流Ｉが０である場所に対応することができる。臨界点は、例えば、
【化１】
2020522892.tif 000003
であるときに起こることができる。いくつかの実装では、所定の基準は、入力信号対磁束量子Φ０の比（例えば、Φ１／Φ０およびΦ２／Φ０）が、磁束制御デバイスの電流Ｉの有効位相オフセットが０である点を通した経路、例えば、閉ループ経路を辿るように、入力信号（例えば、磁束信号Φ１およびΦ２）を印加することを含むことができる。
【００３８】
印加された磁束が所定の基準を満たすとき、磁束制御デバイスの出力状態は、変化する。例えば、磁束制御デバイスを通した（磁束制御デバイスに印加される磁場と区別されるような）有効磁束は、磁束量子Φ０の非ゼロ整数ｎだけ変化する。対照的に、印加された磁束信号が所定の基準を満たさないとき、磁束制御デバイスの出力状態は、変化しない。例えば、磁束制御デバイスを通した有効磁束は、変化しない。故に、いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、論理ＡＮＤゲートとして動作されることができ、両方の入力が所定の基準を満たす場合のみ、ＨＩＧＨ出力（例えば、磁束制御デバイス出力状態の変化）がもたらされ、入力のうちのいずれも所定の基準を満たさない場合、ＬＯＷ出力（例えば、磁束制御デバイス出力状態の変化なし）がもたらされる。複数の磁束制御デバイスが、複数の量子コンピューティング回路要素のための多重化制御を提供するために、アレイまたはマトリクス構成において配列されることができる。
【００３９】
いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、マルチレベルメモリデバイスとして動作されることができる。すなわち、磁束制御デバイスの出力状態（例えば、有効磁束または超伝導相）は、ｎに比例するため、ｎの各整数変化は、異なるメモリ状態に対応することができる。本開示から理解されるであろうように、磁束制御デバイスの他の用途および利点もまた、可能性として考えられる。
【００４０】
図１は、磁束制御デバイス１００およびキュービット等の第２のデバイス１５０の実施例を図示する、概略図である。制御デバイス１００および第２のデバイス１５０の両方は、シリコンまたはサファイア等の誘電体基板から形成されることができる。本実施例では、第２のデバイス１５０は、ループまたはリング様構造において配列される超伝導トレース１１４を含む、２接合部キュービットである。超伝導トレース１１４は、２つの別個の場所において、対応する非線形インダクタ接合部１１０、１１２に結合される。本明細書に開示される実施例では、非線形インダクタ接合部は、絶縁障壁によって分離される２つの超伝導電極から作製される量子力学的デバイスである、ジョセフソン接合部を含むことができる。ジョセフソン接合部の実施例は、アルミニウムの第１の層とアルミニウムの第２の層との間に挟まれる酸化アルミニウムの層を含む。超伝導トレース１１４は、超伝導性を達成することが可能な材料から形成されることができる。例えば、トレース１１４は、アルミニウムまたはニオブから形成されることができる。第２のデバイス１５０は、図１に示される構成に限定されず、代わりに、他のキュービット設計を含む、他の設計を含むことができる。例えば、いくつかの実装では、第２のデバイス１５０は、位相キュービット、電荷キュービット、または磁束キュービットを含む。使用され得る磁束キュービットの実施例は、例えば、ｆｌｕｘｍｏｎキュービット、ｇｍｏｎキュービット、またはｘ−ｍｏｎキュービットを含む。キュービットは、２つ、３つ、４つ、または他の数のジョセフソン接合部を含むことができる。他のキュービット構成もまた、可能性として考えられる。第２のデバイス１５０は、キュービット以外のデバイスを含むことができる。例えば、いくつかの実装では、第２のデバイス１５０は、キュービットカプラ要素を含む。キュービットカプラ要素は、例えば、超伝導共振器要素等の共振器要素を含むことができる。
【００４１】
第２のデバイス１５０は、第２のデバイス１５０が磁束制御デバイス１００によって生成されるバイアス信号に暴露されるように、磁束制御デバイス１００に近接して配列される。磁束制御デバイス１００によって生成されるバイアス信号は、磁束制御デバイス１００によって生成される磁束Ｍを含むことができる。
【００４２】
磁束制御デバイス１００は、超伝導トレース１０２を含み、超伝導トレース１０２の一方の端部は、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）１０４の第１の端子１０６に接続され、超伝導トレース１０２の第２の端部は、ＳＱＵＩＤ１０４の第２の端子１０８に接続され、リング様構造またはループ１０１を形成する。超伝導トレース１０２は、超伝導性を達成することが可能な材料から形成されることができる。例えば、トレース１０２は、アルミニウムまたはニオブから形成されることができる。磁束制御デバイス１００の動作は、磁束制御デバイス１００をデバイス１００における超伝導材料の超伝導臨界温度を下回るまで冷却するステップと、次いで、電流Ｉが超伝導トレース１０２内に生成されるように、複数の入力信号（例えば、時変磁束信号）をＳＱＵＩＤ１０４に印加するステップとを含む。超伝導トレース１０２を通して進行する電流Ｉは、磁束制御デバイス１０５に近接して位置付けられる第２のデバイス１５０に誘導的に結合し得る、磁束Ｍをもたらす。
【００４３】
電流Ｉは、
【化２】
2020522892.tif 000004
として表されることができ、式中、ｎは、整数であり、Ｌは、ループの支配的インダクタンス（例えば、超伝導トレース１０２およびＳＱＵＩＤ１０４によって形成されるループのインダクタンス）であり、Φ０は、ｈ／２ｅとして表され得る、磁束量子であり、式中、ｈは、プランク定数であり、ｅは、電子上の電荷である。
【００４４】
第２のデバイス１５０の状態は、磁束制御デバイス１００によって生成されるバイアス信号によって制御可能である。すなわち、ＳＱＵＩＤ１０４に印加される特定の磁束信号に基づいて、ある実装では、ｎの値を変更し、順に、デバイス１００によって生産され、第２のデバイス１５０によって受信される電流Ｉまたは有効磁束Ｍ（Ｍは、おおよそ
【化３】
2020522892.tif 000005
として表されることができる）を改変することが、可能である。故に、いくつかの実装では、磁束制御デバイス１００は、第２のデバイス１５０等の外部デバイスのための制御要素としての役割を果たす。例えば、磁束制御デバイス１００は、キュービットのポテンシャル井戸の傾斜を修正する、ｎの値に基づいてキュービットのポテンシャル井戸障壁の大きさの大きさを修正する、またはキュービットの周波数を変化させるために使用されることができる。
【００４５】
第２のデバイス１５０は、超伝導キュービットとして実施例に示されるが、他のデバイスも、代わりに使用されることができる。例えば、いくつかの実装では、磁束制御デバイス１００によって生成されるバイアス信号は、キュービットカプラ要素を制御するために使用されることができる。すなわち、デバイス１００によって生成されるバイアス（例えば、磁束または電流信号）は、キュービットカプラ要素の結合強度の対応する変化を引き起こすために変動されることができる。代替として、デバイス１００によって生成されるバイアスは、キュービットカプラ要素の周波数の対応する変化を引き起こすために変動されることができる。
【００４６】
図２は、磁束制御デバイス１００における要素１０４として使用され得るＳＱＵＩＤ２００の実施例を図示する、概略図である。ＳＱＵＩＤ２００は、３接合部ＳＱＵＩＤであり、これは、ＳＱＵＩＤ２００が３つの非線形インダクタ接合部２１０、２２０、および２３０を含むことを意味する。非線形インダクタ接合部２１０、２２０、および２３０は、第１の端子２０６および第２の端子２０８において相互に並列に直接電気的に結合される。例えば、非線形インダクタ接合部２１０、２２０、および２３０は、超伝導トレース２０２を通して並列に電気的に結合されることができる。超伝導トレース２０２は、超伝導性を達成することが可能な材料から形成されることができる。例えば、トレース２０２は、アルミニウムまたはニオブから形成されることができる。図１に示されるように、端子２０６は、端子１０６と同等であり、端子２０８は、端子１０８と同等である。
【００４７】
このように接合部２１０、２２０、および２３０をともに結合することによって、２つのループ（サブループ２４０およびサブループ２５０）が、提供される。サブループ２４０は、非線形インダクタ接合部２１０、超伝導トレース２０２、および非線形インダクタ接合部２２０を通した電流経路によって画定される。サブループ２５０は、非線形インダクタ接合部２２０、超伝導トレース２０２、および非線形インダクタ接合部２３０を通した電流経路によって画定される。ＳＱＵＩＤ２００が、図１の実施例のトレース１０２等の超伝導体トレースに結合されるとき、サブループ２４０、２５０は、トレース１０２およびＳＱＵＩＤ２００を通した電流経路によって画定されるより大きいリングのサブループに対応する。
【００４８】
磁束制御デバイス１００の動作は、要素１０４の実施例としてＳＱＵＩＤ２００を使用して本明細書に説明されるであろうが、他のＳＱＵＩＤ設計もまた、要素１０４として使用するために可能性として考えられる。例えば、ＳＱＵＩＤ２００は、３つの非線形インダクタ接合部を並列に有するものとして図２に図示されるが、３つを上回る非線形インダクタ接合部を伴うＳＱＵＩＤが、代わりに使用されることができる。いくつかの実装では、並列に結合される４つ、５つ、６つ、または他の数の非線形インダクタ接合部を有するＳＱＵＩＤが、代わりに使用されることができる。ＳＱＵＩＤが３つを上回る非線形インダクタ接合部／２つを上回るサブループを含む場合では、本明細書に解説されるように、磁束制御デバイスの出力状態は、依然として、対応する磁束信号を各サブループに印加することによって変更されることができ、磁束信号は、所定の基準を満たす。
【００４９】
磁束制御デバイス１００の動作の間、２つの入力信号、例えば、時変磁束信号ΦＬおよびΦＲが、それぞれ、ＳＱＵＩＤ２００のサブループ２４０およびサブループ２５０に印加される。磁場は、別個のインダクタ（例えば、超伝導トレース）をサブループ２４０、２５０のそれぞれに隣接して位置付け、電流をインダクタを通して提供し、磁場を生成することによって提供されることができる。２つのループへの時変磁束の印加は、ＳＱＵＩＤ２００の各非線形インダクタ接合部を通した電流の生成をもたらす。接合部２１０を通した電流は、Ｉ０  ｓｉｎ（δ−２πΦＬΦ０）として表されることができ、式中、Ｉ０は、接合部を通した臨界電流（その値は、接合部加工プロセスによって設定されることができる）であり、δは、本デバイスを横断する位相差であり、Φ０は、磁束量子である。接合部２３０を通した電流は、Ｉ０  ｓｉｎ（δ＋２πΦＬΦ０）として表されることができる。中心接合部２２０を通した電流は、Ｉ０  ｓｉｎ（δ）として表されることができる。
【００５０】
ＳＱＵＩＤ２００を通した電流Ｉ（δ）（すなわち、端子２０８から端子２０６に通過する電流）は、次いで、各非線形インダクタ接合部を通した電流の組み合わせとして、または以下のように表されることができる。
【化４】
2020522892.tif 000006
式中、Ｉ０ｅは、ΦＲおよびΦＬの関数としてのＳＱＵＩＤ２００の有効臨界電流であり、φは、ΦＲおよびΦＬの関数としての電流Ｉ（δ）の有効位相オフセットである。
【００５１】
前述の方程式は、サブループのインダクタンスが小さい（例えば、磁束制御デバイスのジョセフソンインダクタンスが磁束制御デバイスのループインダクタンスＬ未満である）限界に適用される。図３Ａは、図２のＳＱＵＩＤ２００の第１のサブループ２４０に印加される第１の時変磁束信号３００（図３ＡにΦＬとして描写される）および図２のＳＱＵＩＤ２００の第２のサブループ２５０に印加される第２の時変磁束信号３０２（図３ＡにΦＲとして描写される）の例示的波形を図示する、概略図である。所定の基準に従って、第１の時変磁束信号３００および第２の時変磁束信号３０２を変動させることによって、磁束制御デバイス１００の出力状態を変化させることが、可能である。特に、ＳＱＵＩＤ２００を通した電流Ｉの有効位相オフセットφ、したがって、超伝導相を２πｎだけ変化させることが、可能であり、ｎは、整数である。本明細書に解説されるように、磁束デバイスを通した電流Ｉはまた、Ｉ＝ｎΦ０／Ｌとして表されることができる。２πだけの有効位相オフセットφの各変化は、ｎを１だけ変化させることと同等であるため、ｎに比例する電流Ｉもまた、変化する。すなわち、２πだけ有効位相オフセットを変化させることは、Φ０だけ磁束制御デバイスのループを通した有効磁束を変化させ（例えば、ループは、トレース１０２およびＳＱＵＩＤ要素１０４によって画定される）、これは、ループ電流を約Φ０／Ｌだけ変化させる。したがって、ｎの整数変化は、入力信号をＳＱＵＩＤ２００に印加し、ジョセフソン接合部と関連付けられる位相を２πだけ変化させることによって達成されることができる。対照的に、第１のサブループ２４０および第２のサブループ２５０に印加される信号（例えば、磁束信号）が、所定の基準を満たさないとき、磁束制御デバイスの出力状態は、変化しない。
【００５２】
波形３００および３０２は、電流Ｉの位相を変化させるために所定の基準を満たす磁束信号の実施例である。波形３００、３０２は、４つの別個の時間周期Ｔ＝１、２、３、および４に分割される。第１の時間周期Ｔ＝１の間、磁束３００および磁束３０２の両方の大きさは、同一の初期値を有し、例えば、両方の磁束は、ゼロである。第２の時間周期Ｔ＝２の間、磁束３００の大きさは、磁束量子Φ０等の最大値まで線形に増加する一方、磁束３０２の大きさは、その初期値から変化しない。例えば、磁束３０２の大きさは、ゼロのままである。第３の時間周期Ｔ＝３の間、磁束３００の大きさは、最終値に向かって線形に減少し始める一方、磁束３０２の大きさは、Φ０等の最大値まで線形に増加し始める。いくつかの実装では、磁束３００の最終値は、初期値、例えば、ゼロに等しくあり得るが、他の最終値もまた、可能性として考えられる。第４の時間周期Ｔ＝４の間、磁束３００の大きさは、変化しない一方、磁束３０２の大きさは、最終値まで線形に減少し始める。例えば、いくつかの実装では、磁束３０２の最終値は、初期値、例えば、ゼロに等しくあり得るが、他の最終値もまた、可能性として考えられる。
【００５３】
図３Ｂは、図３Ａに示される異なる時間周期Ｔ＝１、２、３、および４に関する第２の磁束信号３０２（ΦＲとして描写される）の大きさに対する第１の磁束信号３００（ΦＬとして描写される）の大きさのプロットである。図３Ｂに図示されるように、相互に対してプロットされる磁束信号の大きさは、閉ループ経路を辿り、Φ０の最大値を有する。前述の様式で磁束信号を印加することによって、磁束制御デバイスを横断する位相は、２πだけ変化し、すなわち、磁束制御デバイスを通した有効磁束は、Φ０だけ変化する。
【００５４】
２πだけの有効位相オフセットφの変化を引き起こすために印加される信号に対して要求される基準は、図４および５を参照することによって理解されることができる。図４は、Φ０によって正規化される第１の磁束波形３００（ΦＬとして図４に表される）の大きさ対Φ０によって正規化される第２の磁束波形３０２（ΦＲとして図４に表される）の大きさを図示し、磁束制御デバイス１００を通した有効臨界電流Ｉ０ｅの大きさ対臨界電流Ｉ０の大きさの比を描写する熱マップに対してオーバーレイされる、プロットである。ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０の値は、熱マップの周囲で閉ループ経路４００を辿る。閉ループ経路４００に沿った位置毎に、比Ｉ０ｅ／Ｉ０は、その位置における熱マップによって決定される。２πだけの有効位相オフセットφの変化を取得するために、印加された磁束は、熱マップ上の臨界点４０２の周囲で閉ループ経路を辿る。本実施例では、臨界点４０２は、比Ｉ０ｅ／Ｉ０が０に等しい位置に対応する。したがって、ＳＱＵＩＤ２００の第１および第２のサブループに印加される磁束が、臨界点４０２の周囲の閉ループ経路を完成させると、磁束制御デバイス１００を横断する有効位相オフセットφは、２πだけ変化し、１だけのｎの変化につながる。本実施例では、臨界点４０２は、１／３にほぼ等しい値ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０において起こる。臨界点が起こる値は、磁束制御デバイスループのインダクタンス（例えば、図１に示されるトレース１０２およびＳＱＵＩＤ要素１０４によって決定される）に応じて変化することができる。磁束が、閉ループ経路４００が反時計回り様式で辿られるように印加されるとき、位相は、完全回転毎に２πだけ増加する。例えば、図３Ａに示される重複する磁束信号が２回繰り返される場合、磁束デバイスを横断する有効位相オフセットは、もう２πだけ増加し、ｎは、２だけ増加する。
【００５５】
磁束制御デバイス１００を横断する２π位相変化、したがって、Φ０だけの有効磁束の整数変化を達成するための所定の基準は、代替として、図５から理解されることができる。図５は、Φ０によって正規化される第１の磁束波形３００（ΦＬとして図５に表される）の大きさ対Φ０によって正規化される第２の磁束波形３０２（ΦＲとして図５に表される）の大きさを図示し、磁束制御デバイス１００を横断する位相オフセットφ（ΦＲ、ΦＬ）を描写する熱マップ（位相オフセットは、度単位で表される）に対してオーバーレイされる、プロットである。ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０の値は、熱マップの周囲で閉ループ経路５００を辿る。閉ループ経路５００に沿った位置毎に、磁束制御デバイスを横断する有効位相オフセットは、その位置における熱マップによって決定される。２πだけの位相オフセットφ（ΦＲ、ΦＬ）の変化を取得するために、閉ループ経路は、位相が負の値からゼロを通して正の値に（または経路が辿られる方向に応じて、正の値からゼロを通して負の値に）進む熱マップ上の場所（例えば、線５０２）を通過する。再び、磁束が、閉ループ経路５００が反時計回り様式で辿られるように印加されるとき、有効位相オフセットは、完全回転毎に２πだけ増加する。
【００５６】
図３Ａに示されるように、波形は、ＳＱＵＩＤ２００の各サブループに連続的に印加されることができ、時間において重複することができる。ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０によって辿られる具体的軌跡は、磁束信号をＳＱＵＩＤ２００のサブループに印加するときに所定の基準が満たされる限り、２π位相変化を達成することに対して重要ではない。例えば、磁束波形３００および３０２は、位相偏移された鋸歯パターンとして図３に示される。他の波形も、代わりに使用されることができる。例えば、波形は、正弦波または他の形状を有することができる。いくつかの実装では、第１の波形および／または第２の波形における初期値から最大値までの変化は、ステップ増加関数を使用して取得されることができる。代替として、いくつかの実装では、第１の波形および／または第２の波形における最大値から最終値までの変化は、ステップ減少関数を使用して取得されることができる。いくつかの実装では、第１の波形によって達成される最大値は、第２の波形によって達成される最大値と異なる。しかしながら、１だけのｎの変化を達成するために、ＳＱＵＩＤ２００の各サブループに印加される磁束（ΦＬおよびΦＲ）の最大大きさは、磁束量子値Φ０を超えるべきではない。いくつかの実装では、ＳＱＵＩＤ２００の各サブループに印加される磁束の大きさは、付加的臨界点が包囲され、１を上回る整数だけのｎの変化につながるように、磁束量子Φ０を超えることができる。
【００５７】
いくつかの実装では、ＳＱＵＩＤ２００の第１のサブループ２４０に印加される波形は、ＳＱＵＩＤ２００の第２のサブループ２５０に印加される波形と同じではない。いくつかの実装では、第１の波形および／または第２の波形の初期値および／または最終値は、非ゼロである。図３Ａに示される波形は、比較的に低い初期値からより高い最大値に増加し、低い最終値に戻る磁束の大きさを描写する。しかしながら、いくつかの実装では、磁束大きさの変化は、反転されることができる。例えば、各波形の磁束大きさは、比較的に高い初期値において開始し、より低い最小値まで減少し、次いで、より高い最終値まで増加することができる。そのような波形は、ＳＱＵＩＤ２００に印加されると、垂直軸を中心として側方にフリップされている図３Ｂに示される三角形経路をもたらすことができる。
【００５８】
第１の波形の最大値と第２の波形の最大値との間の位相オフセットはまた、有効位相オフセットφが２πだけ変化することを可能にする所定の基準を達成するために波形が重複する限り、変動することができる。例えば、図３Ａは、第２の波形３０２が最大値に到達する前に最大値に到達する第１の波形３００を示すが、波形の印加は、第１の波形３００が最大値に到達する前に第２の波形３０２が最大値に到達するように、逆転されることができる。この場合、ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０によって辿られる軌跡は、図３Ｂに示されるものと対向する方向に進むであろう。すなわち、図３Ｂに示されるような反時計回り様式で閉ループ経路の周囲を進むのではなく、ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０によって辿られる軌跡は、時計回り様式で進むであろう。ΦＬ／Φ０およびΦＲ／Φ０によって辿られる軌跡を逆転させることは、有効位相オフセットφを毎回２πの整数倍だけ減少させる。位相の２πの減少毎に、値ｎは、１だけ減少する。したがって、ｎの変化の符号は、ＳＱＵＩＤサブループに印加される磁束の軌跡が臨界点を包囲する方向によって決定される。ｎに関する絶対値は、磁束制御デバイスのＳＱＵＩＤに印加された入力信号が、２πだけの有効位相オフセットの増加または減少を引き起こす連続的回数によって決定される。例えば、有効位相オフセットが６πだけ増加される場合、ｎ＝３である。別の実施例では、有効位相オフセットが６πだけ減少される場合、ｎ＝−３である。別の実施例では、有効位相オフセットが６πだけ増加され、続けて、２πだけ減少される場合、ｎ＝２である。
【００５９】
ＳＱＵＩＤ２００の共振周波数への結合を回避するために、各サブループに印加される磁束は、サブループの共振周波数未満である対応する周波数と関連付けられるべきである（例えば、ある場合には、ＳＱＵＩＤサブループの共振周波数は、１０〜５０ＧＨｚの範囲内であり得る）。いくつかの実装では、印加される磁束信号の周波数を低減させることは、本デバイスの電力散逸を低減させることができる。これは、動作の周波数が低減されるにつれて、本デバイスによって生産される電圧が減少するためである。電圧がより低くなると、磁束制御デバイスの動作を通して散逸される電力は、減少する。
【００６０】
図１に関して解説されるように、磁束デバイス１００を通した電流Ｉは、Ｉ＝ｎΦ０／Ｌとして表されることができ、式中、Ｌは、超伝導トレース１０２のインダクタンスである。Ｉのさらに微細な変化を達成するために、超伝導トレース１０２のインダクタンスは、付加的誘導材料をデバイス１００に追加することによって増加されることができる。例えば、図６は、デバイス６００の有効インダクタンスＬが、超伝導トレース６１６の付加的ループおよびトレース６０２に結合される付加的３接合部要素６２０（例えば、図２に示されるＳＱＵＩＤ２００等の３接合部ＳＱＵＩＤ）を追加することによって修正される、磁束制御デバイス６００の実施例を図示する、概略図である。トレース６０２およびＳＱＵＩＤ６０４を含有するデバイス６００の第１の部分は、図１に示されるデバイス１００と同じであり、インダクタンスＬ１と関連付けられる。デバイス６００の第２の部分は、第２のトレース６１６を含み、付加的３接合部要素６２０は、インダクタンスＬ２と関連付けられ、トレース６０２と結合される。トレース６１６および３接合部要素６２０の追加を通して、出力電流におけるより微細な電流制御を得ることができる。これは、下側ループ（トレース６１６および要素６２０）における量子化された電流が、上側ループ（トレース６０２および要素６０４）および下側ループの共通ワイヤの間で共有されるためである。したがって、下側ループにおける量子化された電流Ｉ２＝ｎ２Φ０／Ｌ２は、共有ワイヤの相互インダクタンスＭに比例して、上側ループにおける小さい磁束ＭＩ２を生産し、これは、次いで、より微細な制御を用いて出力電流を変化させる（Ｉ＝ｎ２Φ０Ｍ／Ｌ１Ｌ２）。このように、磁束デバイスは、キュービットまたはキュービットカプラ要素等の第２のデバイス６５０に対するさらに微細な制御を可能にする。
【００６１】
本明細書に解説されるように、所定の基準が、ＳＱＵＩＤ２００に印加される磁束によって満たされない場合、ｎの値は、変化しない。例えば、印加される磁束が、電流Ｉ＝０に対応する臨界点の周囲の閉ループ経路を辿ることができない場合、ｎの値は、変化しないであろう。代替として、印加される磁束が、磁束制御デバイスの位相が本明細書に説明されるように正の値と負の値との間で遷移する点を通した経路を辿ることができない場合、ｎの値は、変化しないであろう。
【００６２】
磁束制御デバイスの出力状態を変化させるためのプロセスは、ほぼ断熱性である。いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、ＣＭＯＳベースまたはＳＦＱベースの制御デバイスよりも少ない１０３〜１０５分の１の電力を散逸することができる。したがって、本開示の磁束制御デバイスは、熱を殆ど生成しない。さらに、ＳＦＱベースの制御デバイス等の他のキュービット制御デバイスと対照的に、本開示の磁束制御デバイスは、オンチップ減衰抵抗器の使用を要求しない。磁束制御デバイスの電力散逸、したがって、熱生成が非常に低いため、磁束制御デバイスは、所望の動作温度（例えば、２０ｍＫ）を上回って局所チップ温度を実質的に増加させることなく、所望されないエネルギー状態への遷移を引き起こすことなく、またはデコヒーレンスに寄与することなく、量子コンピューティング回路要素と同一のチップ上またはその近傍に配列されることができる。
【００６３】
図１および６に示されるデバイス等の本開示の磁束制御デバイスは、量子回路要素（例えば、量子コンピューティング回路要素）等の１つ以上の他のデバイスにバイアスを印加するための制御要素として使用されることができる。例えば、いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、特定のバイアス（例えば、磁束信号または電流信号）を超伝導キュービット（例えば、磁束キュービット、位相キュービット、または電荷キュービット）に印加するために使用されることができる。磁束制御デバイスからのバイアスは、超伝導キュービットを特定の所望の状態に初期化するために、超伝導キュービットの動作周波数を所定の周波数に調整するために、超伝導キュービットによって呈される二重井戸ポテンシャルを傾斜／摂動させるために、および／または超伝導キュービットによって呈されるポテンシャル井戸の間の障壁の大きさを調節するために使用されることができる。例えば、第１の時変磁束Φ１および第２の時変磁束Φ２が本明細書に解説されるように所定の基準を満たす、第１の時変磁束Φ１を磁束制御デバイスのＳＱＵＩＤ要素の第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加することによって、磁束制御デバイスによって供給されるバイアスは、非ゼロ整数倍ｎだけ変更されることができる。例えば、磁束制御デバイスによって生成される磁束信号または電流信号は、磁束量子Φ０の非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされることができ、キュービットの状態（例えば、動作周波数）の変化につながる。
【００６４】
いくつかの実装では、図１および６に示されるデバイス等の本開示の磁束制御デバイスは、特定のバイアス（例えば、磁束信号または電流信号）を超伝導キュービット結合要素に印加するために使用されることができる。磁束制御デバイスからのバイアスは、２つ以上のキュービットの間の結合のレベルが修正され得るように、超伝導キュービット結合要素の結合強度を増加または減少させるために使用されることができる。例えば、第１の時変磁束Φ１および第２の時変磁束Φ２が本明細書に解説されるように所定の基準を満たす、第１の時変磁束Φ１を磁束制御デバイスのＳＱＵＩＤ要素の第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２をＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加することによって、磁束制御デバイスによって生成される磁束信号または電流信号は、磁束量子Φ０の非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされることができ、超伝導キュービット結合要素の結合強度の対応する変化につながる。代替として、または加えて、磁束制御デバイスによって生成されるバイアスは、キュービットカプラの周波数を調整するために使用されることができる。
【００６５】
本開示による磁束制御デバイスは、少なくとも２つの入力信号（例えば、ＳＱＵＩＤのサブループ毎に１つ）を要求し、入力信号が所定の基準を満たすときのみ出力状態（例えば、電流Ｉまたは磁束Ｍ））を変化させる。全ての他の状況では、本デバイスの出力状態は、変化しない。故に、いくつかの実装では、磁束制御デバイスは、論理ＡＮＤゲートとして使用するために好適である。すなわち、必須の所定の基準を有する入力信号が、ＳＱＵＩＤの両方のサブループに印加されるときのみ、本デバイスの有効位相オフセットは、２πだけ変化し、したがって、本デバイスを通した有効磁束が、磁束量子Φ０だけ変化する（例えば、出力１）。全ての他の事例（すなわち、必須の時変大きさを有する１つの磁束信号のみが印加されるとき、または必須の時変大きさを有するいかなる磁束信号も印加されないとき）では、有効磁束は、変化しないであろう（例えば、出力０）。
【００６６】
いくつかの実装では、複数の磁束制御デバイスが、回路要素（例えば、量子回路要素）の制御可能なマトリクスアドレス指定を提供するために、アレイにおける対応する回路要素（例えば、量子回路要素）と組み合わせられることができる。図７は、磁束制御デバイスの制御可能なマトリクスアレイ７００の実施例を図示する、概略図である。図７に示されるように、アレイ７００は、行および列において配列される複数のセル７０２、７０４、７０６、および７０８を含む。各セル７０２、７０４、７０６、および７０８は、本明細書に説明される磁束制御デバイス等の磁束制御デバイスを含む。例えば、いくつかの実装では、磁束制御デバイスは、並列に結合される３つの非線形インダクタ接合部を有するＳＱＵＩＤに結合される、超伝導トレースを含む。各セル７０２、７０４、７０６、および７０８はまた、磁束制御デバイスに隣接して位置付けられる回路要素を含む。回路要素は、例えば、キュービットおよび／またはキュービット結合要素を含むことができる。他の回路要素もまた、可能性として考えられる。
【００６７】
アレイ７００はまた、複数の垂直制御ライン（例えば、制御ライン７１２、７１４）を含む。各垂直制御ラインは、アレイ７００の対応する列に沿って延在し、列内の各セルに隣り合って位置付けられる。例えば、制御ライン７１２は、セル７０２および７０６に隣り合って位置付けられる一方、制御ライン７１４は、セル７０４および７０８に隣り合って配列される。垂直制御ラインは、超伝導トレースから形成されることができ、対応するインダクタンスと関連付けられる。
【００６８】
アレイ７００はまた、複数の水平制御ライン（例えば、制御ライン７１６、７１８）を含む。各水平制御ラインは、アレイ７００の対応する列に沿って延在し、列内の各セルに隣り合って位置付けられる。例えば、制御ライン７１６は、セル７０２および７０４に隣り合って位置付けられる一方、制御ライン７１８は、セル７０６および７０８に隣り合って配列される。水平制御ラインは、超伝導トレースから形成されることができ、対応するインダクタンスと関連付けられる。
【００６９】
垂直制御ライン（例えば、ライン７１２、７１４）は、列選択ジェネレータ７１０に結合される（例えば、電気的に接続される）。水平制御ライン（例えば、ライン７１６、７１８）は、行選択ジェネレータ７２０に結合される（例えば、電気的に接続される）。列選択ジェネレータ７１０および行選択ジェネレータはそれぞれ、制御ラインに印加される波形を生成するように構成される回路（例えば、電流源）を含む。列および行選択ジェネレータは、それにジェネレータが結合される各制御ラインに一意の波形を提供するように構成されることができる。例えば、いくつかの実装では、列選択ジェネレータは、各垂直制御ラインに一意の波形を送達するようにプログラムされることができる一方、行選択ジェネレータは、各水平制御ラインに一意の波形を送達するようにプログラムされることができる。
【００７０】
したがって、各セルが回路要素（例えば、キュービットまたはキュービットカプラ要素等の量子回路要素）および対応する磁束制御デバイスを含む、セルのｉ×ｊマトリクスを前提として、回路要素をアドレス指定するために必要とされるコネクタの数は、ｉ＋ｊである。さらに、マトリクスの各セルの磁束制御デバイスは、他のセルがアドレス指定されている間に回路要素の状態を能動的に維持する役割を果たし、したがって、クロストークがアドレス指定されていないセルの状態を意図せず変化させることを防止する。すなわち、本明細書に説明されるように所定の基準を満たす入力信号が、磁束制御デバイスに供給されるとき、磁束制御デバイスは、所定の基準を満たす入力信号が出力状態を変化させるために再び印加されるまで、および印加されない限り、変化しない永続的出力状態に置かれる（例えば、磁束制御デバイスは、永続的電流を生成する）。故に、所望の出力状態を維持するために、入力信号の連続的印加をセルに提供する必要はない。さらに、制御デバイスは、回路要素の状態を能動的に維持することができるため、アレイをアドレス指定するために要求される合計電力散逸は、各セルがその状態を維持するために連続的にアドレス指定される必要性がある場合にあろうものよりも有意に低い。
【００７１】
いくつかの実装では、本開示の磁束制御デバイスは、マルチレベルメモリデバイスとして使用されることができる。本明細書に解説されるように、磁束デバイスを通した電流Ｉは、Ｉ＝Ｍ／Ｌとして表されることができ、式中、Ｍは、本デバイスの超伝導ループを通した磁束であり、Ｍ＝ｎΦ０として表されることができる。磁束制御デバイスの有効位相オフセットの２π変化毎に、整数値ｎは、１だけ変化し、磁束制御デバイスの出力状態（例えば、電流Ｉまたは磁束Ｍ）の対応する変化につながる。磁束制御デバイスの出力状態は、本デバイスの有効位相オフセットに別の２π変化が存在するまで変化しない。したがって、磁束制御デバイスは、ｎの値に応じて、種々の異なる出力または「メモリ」状態に置かれることができる。すなわち、制御デバイスによって生成されるＩの異なる値（または異なる磁束Ｍ）は、異なるメモリ状態を表すことができ、各メモリ状態は、適切な磁束信号がｎを再び変化させるために磁束制御デバイスに印加されるまで、および印加されない限り、維持されるであろう。
【００７２】
図８は、本開示による、磁束制御デバイスに基づくマルチレベルメモリによって確立され得る異なる出力状態の実施例を図示する、表である。図８に示されるように、デバイス１００等の磁束制御デバイスの４つの異なる出力状態が、提示される。各出力状態は、情報の対応するビットにマッピングされる。例えば、マルチレベルメモリは、それぞれ、２進値「００」、「０１」、「１０」、および「１１」に対応する４つの異なるメモリ状態、例えば、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、およびｎ＋３のうちの１つにあるようにプログラムされることができる。
【００７３】
マルチレベルメモリに書き込むステップは、磁束信号を磁束制御デバイスのＳＱＵＩＤ要素に印加するステップを含み、磁束信号は、本デバイスの有効位相オフセットの変化Δφが２πの整数倍であるために要求される所定の基準を満たす。図８の表に示される有効位相オフセットの変化Δφは、第１のメモリ状態ｎから評価される。例えば、マルチレベルメモリのメモリ状態を第１のメモリ状態から第２のメモリ状態に（例えば、「００」から「０１」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、有効位相オフセットを２πだけ変化させる。本デバイスを第１のメモリ状態から第３のメモリ状態に（例えば、「００」から「１０」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、位相を４πだけ変化させる。本デバイスを第１のメモリ状態から第４のメモリ状態に（例えば、「００」から「１１」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、有効位相オフセットを６πだけ変化させる。同様に、本デバイスを第４のメモリ状態から第１のメモリ状態に（例えば、「１１」から「００」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、有効位相オフセットを−６πだけ変化させる。本デバイスを第４のメモリ状態から第２のメモリ状態に（例えば、「１１」から「０１」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、有効位相オフセットを−４πだけ変化させる。本デバイスを第４のメモリ状態から第３のメモリ状態に（例えば、「１１」から「１０」に）変化させるために、磁束信号が、本デバイスに印加され、有効位相オフセットを−２πだけ変化させる。図８と関連付けられるデバイスは、４つのみの異なるメモリ状態を有するものとして表されるが、他の数のメモリ状態もまた、使用されることができる。いくつかの実装では、メモリ状態の数の限界は、メモリデバイスの位相を変化させるために許容可能な時間周期に基づいて定義されることができる。
【００７４】
本明細書に説明される量子主題および量子動作の実装は、本明細書に開示される構造およびそれらの構造的均等物を含む、またはそれらのうちの１つ以上のものの組み合わせにおける、好適な量子回路、またはより一般的に、量子コンピュータシステムにおいて実装されることができる。用語「量子コンピュータシステム」は、限定ではないが、量子コンピュータ、量子情報処理システム、量子暗号システム、トポロジカル量子コンピュータ、または量子シミュレータを含んでもよい。
【００７５】
量子情報および量子データという用語は、最小の重要システムがキュービットである量子システム、例えば、量子情報の単位を定義するシステムによって搬送される、その中に保持される、または記憶される情報またはデータを指す。用語「キュービット」は、対応する文脈において２レベルシステムとして好適に近似し得る全ての量子システムを包含することを理解されたい。そのような量子システムは、例えば、２つ以上のレベルを伴うマルチレベルシステムを含んでもよい。実施例として、そのようなシステムは、原子、電子、光子、イオン、または超伝導キュービットを含むことができる。いくつかの実装では、コンピュータ基礎状態は、基底および最初の励起状態で識別されるが、しかしながら、コンピュータ状態がより高いレベルの励起状態で識別される他の設定も、可能性として考えられることを理解されたい。量子メモリは、高い忠実度および効率で長時間にわたって量子データを記憶し得るデバイス、例えば、光が伝送のために使用される光物質インターフェースおよび重ね合わせまたは量子コヒーレンス等の量子データの量子特徴を記憶および保全するための物質であることを理解されたい。
【００７６】
量子回路要素（量子コンピューティング回路要素とも称される）は、量子処理動作を実施するための回路要素を含む。すなわち、量子回路要素は、非決定論的様式でデータに対する動作を実施するために、重ね合わせおよびエンタングルメント等の量子力学的現象を利用するように構成される。キュービット等のある量子回路要素は、同時に１つを上回る状態において情報を表し、それに作用するように構成されることができる。超伝導量子回路要素の実施例は、とりわけ、量子ＬＣ発振器、キュービット（例えば、磁束キュービット、位相キュービット、または電荷キュービット）、および超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）（例えば、ＲＦ−ＳＱＵＩＤまたはＤＣ−ＳＱＵＩＤ）等の回路要素を含む。
【００７７】
対照的に、古典的回路要素は、概して、決定論的様式でデータを処理する。古典的回路要素は、データに対して基本的な算術、論理、および／または入力／出力動作を実施することによって、コンピュータプログラムの命令を集合的に実行するように構成されることができ、データは、アナログまたはデジタル形態において表される。いくつかの実装では、古典的回路要素は、電気または電磁接続を通して量子回路要素にデータを伝送する、および／またはそれからデータを受信するために使用されることができる。古典的回路要素の実施例は、ＣＭＯＳ回路、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）デバイス、相互量子論理（ＲＱＬ）デバイス、およびバイアス抵抗器を使用しないＲＳＦＱのエネルギー効率的バージョンであるＥＲＳＦＱデバイスに基づく回路要素を含む。
【００７８】
本明細書に説明される量子回路要素および古典的回路要素の加工は、超伝導体、誘電体、および／または金属等の１つ以上の材料の堆積を伴うことができる。選択された材料に応じて、これらの材料は、他の堆積プロセスの中でもとりわけ、化学蒸着、物理蒸着（例えば、蒸発またはスパッタリング）、またはエピタキシャル技法等の堆積プロセスを使用して堆積されることができる。本明細書に説明される回路要素を加工するためのプロセスは、加工の間にデバイスからの１つ以上の材料の除去を伴うことができる。除去される材料に応じて、除去プロセスは、例えば、湿式エッチング技法、乾式エッチング技法、またはリフトオフプロセスを含むことができる。本明細書に説明される回路要素を形成する材料は、公知のリソグラフィ技法（例えば、フォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィ）を使用してパターン化されることができる。
【００７９】
本明細書に説明される回路要素等の超伝導量子回路要素および／または超伝導古典的回路要素を使用する量子コンピュータシステムの動作の間、超伝導回路要素は、超伝導材料が超伝導性質を呈することを可能にする温度までクライオスタット内で冷却される。超伝導体（代替として、超伝導）材料は、超伝導臨界温度において、またはそれを下回って超伝導性質を呈する材料として理解されることができる。超伝導材料の実施例は、アルミニウム（１．２ケルビンの超伝導臨界温度）およびニオブ（９．３ケルビンの超伝導臨界温度）を含む。
【００８０】
本明細書は、多くの具体的実装詳細を含有するが、これらは、請求され得るものの範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実装に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実装の文脈において本明細書に説明されるある特徴はまた、単一の実装において組み合わせて実装されることができる。逆に、単一の実装の文脈において説明される種々の特徴はまた、複数の実装において別個に、または任意の好適な副次的組み合わせにおいて実装されることができる。さらに、特徴が、特定の組み合わせにおいて作用するものとして上記に説明され、さらに、そのようなものとして最初に請求され得るが、請求される組み合わせからの１つ以上の特徴は、ある場合には、組み合わせから削除されることができ、請求される組み合わせは、副次的組み合わせまたは副次的組み合わせの変形例を対象としてもよい。
【００８１】
同様に、動作は、特定の順序で図面に描写されるが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序でまたは連続的順序で実施されること、または、全ての図示される動作が実施されることを要求するものとして理解されるべきではない。例えば、請求項に列挙されるアクションは、異なる順序で実施され、依然として、望ましい結果を達成することができる。ある状況では、マルチタスクおよび並列処理が、有利であり得る。さらに、上記に説明される実装における種々のコンポーネントの分離は、全ての実装においてそのような分離を要求するものとして理解されるべきではない。
【００８２】
いくつかの実装が、説明されている。それにもかかわらず、種々の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。故に、他の実装も、以下の請求項の範囲内である。
【図１】
2020522892.tif 000007
【図２】
2020522892.tif 000008
【図３Ａ】
2020522892.tif 000009
【図３Ｂ】
2020522892.tif 000010
【図４】
2020522892.tif 000011
【図５】
2020522892.tif 000012
【図６】
2020522892.tif 000013
【図７】
2020522892.tif 000014
【図８】
2020522892.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月17日(2020.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
第１のデバイスからバイアス信号を生成することと、
前記バイアス信号を第２のデバイスに印加することであって、前記第１のデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、前記第１のデバイスから前記バイアス信号を生成することは、
第１の時変磁束Φ１を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加することと、
第２の時変磁束Φ２を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加することと
を含み、
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、前記第１のデバイスの超伝導相の値が２πの非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされるように印加される、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
出力状態は、前記第１のデバイスを通した電流の有効位相オフセットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記出力状態は、前記第１のデバイスを通した有効磁束を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の時変磁束Φ１の最大大きさおよび前記第２の時変磁束Φ２の最大大きさはそれぞれ、磁束量子Φ０未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の時変磁束Φ１対前記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および前記第２の時変磁束Φ２対前記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した電流値が０である点の周囲の経路を辿る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した前記電流が０である前記点において１／３にほぼ等しい、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記整数倍ｎは、前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０が、前記第１のデバイスを通した前記電流が０である前記点の周囲で第１の方向に沿って前記経路を辿るとき、インクリメントされる、または、
前記整数倍ｎは、前記比Φ１／Φ０および前記比Φ２／Φ０が、前記第１の方向と対向する第２の方向に沿って前記経路を辿るとき、デクリメントされる、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記経路は、閉ループ経路である、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の時変磁束Φ１対前記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および前記第２の時変磁束Φ２対前記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、前記第１のデバイスを通した前記電流の有効位相オフセットが０である点を通した経路を辿る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記経路は、閉ループ経路である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の時変磁束および前記第２の時変磁束を印加することは、２πだけ前記ＳＱＵＩＤの各ジョセフソン接合部と関連付けられる位相を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のデバイスを前記超伝導トレースにおける超伝導材料の超伝導臨界温度を下回るまで冷却することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、連続的に印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の時変磁束Φ１および前記第２の時変磁束Φ２は、時間において重複する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
デバイスであって、
第１のデバイスであって、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、第１のデバイスと、
前記第１のデバイスに近接して配列される第２のデバイスであって、前記第２のデバイスの状態は、前記第１のデバイスによって生成されるバイアスによって制御可能である、第２のデバイスと
を備える、デバイス。
【請求項１６】
前記第２のデバイスは、キュービットである、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
システムであって、
ｉ行×ｊ列のアレイにおいて配列される複数のセルであって、ｉは、１以上の整数であり、ｊは、２以上の整数であり、前記複数のセルの各セルは、対応する磁束制御デバイスを備え、前記対応する磁束制御デバイスは、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、複数のセル
を備える、システム。
【請求項１９】
前記複数のセルの各セルはさらに、前記磁束制御デバイスに近接して位置付けられる対応する第２のデバイスを備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数のセルのセル毎に、前記第２のデバイスは、キュービットを備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数のセルのセル毎に、前記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素を備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
ｉ個の第１の制御ラインであって、前記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインは、前記アレイの対応する行に沿って延在し、前記対応する行内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｉ個の第１の制御ラインと、
ｊ個の第２の制御ラインであって、前記ｊ個の制御ラインの各第２の制御ラインは、前記アレイの対応する列に沿って延在し、前記対応する列内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｊ個の第２の制御ラインと
をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ｉ個の第１の制御ラインに結合される行選択ジェネレータであって、前記行選択ジェネレータは、前記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、行選択ジェネレータと、
前記ｊ個の第２の制御ラインに結合される列選択ジェネレータであって、前記列選択ジェネレータは、前記ｊ個の第２の制御ラインの各第２の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、列選択ジェネレータと
をさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
マルチレベルメモリデバイスを動作させる方法であって、前記マルチレベルメモリデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、前記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、前記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、前記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、前記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、前記方法は、第１の時変磁束Φ１を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、前記マルチレベルメモリデバイスを第１のメモリ状態に置くことを含む、方法。
【請求項２５】
前記第１の時変磁束Φ１を印加し、前記第２の時変磁束Φ２を印加することは、前記マルチレベルメモリデバイスの出力状態を非ゼロ整数ｎだけ変化させる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第３の時変磁束Φ３を前記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第４の時変磁束Φ４を前記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、前記マルチレベルメモリデバイスを第２のメモリ状態に置くことをさらに含み、前記第２のメモリ状態は、前記第１のメモリ状態と異なる、請求項２４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
１つ以上の実装の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。他の特徴および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
方法であって、
第１のデバイスからバイアス信号を生成することと、
上記バイアス信号を第２のデバイスに印加することであって、上記第１のデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、上記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、上記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、上記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、上記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、上記第１のデバイスから上記バイアス信号を生成することは、
第１の時変磁束Φ１を上記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加することと、
第２の時変磁束Φ２を上記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加することと
を含み、
上記第１の時変磁束Φ１および上記第２の時変磁束Φ２は、上記第１のデバイスの超伝導相の値が２πの非ゼロ整数倍ｎだけインクリメントまたはデクリメントされるように印加される、ことと
を含む、方法。
（項目２）
出力状態は、上記第１のデバイスを通した電流の有効位相オフセットを含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記出力状態は、上記第１のデバイスを通した有効磁束を含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記第１の時変磁束Φ１の最大大きさおよび上記第２の時変磁束Φ２の最大大きさはそれぞれ、磁束量子Φ０未満である、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記第１の時変磁束Φ１対上記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および上記第２の時変磁束Φ２対上記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、上記第１のデバイスを通した電流値が０である点の周囲の経路を辿る、項目１に記載の方法。
（項目６）
上記比Φ１／Φ０および上記比Φ２／Φ０は、上記第１のデバイスを通した上記電流が０である上記点において１／３にほぼ等しい、項目５に記載の方法。
（項目７）
上記整数倍ｎは、上記比Φ１／Φ０および上記比Φ２／Φ０が、上記第１のデバイスを通した上記電流が０である上記点の周囲で第１の方向に沿って上記経路を辿るとき、インクリメントされる、または、
上記整数倍ｎは、上記比Φ１／Φ０および上記比Φ２／Φ０が、上記第１の方向と対向する第２の方向に沿って上記経路を辿るとき、デクリメントされる、
項目５に記載の方法。
（項目８）
上記経路は、閉ループ経路である、項目５に記載の方法。
（項目９）
上記第１の時変磁束Φ１対上記磁束量子Φ０の比Φ１／Φ０および上記第２の時変磁束Φ２対上記磁束量子Φ０の比Φ２／Φ０は、上記第１のデバイスを通した上記電流の有効位相オフセットが０である点を通した経路を辿る、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記経路は、閉ループ経路である、項目９に記載の方法。
（項目１１）
上記第１の時変磁束および上記第２の時変磁束を印加することは、２πだけ上記ＳＱＵＩＤの各ジョセフソン接合部と関連付けられる位相を変化させることを含む、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記第１のデバイスを上記超伝導トレースにおける超伝導材料の超伝導臨界温度を下回るまで冷却することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１３）
上記第１の時変磁束Φ１および上記第２の時変磁束Φ２は、連続的に印加される、項目１に記載の方法。
（項目１４）
上記第１の時変磁束Φ１および上記第２の時変磁束Φ２は、時間において重複する、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
デバイスであって、
第１のデバイスであって、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、上記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、上記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、上記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、上記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、第１のデバイスと、
上記第１のデバイスに近接して配列される第２のデバイスであって、上記第２のデバイスの状態は、上記第１のデバイスによって生成されるバイアスによって制御可能である、第２のデバイスと
を備える、デバイス。
（項目１６）
上記第２のデバイスは、キュービットである、項目１５に記載のデバイス。
（項目１７）
上記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素である、項目１５に記載のデバイス。
（項目１８）
システムであって、
ｉ行×ｊ列のアレイにおいて配列される複数のセルであって、ｉは、１以上の整数であり、ｊは、２以上の整数であり、上記複数のセルの各セルは、対応する磁束制御デバイスを備え、上記対応する磁束制御デバイスは、
超伝導トレースと、
並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、上記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、上記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、上記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、上記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成する、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と
を備える、複数のセル
を備える、システム。
（項目１９）
上記複数のセルの各セルはさらに、上記磁束制御デバイスに近接して位置付けられる対応する第２のデバイスを備える、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
上記複数のセルのセル毎に、上記第２のデバイスは、キュービットを備える、項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
上記複数のセルのセル毎に、上記第２のデバイスは、キュービットカプラ要素を備える、項目１８に記載のシステム。
（項目２２）
ｉ個の第１の制御ラインであって、上記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインは、上記アレイの対応する行に沿って延在し、上記対応する行内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｉ個の第１の制御ラインと、
ｊ個の第２の制御ラインであって、上記ｊ個の制御ラインの各第２の制御ラインは、上記アレイの対応する列に沿って延在し、上記対応する列内の各磁束制御デバイスに結合可能である、ｊ個の第２の制御ラインと
をさらに備える、項目１８に記載のシステム。
（項目２３）
上記ｉ個の第１の制御ラインに結合される行選択ジェネレータであって、上記行選択ジェネレータは、上記ｉ個の第１の制御ラインの各第１の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、行選択ジェネレータと、
上記ｊ個の第２の制御ラインに結合される列選択ジェネレータであって、上記列選択ジェネレータは、上記ｊ個の第２の制御ラインの各第２の制御ラインに一意の対応する信号を提供するように構成される、列選択ジェネレータと
をさらに備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
マルチレベルメモリデバイスを動作させる方法であって、上記マルチレベルメモリデバイスは、（ａ）超伝導トレースと、（ｂ）並列に結合される少なくとも３つの非線形インダクタ接合部を有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）とを備え、上記ＳＱＵＩＤの第１の端子は、上記超伝導トレースの第１の端部に電気的に結合され、上記ＳＱＵＩＤの第２の端子は、上記超伝導トレースの第２の端部に電気的に結合され、ループを形成し、上記方法は、第１の時変磁束Φ１を上記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第２の時変磁束Φ２を上記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、上記マルチレベルメモリデバイスを第１のメモリ状態に置くことを含む、方法。
（項目２５）
上記第１の時変磁束Φ１を印加し、上記第２の時変磁束Φ２を印加することは、上記マルチレベルメモリデバイスの出力状態を非ゼロ整数ｎだけ変化させる、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
第３の時変磁束Φ３を上記ＳＱＵＩＤの第１のサブループに印加し、第４の時変磁束Φ４を上記ＳＱＵＩＤの第２のサブループに印加し、上記マルチレベルメモリデバイスを第２のメモリ状態に置くことをさらに含み、上記第２のメモリ状態は、上記第１のメモリ状態と異なる、項目２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2020522892.tif 000016