(57)【要約】【課題】量子プロセッサの量子ビットへの入力ラインおよび読み出し共振器への入力ラインを減少させるルータを提供。【解決手段】本ルータは、量子ビット信号分配装置と、読み出し信号分配装置と、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されたダイプレクサとを備える。また、ルータを構成する方法であって、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、ダイプレクサを前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されるように構成することと、を含む方法を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルータであって、
量子ビット信号分配装置と、
読み出し信号分配装置と、
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されたダイプレクサと、
を備えるルータ。
【請求項２】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合されるように構成されている、請求項１に記載のルータ。
【請求項３】
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項１または２に記載のルータ。
【請求項４】
前記ダイプレクサは、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置を量子プロセッサに通信可能に結合するように構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のルータ。
【請求項５】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を使用しない場合よりも、量子プロセッサに通信可能に結合されたより少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項１ないし４のいずれかに記載のルータ。
【請求項６】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合された広帯域ダイプレクサをさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のルータ。
【請求項７】
前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項６に記載のルータ。
【請求項８】
ルータを構成する方法であって、
量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、
ダイプレクサを前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されるように構成することと、
を含む方法。
【請求項９】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ダイプレクサは、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置を量子プロセッサに通信可能に結合するように構成されている、請求項８ないし１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置なしで量子プロセッサに通信可能に結合するのと比較して、より少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項８ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
広帯域ダイプレクサは、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合されるように構成されている、請求項８ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに接続するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ルータであって、
量子ビット信号分配装置と、
読み出し信号分配装置と
を備えたルータであって、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、それぞれの量子プロセッサにそれぞれ通信可能に結合されている、ルータ。
【請求項１６】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合するように構成され、
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている
請求項１５に記載のルータ。
【請求項１７】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を使用しない場合よりも、前記量子プロセッサに通信可能に結合されたより少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項１５または１６に記載のルータ。
【請求項１８】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合された広帯域ダイプレクサをさらに備え、前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項１５ないし１７のいずれかに記載のルータ。
【請求項１９】
ルータを構成する方法であって、
量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置をそれぞれの量子プロセッサに別々に接続可能であるように構成することと、
を含む方法。
【請求項２０】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合するように構成され、
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を使用しない場合よりも、前記量子プロセッサに通信可能に結合されたより少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
広帯域ダイプレクサは、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合され、
前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに通信可能に結合するように構成されている、
請求項１９ないし２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
ルータのための方法であって、
量子ビット信号分配装置によって量子ビット信号を受信することと、
読み出し信号分配装置によって読み出し信号を受信することと、
前記量子ビット信号および前記読み出し信号を量子プロセッサへ分配することと、
を含む方法。
【請求項２４】
前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子プロセッサへ分配することは、ダイプレクサが前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子プロセッサへ供給するように、前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置から前記ダイプレクサへ分配することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
広帯域ダイプレクサが前記量子ビット信号を前記量子ビット信号分配装置へ分配するとともに前記読み出し信号を前記読み出し信号分配装置へ分配するように、前記広帯域ダイプレクサによって前記量子ビット信号および前記読み出し信号の合成を受信することをさらに含む、請求項２３または２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、超伝導デバイスに関し、より具体的には、周波数分割多重化コンポーネントを用いた希釈冷凍機内部に搭載された超伝導量子プロセッサへの入力ラインの本数の削減に関する。
【背景技術】
【０００２】
「超伝導量子コンピューティング」という語句は、超伝導電子回路内で量子コンピュータを使用することを指す。量子コンピュテーションは、情報処理および通信のための量子現象の応用を研究する。量子コンピュテーションに関する様々なモデルが存在し、最も一般的なモデルは、量子ビットおよび量子ゲートの概念を組み込む。量子ビットは、２つの可能な状態を有するが両状態の量子重ね合わせにあり得るビットの一般化として考えることができる。量子ゲートは、このゲートが１つまたは複数の量子ビットに適用された後に、この１つまたは複数の量子ビットが受ける元の状態からの変化を量子ゲートが説明しているという点で論理ゲートの一般化として考えることができる。量子ビットおよびゲートの物理的実装は、量子現象が日常生活において観測するのが難しいのと同じ理由で実施するのが困難であり得る。手法の１つは、極端に低い作動温度という代償を払うことによって、量子効果が巨視的になる超伝導体において量子コンピュータを実施することである。
【０００３】
典型的には、超伝導量子コンピュータは、マイクロ波周波数範囲内で働くように設計され、希釈冷凍機内で１００ミリ・ケルビン（ｍＫ）未満に冷却され、従来の電子機器を用いて通信（例えば、アドレス指定）される。量子ビットの典型的な寸法は、サブマイクロメートルの分解能でマイクロメートルのスケールであり、よく確立された集積回路技術を用いて（システムの全エネルギーに対応する演算子である）量子ハミルトニアンの都合の良い設計を可能にする。上記冷却プロセスに使用できる希釈冷凍機の一例は、３Ｈｅ／４Ｈｅ希釈冷凍機であり、この３Ｈｅ／４Ｈｅ希釈冷凍機は、低温領域内において可動部品なしで２ｍＫほどの温度まで連続的な冷却を行う極低温装置である。冷却力は、ヘリウム３とヘリウム４の同位体を混合することに関する熱によって与えられる。０．３Ｋ未満の温度に到達する継続的な冷凍方法だけが検討され得る。現代の希釈冷凍機は、液体窒素、液体ヘリウム、および１Ｋ槽に代えてクライオクーラを用いて３Ｈｅを予冷することができる。これらの「ドライ・クライオスタット」には極低温液体の外部源は必要とされず、動作は非常に自動化され得る。ドライ希釈冷凍機は、一般に、２つの設計のうちの一方に従う。一方の設計は内部真空缶を組み込み、この内部真空缶を使用して（熱交換ガスを用いて）室温からパルス管冷凍機のベース温度に至るまで機械を最初に予冷する。しかしながら、冷凍機が冷却されるたびに、極低温温度に保持する真空シールが作製される必要があり、低温真空フィードスルーが試験配線に使用されなければならない。他方の設計は、それが予冷のために熱スイッチを必要とするので、実現するのにより多くの要求がある。しかしながら、他方の設計は内部真空缶を必要とせず、このことは試験配線の複雑さを大いに低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、当技術分野において前述の問題に対処する必要性がある。
本発明は、量子プロセッサの量子ビットへの入力ラインおよび読み出し共振器への入力ラインを減少させるルータ、ルータを構成する方法、およびルータのための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様から見ると、本発明は、量子ビット信号分配装置と、読み出し信号分配装置と、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されたダイプレクサと、を備えるルータを提供する。
【０００６】
さらなる態様から見ると、本発明は、ルータを構成する方法であって、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、ダイプレクサを前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されるように構成することと、を含む方法を提供する。
【０００７】
さらなる態様から見ると、本発明は、量子ビット信号分配装置と、読み出し信号分配装置とを備えたルータであって、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、それぞれの量子プロセッサにそれぞれ通信可能に結合されている、ルータを提供する。
【０００８】
さらなる態様から見ると、本発明は、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置をそれぞれの量子プロセッサに別々に接続可能であるように構成することと、を含む、ルータを構成する方法を提供する。
【０００９】
さらなる態様から見ると、本発明は、量子ビット信号分配装置によって量子ビット信号を受信することと、読み出し信号分配装置によって読み出し信号を受信することと、前記量子ビット信号および前記読み出し信号を量子プロセッサへ分配することと、を含む、ルータのための方法を提供する。
【００１０】
本発明の実施形態は、ルータに向けられている。前記ルータの非限定の例は、量子ビット信号分配装置と、読み出し信号分配装置と、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されたダイプレクサと、を備える。
【００１１】
本発明の実施形態は、ルータを構成する方法に向けられている。前記ルータを構成する前記方法の非限定の例は、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、ダイプレクサを前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合するように構成することと、を含む。
【００１２】
本発明の実施形態は、ルータに向けられている。前記ルータの非限定の例は、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を備える。前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、それぞれの量子プロセッサにそれぞれ通信可能に結合されている。
【００１３】
本発明の実施形態は、ルータを構成する方法に向けられている。前記ルータを構成する前記方法の非限定の例は、量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置をそれぞれの量子プロセッサに別々に接続可能であるように構成することと、を含む。
【００１４】
本発明の実施形態は、ルータのための方法に向けられている。ルータのための前記方法の非限定の例は、量子ビット信号分配装置によって量子ビット信号を受信することと、読み出し信号分配装置によって読み出し信号を受信することと、前記量子ビット信号および前記読み出し信号を量子プロセッサへ分配することと、を含む。
【００１５】
さらなる技術的特徴および利益は、本発明の技法によって実現される。本発明の実施形態および態様は、本明細書中に詳細に説明され、クレームされた主題の一部とみなされる。より良く理解するために、詳細な説明および図面を参照する。
【００１６】
本明細書中に記載された排他的権利の詳細は、本明細書の最後にある特許請求の範囲に特に指し示され、明確に権利主張されている。本発明の実施形態の前述および他の特徴および利点は、添付図面と共に用いられる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるルータまたはルーティング・アーキテクチャの概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるルータまたはルーティング・アーキテクチャの概略図である。
【図３】本発明の実施形態によるルータまたはルーティング・アーキテクチャの概略図である。
【図４】本発明の実施形態による信号分配装置／コンバイナの概略図である。
【図５】本発明の実施形態による周波数分割多重化ダイプレクサの概略図である。
【図６】本発明の実施形態による希釈冷凍機の図である。
【図７】本発明の実施形態によるルータを構成する方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態によるルータを構成する方法のフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態によるルータのための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】
【００１８】
本明細書中に示された図は例示である。図および本明細書中に示された動作には、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変形例が存在し得る。例えば、行為は、様々な順序で実行されてもよく、または行為は、追加、削除、または変更されてもよい。また、用語「結合される」およびその変形例は、２つの要素間に通信経路を有することを説明しており、それらの間に介在要素／接続がない要素間の直接接続を示唆していない。これらの変形例の全ては、本明細書の一部とみなされる。
【００１９】
説明される実施形態の添付図面および以下の詳細な説明では、図に示された様々な要素は、２桁または３桁の数字の参照番号を備える。わずかな例外を除いて、各参照番号の最も左の数字は、その要素が最初に示される図に対応する。
【００２０】
簡潔にするために、半導体または超伝導デバイスあるいはその両方、および集積回路（ＩＣ）の製造に関連した従来の技法は、本明細書中に詳細に説明される場合も説明されない場合もある。また、本明細書中に記載された様々なタスクおよびプロセスのステップは、本明細書中に詳細に説明されていないさらなるステップまたは機能性を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込まれ得る。特に、半導体デバイスまたは超伝導デバイスあるいはその両方ならびに半導体／超伝導体ベースのＩＣの製造における様々なステップは、よく知られており、したがって、簡略にするために、多くの従来のステップは、よく知られているプロセスの詳細を述べることなく、本明細書中で簡潔にのみ述べられるか、または全体的に省略される。
【００２１】
次に、本発明の態様により具体的に関連する技法の概要に移ると、超伝導量子プロセッサにおけるＮ個の量子ビット読み出し共振器についての最先端では、あるケースにおいて、読み出し信号および量子ビット・ドライブ（qubit drive）を搬送するＮ個の入力ライン、または２Ｎ個の入力ラインが存在しており、Ｎ個の入力ラインは、Ｎ個の共振器に接続し、別のＮ個の入力ラインは、Ｎ個の量子ビットに接続する。超伝導量子プロセッサ内の量子ビット読み出し共振器の個数Ｎが増加するにつれて、以下の望ましくない影響、すなわち、１）必要とされるマイクロ波コンポーネントの量の増大、２）希釈冷凍機の内部でこれらの入力ラインによって占められる体積の増大、３）室温段階から冷凍機に入るノイズの量の増大、４）希釈冷凍機ステージに掛かる重量の増大、５）（より冷却力を必要とする）希釈冷凍機に関する熱負荷の増大、または６）コンポーネントおよびラインの（例えば、物理的、財政的、技術的な）費用の増大、あるいはその組合せが生じる。
【００２２】
次に、本発明の態様の概要に移ると、本発明の１つまたは複数の実施形態は、超伝導量子プロセッサに給電するために使用される希釈冷凍機の内部で入力ラインおよびマイクロ波コンポーネントの個数を削減するための機構を用意することによって先行技術の上記欠点に対処する。本発明の実施形態による量子プロセッサの量子ビットへの入力ラインおよび読み出し共振器への入力ラインを減少させるルータおよび方法が提供される。このルータは、制御ラインが必要ないので、受動的マイクロ波デバイスを使用し、入力ラインの個数および室温から希釈冷凍機に入るノイズを減少させ、入力ライン上で使用されるマイクロ波コンポーネントの個数を減少させるものであり、ただし、入力ライン上のコンポーネントは、減衰器、フィルタ、および赤外フィルタを含む。さらなる技術的な利益として、ルータは、少ない冷却力しか必要としないことによって熱化も改善し、量子プロセッサ段階で読み出し信号と量子ビット信号を合成し、したがって、読み出し信号および量子ビット信号の入力ラインの別個の最適化を可能にする。さらに、本スキームは、既存のラインへの修正をせずに拡張することができるので、このルータは、モジュール性を与える。または、不良のコンポーネントは、交換することができ、量子プロセッサ・チップに影響を与えない。様々な周波数分割多重化（ＦＤＭ）コンポーネントが、量子プロセッサにおける結果として得られる量子ビット周波数に応じて設計および実施され得る。ルータは、とても低損失の信号分配および信号加算を含む。ルータは、いずれのジョセフソン接合も使用せず、量子プロセッサのアーキテクチャの変更を必要としない超伝導回路を用いてチップ上に製造することができる。
【００２３】
より具体的には、本発明の上記態様は、超伝導量子コンピュータに給電する入力ラインを、一方のセットが量子ビット・パルス／ドライブを搬送するとともに別のセットが読み出しパルス／トーンを搬送する２セットの入力ラインに分離するように構成されている（図１、図２、および図３に示された）ルータまたはルーティング・アーキテクチャを与えることによって先行技術の欠点に対処する。ルーティング・アーキテクチャは、超伝導量子プロセッサの入力前に、周波数分割多重化を用いる１入力Ｍ出力信号分配装置を、希釈冷凍機内の混合室においてまたはより高いステージにおいて入力ラインの各セットの各入力ラインに接続するように構成されている。１入力Ｍ出力信号分配装置は、信号分配装置の入力に入るＭ個の異なる周波数を有するＭ個の異なるマイクロ波信号を、信号分配装置の出力におけるＭ個の異なる物理的ポートに分離する。量子ビットがそれらの読み出し共振器と同じ給電ライン（feedline）またはポートを共有する場合、量子ビットおよび読み出し共振器ごとに、ルータは、指定された読み出し信号と駆動信号を組み合わせ、次いで、（図１に示されるように）２入力１出力ダイプレクサを用いることによって、合成された信号をその共有された給電ラインまたはポートに入力するように構成されている。ダイプレクサは、これら異種の信号（読み出しおよび量子ビット・ドライブ）を（読み出し量子ビット・システムに給電する）同じ伝送ラインの上へ合成することができる。（図２に示されるように）量子ビットが、読み出し共振器から別個の給電ラインを有する場合、ルータは、量子ビットの給電ラインをそれらの指定された量子ビット・ドライブを搬送する信号分配装置の指定された出力に接続するとともに、読み出し共振器の給電ラインをそれらの読み出し信号を搬送する信号分配装置の指定された出力に接続する。
【００２４】
さらに、ルータは、室温から冷凍機に入る１セットの入力ラインを使用するように構成することができ、この入力ラインは、読み出し信号と量子ビット・ドライブの両方を搬送する。ルータは、（図３に示されるように）読み出しトーンおよびドライブ・トーン（readout and drive tones）のスペクトルを含む広帯域ダイプレクサを用いて、例えば４Ｋステージなどの希釈冷凍機におけるあるステージにおいて各入力ライン上で搬送される読み出し信号および量子ビット・ドライブを分離するように構成されている。ルータは、混合室（例えば、ステージ５）、または１００ｍＫステージなどのより高いステージ、あるいはさらにより高いものへ至る量子ビット・ドライブおよび読み出しトーンのための２つの別個の入力ラインに接続することができる。ルータは、２つの内部的に（希釈冷凍機の内部で）別個の入力ラインによって搬送される読み出しトーンと駆動信号を分割し次いで、（超伝導量子プロセッサへの入力の前に）読み出しトーンと駆動信号を合成することができる。
【００２５】
次に、本発明の態様のより詳細な説明に移ると、図１は、本発明の実施形態によるルータまたはルーティング・アーキテクチャ１００の概略図を示す。この例では、ルーティング・アーキテクチャ１００は、２つの信号分配装置１０８および１１０を有するものとして示されている。信号分配装置１０８は、入力量子ビット信号を受信する量子ビット入力ライン１０４に接続された入力と、狭帯域ダイプレクサ１１２に接続された出力とを有する。信号分配装置１１０は、入力読み出し信号を受信する入力ライン１０６に接続された入力ポートと、ダイプレクサ１１２に接続された出力ポートとを有する。それぞれのダイプレクサ１１２は、量子ビット共振器システム１１４などの量子システムにそれぞれ接続される。信号分配装置１０８、１１０、およびダイプレクサ１１２は、超伝導体材料または低損失材料あるいはその両方で形成することができる。ルーティング・アーキテクチャ１００は、希釈冷凍機１０２（またはその一部）に搭載される入力ライン１０４および１０６を有し、ルータ１００のコンポーネントは、希釈冷凍機１０２内にある。
【００２６】
２つの信号分配装置１０８および１１０は、それぞれが１つの入力ポートとＭ個の出力ポートとを有するもの（１→Ｍ）として示されている。１つの量子ビット信号分配装置１０８が示されているとともに、１つの読み出し共振器信号分配装置１１０が示されているが、複数ペアのそれぞれがあってもよい。すなわち、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し共振器信号分配装置１１０が、ペアとして利用される。したがって、１つの入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有する所与のルータについて、量子プロセッサに接続された（２つのペアのための）２つの量子ビット信号分配装置１０８および２つの読み出し共振器信号分配装置１１０があってもよく、量子プロセッサに接続された（３つのペアのための）３つの量子ビット信号分配装置１０８および３つの読み出し共振器信号分配装置１１０、４つのペア、１０個のペア、５０個のペア、数百個のペア、数千個のペアなどがあってもよい。
【００２７】
信号分配装置１０８は、入力ライン１０４上の入力量子ビット信号の合成をその入力ポートで受信するとともに、ライン１０５上の個々の量子ビット信号を（出力ポート１〜Ｍから）別個のダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍへ輸送するように構成されている。入力量子ビット信号の合成は、それぞれ異なる周波数にある第１の量子ビット信号ないし最後の量子ビット信号であり得る。例えば、第１の量子ビット周波数における第１の量子ビット信号はｆＱ１であり、第２の量子ビット周波数における第２の量子ビット信号はｆＱ２であり、最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット周波数まで至る。ｆＱ１＜ｆＱ２＜ｆＱ３．．．＜ｆＱＭであると仮定される。信号分配装置１０８は、それらのそれぞれの量子ビット周波数に基づいて、入力ポートで受信した入力量子ビット信号の合成を異なる出力ポート１〜Ｍへ分配する。例えば、信号分配装置１０８は、第１の量子ビット周波数ｆＱ１における第１の量子ビット信号を（ポート１から）ダイプレクサ１１２＿１のＱで示された低周波数入力へ送信するように構成されている。同様に、第２の量子ビット周波数ｆＱ２における第２の量子ビット信号は、（量子ビット信号分配装置１０８のポート２から）ダイプレクサ１１２＿２の低周波数入力Ｑへ送信される。最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット周波数は、（量子ビット信号分配装置１０８のポートＭから）ダイプレクサ１１２＿Ｍの低周波数入力Ｑへ送信される。
【００２８】
信号分配装置１０８に類似して、信号分配装置１１０は、入力ライン１０６上の入力読み出し信号の合成をその（単一の）入力ポートで受信するとともに、ライン１０７上の個々の読み出し信号を（出力ポート１〜Ｍから）別個のダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍへ輸送するように構成されている。入力読み出し信号の合成は、それぞれ異なる周波数にある第１の読み出し信号ないし最後の読み出し信号であり得る。例えば、第１の読み出し周波数における第１の読み出し信号はｆＲ１であり、第２の読み出し周波数における第２の読み出し信号はｆＲ２であり、および最後の読み出し周波数における最後の読み出し周波数はｆＲＭである。ｆＲ１＜ｆＲ２＜ｆＲ３．．．＜ｆＲＭであると仮定される。信号分配装置１１０は、それらのそれぞれの読み出し周波数に基づいて、入力ポートで受信した入力読み出し信号の合成を異なる出力ポート１〜Ｍへ分配する。例えば、信号分配装置１１０は、第１の読み出し周波数ｆＲ１における第１の読み出し信号を（出力ポート１から）ダイプレクサ１１２＿１のＲで示される高周波入力へ送信するように構成されている。同様に、第２の読み出し周波数ｆＲ２における第２の読み出し信号は、（読み出し信号分配装置１１０の出力ポート２から）ダイプレクサ１１２＿２の高周波入力Ｒへ送信される。最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の読み出し周波数は、（読み出し信号分配装置１１０の出力ポートＭから）ダイプレクサ１１２＿Ｍの高周波入力Ｒへ送信される。
【００２９】
ダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍは、低周波数入力（Ｑ）で受信した量子ビット信号と高周波入力（Ｒ）で受信したそれぞれの読み出し信号を合成するようにそれぞれ構成されている。例えば、低周波数ポートＱにおいて、ダイプレクサ１１２＿１は、信号分配装置１０８のポート１から第１の量子ビット周波数ｆＱ１における第１の量子ビット信号を受信し、高周波数ポートＲにおいて、ダイプレクサ１１２＿１は、信号分配装置１１０のポート１から第１の読み出し周波数ｆＲ１における第１の読み出し信号を受信する。ダイプレクサ１１２＿１は、ポートＱおよびＲで受信した信号を合成し、ポートＱ＋Ｒで合成した量子ビット信号および読み出し信号を量子コンピュータ１５０の量子ビット共振器１１４＿１へ出力する。量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍは、全て一緒に個々の量子プロセッサである。量子ビット共振器１１４は、図２に示された量子ビット２０２などの量子ビットおよび共振器２０４などの読み出し共振器をそれぞれ含む。
【００３０】
同様に、低周波数ポートＱにおいて、ダイプレクサ１１２＿２は、信号分配装置１０８の出力ポート２から第２の量子ビット周波数ｆＱ２における第２の量子ビット信号を受信し、高周波数ポートＲにおいて、ダイプレクサ１１２＿２は、信号分配装置１１０の出力ポート２から第２の読み出し周波数ｆＲ２における第２の読み出し信号を受信する。ダイプレクサ１１２＿２は、ポートＱおよびＲで受信した信号を合成し、ポートＱ＋Ｒで合成した量子ビット信号および読み出し信号を量子コンピュータ１５０の量子ビット共振器１１４＿２へ出力する。同様に、低周波数ポートＱにおいて、ダイプレクサ１１２＿Ｍは、信号分配装置１０８の出力ポートＭから最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット信号を受信し、高周波数ポートＲにおいて、ダイプレクサ１１２＿Ｍは、信号分配装置１１０の出力ポートＭから最後の読み出し周波数ｆＲＭにおける最後の読み出し信号を受信する。ダイプレクサ１１２＿Ｍは、ポートＱおよびＲで受信した信号を合成し、ポートＱ＋Ｒで合成した量子ビット信号および読み出し信号を量子コンピュータ１５０の量子ビット共振器１１４＿Ｍへ出力する。
【００３１】
ルータ１００は希釈冷凍機１０２内にあり、一方、入力ライン１０４および１０６は、冷凍機１０２の内部からルータ１００に接続するたった２つのラインである。ルータ１００は、信号分配装置１０８および１１０（量子ビット信号を分配する１つと読み出し信号を分配する１つ）、伝送ライン１０５および１０７、ならびにダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍを含む。伝送ライン１０９は、ダイプレクサ１１２をそれぞれの量子ビット共振器１１４に接続する。
【００３２】
図１では、各量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍが単一ラインと、入力量子ビット信号と読み出し共振器信号の両方を受信する単一ポートとを有すると仮定される。言い換えれば、各量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍは、同じポート／ライン上でその入力量子ビット信号および入力読み出し信号を受信する。いくつかの量子コンピュータ／プロセッサでは、入力読み出し共振器信号から入力量子ビット信号が別個のラインおよびポートで受信されるように、量子ビットのポートおよび読み出し共振器のポートは別個である。
【００３３】
図２は、本発明の実施形態によるルータ１００の概略を示す。図２のルータ１００は、図１に示されたものとわずかに異なる構成を有する。特に、量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍが量子ビット２０２ごとにおよび読み出し共振器２０４ごとに別個のポートを有するので、図２のルータ１００は、ダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍを利用しない。したがって、量子ビット信号および読み出し信号は、図２の量子ビット共振器１１４へ送られる前に、ダイプレクサ１１２を用いて単一ポートに合成される必要がない。したがって、図２は、ルータ１００が量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍの量子ビット２０２および読み出し共振器２０４のために別個のポートおよび入力ラインを有する量子コンピュータ１５０に利用できることを示す。
【００３４】
図２では、２つの信号分配装置１０８および１１０は、それぞれが１つの入力ポートおよびＭ個の出力ポートを有するもの（１→Ｍ）として示され、信号分配装置１０８は、その入力ポートにおける入力ライン１０４上の入力量子ビット信号の合成を受信し、ライン１０５上の個々の量子ビット信号を量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍ上の別個の量子ビット・ポートに輸送するように構成されている。上述したように、入力量子ビット信号の合成は、それぞれ異なる周波数にある第１の量子ビット信号ないし最後の量子ビット信号であり得る。第１の量子ビット周波数における第１の量子ビット信号はｆＱ１であり、第２の量子ビット周波数における第２の量子ビット信号はｆＱ２であり、最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット周波数まで至り、ｆＱ１＜ｆＱ２＜ｆＱ３．．．＜ｆＱＭであると仮定される。再び、信号分配装置１０８は、それらのそれぞれの量子ビット周波数に基づいて、入力ポートで受信した入力量子ビット信号の合成を異なる出力ポート１〜Ｍへ分配する。しかしながら、図１とは異なり、信号分配装置１０８は、第１の量子ビット周波数ｆＱ１における第１の量子ビット信号を（出力ポート１から）別個の量子ビット・ポートを介して量子ビット共振器１１４＿１の量子ビット２０２へ（直接）送信するように構成されている。見られるように、量子ビット２０２および読み出し共振器２０４が別個の入力ラインに接続されている別個の入力ポートを有するので、図２において、ダイプレクサ１１２は必要とされない。同様に、第２の量子ビット周波数ｆＱ２における第２の量子ビット信号は、（量子ビット信号分配装置１０８の出力ポート２から）別個の量子ビット・ポートを介して量子ビット共振器１１４＿２の量子ビット２０２へ（直接）送信される。最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット周波数は、（量子ビット信号分配装置１０８の出力ポートＭから）別個の量子ビット・ポートを介して量子ビット共振器１１４＿Ｍの量子ビット２０２へ（直接）送信される。
【００３５】
信号分配装置１０８に類似して、信号分配装置１１０は、入力ライン１０６上の入力読み出し信号の合成をその（単一の）入力ポートで受信するとともに、ライン１０７上の個々の読み出し信号を量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍの読み出し共振器の別個のポートへ輸送するように構成されている。入力読み出し信号の合成は、それぞれ異なる周波数にある第１の読み出し信号ないし最後の読み出し信号であり得る。上述したように、第１の読み出し周波数における第１の読み出し信号はｆＲ１であり、第２の読み出し周波数における第２の読み出し信号はｆＲ２であり、最後の読み出し周波数ｆＲＭにおける最後の読み出し周波数まで至り、ｆＲ１＜ｆＲ２＜ｆＲ３．．．＜ｆＲＭである。再び、信号分配装置１１０は、それらのそれぞれの読み出し周波数に基づいて、入力ポートで受信した入力読み出し信号の合成を異なる出力ポート１〜Ｍへ分配する。しかしながら、図１とは異なり、信号分配装置１１０は、第１の読み出し周波数ｆＲ１における第１の読み出し信号を（出力ポート１から）別個の読み出しポートを介して量子ビット共振器１１４＿１の読み出し共振器２０４へ（直接）送信するように構成されている。同様に、第２の読み出し周波数ｆＲ２における第２の読み出し信号は、（信号分配装置１１０の出力ポート２から）別個の読み出しポートを介して量子ビット共振器１１４＿２の読み出し共振器２０４へ（直接）送信される。最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の読み出し周波数は、（信号分配装置１１０の出力ポートＭから）別個の読み出しポートを介して量子ビット共振器１１４＿Ｍの読み出し共振器２０４へ（直接）送信される。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態によるルータ１００の概略を示す。図３は図１および図２のルータ１００の構成を利用することができる。したがって、ルータ１００の一部の詳細は、図３では省略されているが、図１および図２では見ることができる。
【００３７】
図３は、単一入力ライン３０２が、希釈冷凍機１０２の内部にあり、希釈冷凍機１０２内のルータまたはルータ・アーキテクチャ１００に接続する一例を示す。単一入力ライン３０２は、希釈冷凍機１０２の内部の２つの別個の入力ライン１０４および１０６の代わりに、入力量子ビット信号（ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭ）と入力読み出し信号（ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３、．．．ｆＲＭ）の両方を（同時に）搬送する。
【００３８】
単一入力ライン３０２は、加算ポート（Ｑ＋Ｒ）で広帯域ダイプレクサ３０４に接続する。これは、ダイプレクサ３０４が、量子プロセッサ１５０内の量子ビットの全部について量子ビット周波数の全部を包含するとともに量子プロセッサ１５０内の読み出し共振器の全部について読み出し共振器周波数の全部を包含する周波数帯域を有する（ここでは、簡潔にするために、プロセッサ内にＭ個の量子ビットがあると仮定される）ことを意味する広帯域ダイプレクサ３０４である。広帯域ダイプレクサ３０４のやはりＱで示される低周波ポートは、伝送ライン１０４を介して信号分配装置１０８の単一入力ポートに接続される。広帯域ダイプレクサ３０４のやはりＲで示される高周波ポートは、伝送ライン１０６を介して信号分配装置１１０の単一入力ポートに接続される。簡潔にするためにおよび図３をあいまいにさせないように省略されるが、信号分配装置１０８および１１０は、図１および図２に示されるように、量子コンピュータ１５０の量子ビット共振器１１４に接続されている。
【００３９】
図３のルータ１００を動作させる一例を、以下に説明する。加算入力ポートＱ＋Ｒにおいて、広帯域ダイプレクサ３０４は、入力ライン３０２上で、第１の量子ビット周波数ｆＱ１における第１の量子ビット信号、第２の量子ビット周波数ｆＱ２における第２の量子ビット信号、ないし最後の量子ビット周波数ｆＱＭにおける最後の量子ビット信号を受信するとともに、第１の読み出し周波数ｆＲ１における第１の読み出し信号、第２の読み出し周波数ｆＲ２における第２の読み出し信号、ないし最後の読み出し周波数ｆＲＭを受信するように構成されている。この例では、量子ビット周波数は、例えば、ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭ＜ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３、．．．ｆＲＭなどの読み出し周波数未満である。したがって、広帯域ダイプレクサ３０４は、量子ビット周波数ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭにおける全ての入力量子ビット信号を低周波出力Ｑ上で出力するように構成されている。広帯域ダイプレクサ３０４は、読み取り周波数ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３、．．．ｆＲＭにおける全ての入力読み出し信号を低周波出力Ｒで出力するように構成されている。
【００４０】
（量子ビット）信号分配装置１０８は、量子ビット入力ライン１０４上の量子ビット周波数ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭにおいてそれぞれ第１のないし最後の量子ビット信号を受信するように構成されている。同様に、（読み出し）信号分配装置１１０は、それぞれ読み取り周波数ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３、．．．ｆＲＭにおける第１のない最後の読み出し信号を読み出し共振器ライン１０６上で受信するように構成されている。次に、信号分配装置１０８および信号分配装置１１０は、それぞれ入力量子ビット信号および入力読み出し信号を受信しているので、ルータ１００の動作は、図１および図２において上述されたものと同じことを継続し、したがって繰り返されない。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態による信号分配装置／コンバイナ１０８、１１０の概略を示す。信号分配装置１０８、１１０は、共通ポート１２０に入力されるマイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｎを、個々のポート１からＭへ分配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ており、マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍがそれぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍの通過帯域に従って向けられる／分配される。説明のために、マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍは、信号分配装置１０８と信号分配装置１１０の両方に適用できる一般的な信号を表し、（それぞれの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＭを有する）マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍは、量子ビットｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭにおける量子ビット信号、または読み取り周波数ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３、．．．ｆＲＭにおける読み出し信号あるいはその両方を表すことができる。
【００４２】
図４では、信号分配装置１０８、１１０は、一般にバンドパス・フィルタ４０５と呼ばれるバンドパス・マイクロ波フィルタを含む。異なるバンドパス・フィルタ４０５は、バンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｎとして示される。各バンドパス・フィルタ４０５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透過（すなわち、通過）され、特定の狭い通過帯域の外側の周波数を有する信号が反射（すなわち、阻止）される、異なる狭い通過帯域を有する。バンドパス・フィルタ４０５＿１は、帯域幅１（ＢＷ１）を有するそれ自体の狭い通過帯域を有し、バンドパス・フィルタ４０５＿２は、帯域幅２（ＢＷ２）を有するそれ自体の狭い通過帯域を有し、ないしバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍは、帯域幅Ｎ（ＢＷＭ）を有するそれ自体の狭い通過帯域を有する。
【００４３】
例えば、バンドパス・フィルタ４０５＿１は、周波数ｆ１を有するマイクロ波信号４５０＿１が通過（透過）することを可能にするが、バンドパス・フィルタ４０５＿１についての通過帯域の外側にある周波数ｆ２からｆＭを有する全ての他のマイクロ波信号４５０＿２から４５０＿Ｍを阻止（反射）する通過帯域（周波数帯域）を備えて構成される。同様に、バンドパス・フィルタ４０５＿２は、周波数ｆ２を有するマイクロ波信号４５０＿２が通過（透過）することを可能にするが、バンドパス・フィルタ４０５＿２についての通過帯域の外側にある周波数ｆ１、ｆ３からｆＭを有する全て他のマイクロ波信号４５０＿１、４５０＿３から４５０＿Ｍを阻止（反射）する通過帯域（周波数帯域）を備えて構成される。類似的に、バンドパス・フィルタ４０５＿Ｍは、周波数ｆＭを有するマイクロ波信号４５０＿Ｍが通過（透過）することを可能にするが、バンドパス・フィルタ４０５＿Ｍについての通過帯域の外側にある周波数ｆ１からｆＭ−１を有する全ての他のマイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍ−１を阻止（反射）する通過帯域（周波数帯域）を備えて構成される。マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｎは、一般にマイクロ波信号４５０と呼ばれる。当業者によって理解されるように、キャビティ−量子ビット量子システムが信号分配装置１０８、１１０に動作可能に接続されているとき、マイクロ波信号４５０は、特定の量子ビットを駆動させるように指定したまたは（読み出し共振器またはキャビティを介して）量子ビットを読み出すように指定したそれぞれの周波数ｆ１からｆＭであり得る。
【００４４】
信号分配装置１０８、１１０は、それぞれのバンドパス・フィルタ４０５に個々に接続されているポート４１０を含む。特に、様々なポート４１０が、ポート４１０＿１、ポート４１０＿２からポート４１０＿Ｍとして指定され、ここで、ポートＭは、ポート４１０の最後を表す。同様に、Ｍは、周波数、マイクロ波信号４５０、バンドパス・フィルタ４０５などの最後を表す。ポート４１０＿１から４１０＿Ｍは、一般に、図１〜図３の出力ポート１〜Ｍを表すことができる。信号分配装置１０８、１１０では、ポート４１０＿１はバンドパス・フィルタ４０５＿１に接続され、ポート４１０＿２はバンドパス・フィルタ４０５＿２に接続され、ポート４１０＿Ｍはバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍに接続される。各ポート４１０＿１からポート４１０＿Ｍは、それ自体のバンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍの一端に接続される。バンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍの他端は、共通ノード４１５を介して共通ポート４２０に接続される。共通ノード４１５は、電気接続のための相互位置として、共通接続点、共通伝送ライン、共通電線などであり得る。共通ポート４２０は、各バンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍに接続し、一方、個々のポート４１０は、それらのそれぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍに（だけ）接続されている。
【００４５】
バンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍだけが、それぞれの通過帯域内でそれぞれのマイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍを透過させるので、信号分配装置１０８、１１０は、（バンドパス・フィルタ４０５の）通過帯域のどれも重なり合っていないように、各バンドパス・フィルタ４０５＿１からバンドパス・フィルタ４０５＿Ｍが、周波数の異なる帯域（またはサブ帯域）を含むように構成される。したがって、各ポート４１０＿１、ポート４１０＿２、ないしポート４１０＿Ｍは、そのそれぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍに接続されるので、マイクロ波信号４５０が任意の１つのポート４１０を通じて共通ノード４１５を介して別のポート４１０の中に（入るのか出るのかに関わらず）漏れないように互いから隔絶される。したがって、各ポート４１０は、他のポート４１０から隔絶され、それ自体のバンドパス・フィルタ４０５に接続される結果として、それ自体のマイクロ波信号４５０を予め定められた周波数で（または予め定められた周波数帯域内で）透過するように設計される。
【００４６】
それぞれのポート４１０、バンドパス・フィルタ４０５、共通ノード４１５、および共通ポート４２０は、伝送ライン４３０を介して互いに接続される。伝送ライン４３０は、ストリップ・ライン、マイクロストリップ、共平面導波路などであり得る。マイクロ波バンドパス・フィルタ４０５は、超伝導共振器、超伝導インダクタ、超伝導ギャップ・コンデンサ、または板コンデンサあるいはその組合せなどの損失のないまたは低損失集中要素、および受動的超伝導要素を用いて設計および実施される。超伝導要素は、（低損失誘電体を有する）集中要素インダクタ、ギャップ・コンデンサ、または板コンデンサあるいはその組合せを含む。他の可能なバンドパス・フィルタの実施は、結合されたライン・フィルタ、または容量結合された直列共振器あるいはその両方を含む。
【００４７】
それぞれのポート４１０、バンドパス・フィルタ４０５、共通ノード４１５、共通ポート４２０、および伝送ライン４３０は、超伝導材料で作製される。さらに、（図１、図２、図３、図４、および図５における）ルータ１００の材料の縁部は、超伝導材料または低損失材料あるいはその両方で作製され得る。（約１０〜１００ミリ・ケルビン（ｍＫ）、または約４Ｋなどの低温における）超伝導材料の例には、ニオブ、アルミニウム、タンタルなどが含まれる。
【００４８】
信号分配装置１０８、１１０は、周波数関係ｆ１＜ｆ２＜．．．＜ｆＭで構成され、ただし、各周波数ｆ１、ｆ２、．．．ｆＭは、それぞれ、バンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍの中心周波数である。信号分配装置１０８、１１０は、それが不等式
【数１】
2020537396.tif 000003
を満足するように構成され、ただしｉ、ｊ＝１、２、．．．Ｍ、およびｊ≠ｉである。この不等式は、バンドパス・フィルタの各ペアの中心周波数ｆｉとｆｊの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する。言い換えれば、不等式は、バンドパス・フィルタのどれも重なり合う帯域幅（すなわち、周波数範囲）を有さないことを確実にする。
【００４９】
信号分配装置１０８、１１０の一実施では、同軸ケーブルは、共通ポート４２０に接続された同軸ケーブルは、異なる周波数ｆ１からｆＭでマイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍを入力し、一方、出力ポート４１０に接続された他の同軸ケーブルは、個々のマイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍを出力するように、共通ポート４２０の外部端に接続することができる。同軸ケーブルの代わりに、ストリップ・ライン、マイクロストリップ、電線などが使用されてもよい。そのそれぞれの周波数ｆ１からｆＭにおける各マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｎについて、個々の周波数ｆ１からｆＭだけが、対応する周波数ｆ１からｆＭを含む通過帯域を有するそれぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍを通過することが可能にされ、したがって、個々のポート４１０＿１からポート４１０＿Ｍを通過する。バンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍの各々が重なり合う通過帯域を有さないので、各マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍは、バンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍのうちの１つを単に通過するように予め定められたそれ自体の周波数ｆ１からｆＭを有する。周波数ｆ１からｆＭのうちのそれ自体の１つにおけるマイクロ波信号４５０は、共通ポート４２０を通じて入力され、各マイクロ波信号４５０＿１から４５０＿Ｍは、共通ノード４１５を通過し、そのそれぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍを通じて送信され、周波数ｆ１からｆＭに従って個々のポート４１０＿１〜Ｍを通じて出てくる。各ポート４１０＿１〜Ｍ（のみ）は、それぞれのバンドパス・フィルタ４０５＿１から４０５＿Ｍによるフィルタリングのために、それ自体のそれぞれの周波数ｆ１からｆＭを出力する。言い換えれば、ポート４１０＿１は、（バンドパス・フィルタ４０５＿１を介して）周波数ｆ１においてマイクロ波信号４５０＿１を出力し、一方、バンドパス・フィルタ４０５＿１は、周波数ｆ２〜ｆＭを阻止する。ポート４１０＿２は、（バンドパス・フィルタ４０５＿２を介して）周波数ｆ２においてマイクロ波信号４５０＿２を出力し、一方、バンドパス・フィルタ４０５＿２は、周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＭを阻止する。同様に、ポート４１０＿Ｍは、周波数ｆＭにおけるマイクロ波信号４５０＿Ｍを（バンドパス・フィルタ４０５＿Ｍを介して）出力し、一方、バンドパス・フィルタ４０５＿Ｍは、周波数ｆ１〜ｆＭ−１を阻止する。
【００５０】
図５は、本発明の実施形態による周波数分割多重化ダイプレクサ１１２、３０４の例の概略図を示す。ダイプレクサ１１２、３０４は、周波数選択的である３ポートのマイクロ波デバイスである。ダイプレクサは、出力ポートで入力信号と入力ポートに入る異なる周波数を合成することができ、その逆も同様である。概して、量子ビット周波数（ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭ）は、例えば、帯域３〜５．５ＧＨｚ内にあり、読み出し周波数（ｆＱ１、ｆＱ２、ｆＱ３、．．．ｆＱＭ）は、例えば、帯域６．５〜１０ＧＨｚ内にある。ダイプレクサ１１２を使用することによって、３０４は、帯域３〜５．５ＧＨｚ内の信号を通過させる一方の入力ポート（Ｑ）、帯域６．５〜１０ＧＨｚ内の信号を通過させる別の入力ポート（Ｒ）、および共通とも呼ばれ得る１つの出力ポートＱ＋Ｒを有し、これらの２つの周波数帯域内にある信号を合成する。類似のやり方では、ダイプレクサ３０４は、図３の信号を分離することに留意されたい。各ダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍは、それが合成する量子ビットおよび読み出し信号に応じて、別々に設計および最適化され得る。代替として、全てのダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍは、それぞれ、使用時の全ての量子ビット周波数、および使用時の全ての読み取り周波数を含む量子ビットおよび読み出しポートのための周波数帯域と同一であるように設計することができる。
【００５１】
全てのダイプレクサが半同一である場合には、ダイプレクサ１１２、３０４のＱ側は、使用時に最大量子ビット周波数よりも大きいカットオフ周波数を有するローパス・フィルタ（ＬＰＦ）、または中心周波数が平均量子ビット周波数に適合するバンドパス・フィルタあるいはその両方を含むことができる。ダイプレクサ１１２、３０４のＲ側は、使用時に最小読み出し周波数よりも小さいカットオフ周波数、または中心周波数が平均読み出し周波数に適合するバンドパス・フィルタあるいはその両方を有するハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）を含むことができる。
【００５２】
図６は、本発明の実施形態による一例の希釈冷凍機１０２の図を示す。この例は、５つのステージを有する希釈冷凍機１０２を示しており、ステージ１は最も温かく、ステージ５は最も冷たい。より多くのステージまたはより少ないステージが利用され得ることを理解されたい。一例として、ステージ１は約４０Ｋ、ステージ２は約４Ｋ、ステージ３は約０．７Ｋ、ステージ４は約０．１Ｋ、およびステージ５は約１０ｍＫとすることができる。ステージ５は、混合室とも呼ばれる。これらの温度は、例示の値に過ぎないことを理解されたい。例えば、ステージ５は、４ｍＫ、１０ｍＫ、１５ｍＫ、２０ｍＫなどとすることができる。
【００５３】
一実施では、希釈冷凍機１０２は、図１および図２に示されるように（希釈冷凍装置の上部の）室温ステージから延びる希釈冷凍機１０２に入るまたはその内部の２つの入力ライン１０４および１０６（１つは量子ビット信号のためのもの、および１つは読み出し信号のためのもの）を有することができ、別の実施は、図３に示されるように、（希釈冷凍装置の上部の）室温ステージから延びる希釈冷凍機１０２に入るまたはその内部の（同時に量子ビット信号と読み出し信号のための）１つの入力ライン３０２を有することができる。破線３０２は、図３に示されるように、ダイプレクサ３０４を有するルータ１００のためのオプション例を表すために示されている。２つの実線１０４および１０６は、ダイプレクサ３０４が存在しないときのルータ１００を表すために、室温から希釈冷凍機１０２に入るものとして示されている。
【００５４】
希釈冷凍機１０２のステージ５は、超伝導量子ビットが配置される場所であり、すなわち、量子ビット共振器１１４＿１から１１４＿Ｍを有する量子コンピュータ１５０は、ステージ５内にある。図１、図２、図３に示されたルータ／ルーティング・アーキテクチャの全てのコンポーネント（例えば、コンポーネント１０８、１１０，１０５、１０７、１１２＿１−Ｍ）がステージ５に位置し、それらが１つのデバイスに組み合わされ、集積回路の一部としてチップ上に実装または一緒に接合される場合、この組み合わされた装置は、ルータと呼ばれ得ることに留意されたい。しかしながら、信号分配装置１０８、１１０などのある種の部品が、より高いステージ、例えば、４Ｋ（ステージ２）に位置し、これに対して、図１のダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍが、ステージ５（０．０１Ｋ）に位置する場合、コンポーネント間の物理的分離、ならびに減衰器および異なるステージにおける同軸ライン・セクションなどの中間コンポーネントの存在により、図１、図２、図３の回路図をルーティング・アーキテクチャとして指すことはより適切である。
【００５５】
減衰器６０２として表された減衰器は、希釈冷凍機１０２内のステージごとに、入力ライン（例えば、量子ビット入力ライン１０４および読み出し共振器入力ライン１０６、または量子ビットと読み出し共振器入力を組み合わせたライン３０２）上にあることに留意されたい。他のマイクロ波コンポーネントが加えられてもよい。当業者に理解されるように、入力ライン（量子ビット入力ライン１０４および読み出し共振器入力ライン１０６、または量子ビットと読み出し共振器入力を組み合わせたライン３０２かに関わらず）は、最終的に超伝導量子コンピュータ１５０に結合する希釈冷凍機１０２内で実施される。
【００５６】
本発明の実施形態は、超伝導量子プロセッサに給電するために使用されている希釈冷凍機内部の入力ラインおよびマイクロ波コンポーネントの個数を減少させることによって、本明細書中に述べられた望ましくない影響を減少させることを理解されたい。例えば、読み出し入力ライン１０６のセット、および量子ビット入力ライン１０４のセット上で１入力Ｍ出力（１→Ｍ）信号分配装置１０８、１１０を用いることによって、本スキームにおける入力ラインの総数は
【数２】
2020537396.tif 000004
である。ただし、Ｎは、駆動される必要がある量子プロセッサ／量子コンピュータ１５０内の量子ビットの個数である。上で利用された例の一部では、Ｎ＝Ｍであり、ただし、Ｍは、信号分配装置１０８、１１０からの出力ポート／ラインの個数であると仮定された。Ｎ＝Ｍであるとき、たった１つの信号分配装置１０８が量子ビット入力ライン１０４のために必要とされるとともに、１つの信号分配装置１１０が読み出し入力ライン１０６のために必要とされる、ルータ１００が存在し得る。しかしながら、ＮがＭよりも大きい場合があり得る。一部の場合では、信号分配装置１０８、１１０の出力Ｍよりも多く、総量子ビット（Ｎ）があり得る。数値例として、
【数３】
2020537396.tif 000005
のためにＮ＝１０００、Ｍ＝７が仮定され、入力ラインの総数は、２×（１４３）＝２８６である。したがって、読み出しセットのための１４３本の入力ライン、および量子ビット・セットのための１４３本の入力ラインがあり、これは、１４３個のペアの入力ライン１０４および１０６が存在することを意味する。同様に、量子ビット信号分配装置１０８の総数は１４３個となり、および読み出し信号分配装置１１０の総数は１４３個となり、これは、１４３個のペアの信号分配装置１０８および１１０が存在することになり、それぞれは、１つの入力ポートおよびＭ＝７の出力ポートを有することを意味する。ブラケット
【数４】
2020537396.tif 000006
は、小数部の解決策が、次の整数（whole number）（すなわち、次の整数（integer））まで切り上げられたことを示す。したがって、入力ラインの小数部および信号分配装置の小数部がないので、（全ての出力ポートＭが利用されてもよくまたは利用されなくてもよいが）１４２．８５７は、１４３に切り上げられた。上の計算に出現する因子２は、図１および図２に示されるように、量子ビット・ドライブおよび読み出しトーンのために別個の入力ラインが存在することを指すことに留意されたい。
【００５７】
別の数値例として、入力ラインの総数が２×２０＝４０となるように、Ｎ＝１００およびＭ＝５である。したがって、読み出しセットのための２０個の読み出し入力ライン、および量子ビット・セットのための２０個の量子ビット入力ラインが存在し、これは、２０ペアの入力ライン１０４および１０６があることを意味する。同様に、量子ビット信号分配装置１０８の総数は２０個であり、および読み出し信号分配装置１１０の総数は２０個であり、これは、２０ペアの信号分配装置１０８および１１０が存在し、それぞれは１入力ポートおよびＭ＝５の出力ポートを有することを意味する。
【００５８】
最先端のものは、希釈冷凍機１０２に外部から入る入力ラインを本発明の実施形態よりも多く必要とする。最先端のものは、これらの入力ラインが希釈冷凍機に外部から入り、異なるステージを通過して量子プロセッサに到達するように、（それらが別個のポートを有するとき）量子プロセッサ内の量子ビットごとの入力ラインと、量子プロセッサ内の読み出し共振器ごとの入力ラインとを必要とする。当業者によって理解されるように、これらの入力ラインは、異なるステージにおける異なるセクションからなり、異なるステージで異なる減衰器およびフィルタに接続される。入力ラインの異なるセクションは、希釈冷凍装置内のステージを熱的に隔離し、ラインの異なるステージへの良好な熱アンカリング（thermal anchoring）も実現するために必要である。したがって、１０００個の量子ビットがある場合、最先端では、１０００個の量子ビット入力ラインが必要とされる。同様に、量子ビットおよび読み出し共振器が最先端の量子プロセッサにおいて別個のポートを有する場合に、さらなる１０００個の読み出し共振器ラインが必要とされる。
【００５９】
さらに、ルータ１００は、何ら制御ラインまたは制御信号を使用しないことに留意されたい。特に、ルータ１００は、受動的マイクロ波コンポーネント（だけ）を使用する。ルータ１００は、読み出し入力ライン・セットおよび量子ビット入力ライン・セットに別々に搭載された減衰およびコンポーネントの最適化を可能にする。上述したように、ルータ１００は、入力ライン上のコンポーネントが減衰器、フィルタ、および赤外フィルタを含む場合に、入力ラインの個数および室温から希釈冷凍機１０２に入るノイズを減少させ、入力ラインに使用されるマイクロ波コンポーネントの個数を減少させる。例えば、図６に示されるように、各入力ラインが、希釈冷凍装置内で異なるステージに６つのセクション、すなわち、室温（冷凍装置の上部）、４０Ｋ（ステージ１）、４Ｋ（ステージ２）、０．７Ｋ（ステージ３）、０．１Ｋ（ステージ４）、０．０１Ｋ（ステージ５）を有する場合、かつ、室温のセクションを除いて、各セクションが固定された減衰器に接続する場合、実施形態は、入力ラインあたり６本のケーブル・セクションおよび５個の減衰器を有することができる。したがって、入力ラインの本数を減少させることによって、本発明の実施形態は、使用するケーブル・セクションおよび減衰器の個数を有効にカットする。また、（入力ラインの本数を減少させることにより）大量のこれらのコンポーネントをなくすことによって、本発明の実施形態は、冷凍装置によって保持される重量を減少させ、冷凍装置を配線する費用を削減し、冷却される必要がある冷凍装置の内部の熱質量を減少させる（したがって、必要とされる冷凍装置の冷却力を減少させ、またはより多くの入力ラインが同じ冷却力のために設置されることを可能にする）ことに留意されたい。
【００６０】
さらに、ルータ１００のセットアップは、１つまたは複数のステージについてルータ１００（すなわち、そのコンポーネント）が中に配置され得るオプションを与える。オプションの１つとして、ルータ１００は、最適な位置とみなされ得る希釈冷凍機１０２のステージ５に配置される。ステージ５において、ルータ１００は、量子プロセッサ１５０に最も近い。したがって、（Ｎ＝Ｍと仮定するときの）２つの入力ライン１０４および１０６、または（Ｎ＞Ｍの場合でも）１つの入力ライン３０２は、ステージ５におけるルータ１００に到達するために、ステージ１〜５を通過する。１つ入力ライン３０２が、希釈冷凍機１０２の外側からルータ１００へ給電している場合、これは、１×５＝５個減衰器を必要とする。２つの入力ライン１０４および１０６が希釈冷凍機１０２の外側からルータ１００に給電している場合、これは、２×５＝１０個の減衰器を必要とする。ステージ５にルータ１００を有することによって、これは、量子ビット信号分配装置１０８がステージ５にあり、読み出し信号分配装置１１０がステージ５にあることを意味する。
【００６１】
他のオプションとして、ルータ１００は、ステージ１、２、３、または４あるいはその組合せに配置されてもよい。言い換えれば、信号分配装置１０８、１１０、ダイプレクサ１１２（使用する場合）、およびダイプレクサ３０４（使用する場合）は、まとめてまたは個々にあるいはその両方でステージ１、２、３、４、または５あるいはその組合せに配置され得る。一実施では、ダイプレクサ３０４は、（信号分配装置１０８、１１０、ダイプレクサ１１２などの）他のコンポーネントよりも温かいステージに配置され得る。
【００６２】
さらに、ルータ１００は、チップ上の集積回路、プリント回路基板などとして実施することができ、チップ／回路基板は、ステージ５などの所望のステージに配置することができる。
【００６３】
本明細書中に述べられた入力スキームは、量子制限されたジョセフソン増幅器に給電するポンプ・ラインまたは他のマイクロ波ベースの制御ラインなどの超伝導量子コンピュータのための他のマイクロ波入力ラインに同様に適用され得ることに留意されたい。
【００６４】
様々なタイプの量子プロセッサが存在する。本発明の実施形態は、（表面符号（surface code）誤り訂正アルゴリズムを実行するためのプラットフォームとしての）表面符号アーキテクチャ、または任意の様々な誤り訂正アーキテクチャを使用する量子プロセッサに給電するために使用できることを理解されたい。表面符号アーキテクチャに関して、主な要求は、アーキテクチャがブロックを構築するｃＱＥＤ（回路量子電磁力学）を使用することと、量子ビットおよび読み出し信号が、同じ給電ライン（後者はオプション）を用いて各量子ビット読み出しシステムへ供給されることである。別の要求は、量子ビット周波数が、Ｍまたはよりはっきりした周波数帯域内で区別できるまたは存在するということである。量子プロセッサに使用される量子ゲートが多重共鳴ゲート（またはその変形例）に基づき、量子ビットがその量子ビット共鳴または量子ビット共鳴近くの周波数を有する量子ビット信号を受信することができる（ただし、近くの量子ビットは、バス／カプラによって共に結合される量子ビットであり、多重共鳴ゲートにかけられ得る）状況が存在する場合があり、この場合には、ルータ１００のこの拡張可能性スキームを用いて、量子ビット信号と指定された量子ビットの間の一対一のマッピングを与えるために、近くの量子ビットの給電ラインと異なる信号分配装置の間で適合することが可能である。以下は、表面符号アーキテクチャを有するとともに多重共鳴ゲートを用いる量子コンピュータ１５０と共に使用されるルータ１００を使用／構成する一例である。１）表面符号の単位セル内の近くの量子ビットは、５つの明確な周波数帯域、例えば、４〜４．２ＧＨｚ、４．３〜４．５ＧＨｚ、４．６〜４．８ＧＨｚ、４．９〜５．１ＧＨｚ、５．２〜５．４ＧＨｚのうちの１つの周波数帯域内にある量子ビット周波数を有するように設計され得る。２）量子ビット・ライン上の信号分配装置は、５つの出力物理ポートを有し、それぞれは、これらの帯域のうちの１つの内にある量子ビット信号を送信し、すなわち、第１の出力は、帯域４〜４．２ＧＨｚ内で送信し、第２の出力は、帯域４．３〜４．５ＧＨｚ内で送信し、第３の出力は、帯域４．６〜４．８ＧＨｚ内で送信し、第４のポートは、帯域４．９〜５．１ＧＨｚ内で送信し、第５のポートは、帯域５．２〜５．４ＧＨｚ内で送信する。そして、各信号分配装置の出力ポートは、それらの共通の帯域に基づいて異なる単位セル内で近くにない量子ビットに接続する。
【００６５】
ルータ１００の回路要素およびルータ１００に接続された回路要素は、超伝導材料で作製することができる。それぞれの共振器、および伝送／給電／ポンプ・ラインは、超伝導材料、または銅、銀、金等などの非常に低損失の通常の金属で作製される。ハイブリッド・カプラは、超伝導材料で作製することができる。（約１０〜１００ミリ・ケルビン（ｍＫ）または約４Ｋなどの低温における）超伝導材料例には、ニオブ、アルミニウム、タンタルなどを含む。例えば、ジョセフソン接合は、超伝導材料から作製され、そのトンネル接合は、酸化物などの薄いトンネル障壁で作製され得る。コンデンサは、低損失誘電体材料によって隔てられた超伝導材料で作製され得る。様々な要素を接続する伝送ライン（すなわち、電線）は、超伝導材料または銅、銀、金等などの非常に低損失の通常の金属で作製される。
【００６６】
図７は、本発明の実施形態によるルータ１００を構成する方法のフローチャート７００を示す。ブロック７０２において、１つまたは複数の量子ビット信号分配装置１０８（１つの量子ビット信号分配装置１０８が示されているが、複数の量子ビット信号分配装置１０８があってもよい）、および１つまたは複数の読み出し信号分配装置１１０（１つの読み出し信号分配装置１１０が示されているが、複数の読み出し信号分配装置１１０があってもよい）が用意される。ブロック７０４において、図１に示されるように、ダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍは、（１つまたは複数の）量子ビット信号分配装置１０８と（１つまたは複数の）読み出し信号分配装置１１０の両方に接続されるように構成されている。
【００６７】
量子ビット信号分配装置１０８は、量子ビット入力ライン１０４に接続するように構成されている。読み出し信号分配装置１１０は、読み出し入力ライン１０６に接続するように構成されている。
【００６８】
ダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍは、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０を量子プロセッサ１５０に接続するように構成されている。量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０は、量子ビット信号および読み出し信号分配装置なしで量子プロセッサに接続するのと比較して、より少ない量子ビット入力ライン１０４および読み出し入力ライン１０６しか必要としない。
【００６９】
図３に示されるように、広帯域ダイプレクサ３０４は、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０の入力側に接続されるように構成されている。広帯域ダイプレクサ３０４は、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたライン（combination qubit input and readout input line）３０２に接続するように構成されている。
【００７０】
図８は、本発明の実施形態によるルータ１００を構成する方法のフローチャート８００を示す。ブロック８０２において、１つまたは複数の量子ビット信号分配装置１０８（１つの量子ビット信号分配装置１０８が示されているが、複数の量子ビット信号分配装置１０８があってもよい）、および１つまたは複数の読み出し信号分配装置１１０（１つの読み出し信号分配装置１１０が示されているが、複数の読み出し信号分配装置１１０があってもよい）が用意される。ブロック８０４において、図２に示されるように、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０は、量子プロセッサに別々に接続可能であるように構成されている。
【００７１】
量子ビット信号分配装置１０８は、量子ビット入力ライン１０４に接続するように構成され、読み出し信号分配装置１１０は、読み出し入力ライン１０６に接続するように構成されている。量子ビット信号および読み出し信号分配装置を用いずに量子プロセッサ１５０に接続するものと比較して、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０は、より少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない。
【００７２】
広帯域ダイプレクサ３０４は、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０の入力側に接続されている。広帯域ダイプレクサは、（量子プロセッサ１５０内の量子ビットを駆動するのに必要な）量子ビット入力信号と（量子プロセッサ１５０内の読み出し共振器を駆動するのに必要な）読み出し入力信号の両方を受信するために、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたライン３０２に接続するように構成されている。
【００７３】
図９は、本発明の実施形態によるルータ１００のための方法のフローチャート９００である。ブロック９０２において、量子ビット信号は、量子ビット信号分配装置１０８によって受信される。ブロック９０４において、読み出し信号は、読み出し信号分配装置１１０によって受信される。ブロック９０６において、量子ビット信号および読み出し信号は、量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０によって量子プロセッサ１５０へ分配される。
【００７４】
量子ビット信号および読み出し信号を量子プロセッサ１５０へ分配することは、ダイプレクサ１１２が量子ビット信号および読み出し信号を量子プロセッサへ供給するように量子ビット信号および読み出し信号を量子ビット信号分配装置１０８および読み出し信号分配装置１１０の両方からダイプレクサ１１２＿１から１１２＿Ｍへ分配することを含む。量子ビット信号と読み出し信号の組合せは、広帯域ダイプレクサ３０４によって受信され、広帯域ダイプレクサ３０４は、量子ビット信号を量子ビット信号分配装置１０８へ分配するとともに、読み出し信号を読み出し信号分配装置１１０へ分配するようになっている。
【００７５】
様々な本発明の実施形態は、関連した図面を参照しつつ本明細書中に説明されている。代替実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく考案され得る。様々な接続および位置の関係（例えば、上、下方、隣接など）が、以下の説明および図面において要素間に記述されているが、当業者は、本明細書中に記載された位置関係の多くは、向きが変わったとしても記載された機能が維持されるとき、向きに依存しないと認識するであろう。これらの接続関係または位置関係あるいはその両方は、別段の定めがない限り、直接または間接とすることができ、本発明は、この点に限定されるものではない。したがって、実在の結合は、直接結合または間接的結合のどちらかを指すことができ、実在の間の位置関係は、直接の位置関係または間接的な位置関係であり得る。間接的な位置関係の一例としては、層「Ｂ」を覆う層「Ａ」を形成することの本説明における言及は、層「Ａ」および層「Ｂ」の関連特性および機能性が中間層によって実質的に変更されない限り、１つまたは複数の中間層（例えば、層「Ｃ」）が層「Ａ」層「Ｂ」の間にある状況を含む。
【００７６】
以下の定義および略語は、特許請求の範囲および本明細書の解釈のために使用されるものとする。本明細書中に使用されるとき、用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、「収容する」、または「収容している」、あるいはそれらの任意の他の変形は、非排他的な介在物（inclusion）を含むものとする。例えば、様々な要素を含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素だけに限定される必要はなく、明確にリストアップされていない他の要素またはそのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有の要素を含むことができる。
【００７７】
さらに、用語「例示的な」は、「一例、例、または例示として働くこと」を意味するために本明細書中に使用される。「例示的な」として本明細書中に記載された任意の実施形態または設計は、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であるとして解釈される必要はない。用語「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」は、１以上の任意の整数、すなわち、１、２、３、４などを含むと理解される。用語「複数」は、２以上の任意の整数、すなわち、２、３、４、５などを含むと理解される。用語「接続」は、間接的「接続」と直接「接続」を含み得る。
【００７８】
本明細書における「一実施形態」、「ある実施形態」、「一例の実施形態」などの参照は、説明された実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含むことができるが、全ての実施形態がこの特定の特徴、構造、または特性を含んでも、含まなくてもよいことを示す。また、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態と共に説明されているとき、明示的に説明されているか否かに関わらず、他の実施形態と共にあるそのような特徴、構造、または特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内にあることを申し上げる。
【００７９】
以下説明のために、用語「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、およびそれらの派生語は、描かれている図中で向けられているように、説明された構造および方法に関するものとする。用語「上に重なる」、「頂上に」、「上部上に」、「上に配置される」、または「頂上に配置される」は、第１の構造などの第１の要素が、第２の構造などの第２の要素上に存在することを意味し、インタフェース構造などの介在要素は、第１の要素と第２の要素の間に存在することができる。用語「直接接触」は、第１の構造などの第１の要素、および第２の構造などの第２の要素が、２つの要素の界面で何らの中間伝導層、絶縁層または半導体層もなく接続されることを意味する。
【００８０】
例えば、「第２の要素に選択的な第１の要素」などの語句「に選択的な」は、第１の要素はエッチングすることができ、第２の要素は、エッチング止めとして働くことができることを意味する。
【００８１】
用語「約」、「実質的に」、「おおよそ」、およびそれらの変形は、本出願の出願時に利用可能な装備に基づいて特定の量の測定に関連した誤差の程度を含むことが意図されている。例えば、「約」は、所与の値の±８％、または５％、または２％の範囲を含むことができる。
【００８２】
本明細書中に前述したように、簡潔にするために、超伝導デバイスおよび集積回路（ＩＣ）製造に関連した従来の技法は、本明細書中に詳細に説明されている場合もそうでない場合もある。しかしながら、次に、背景によって、本発明の１つまたは複数の実施形態の実施に利用され得る超伝導デバイス製造プロセスのより一般的な説明は与えられる。本発明の１つまたは複数の実施形態の実施に使用される特定の製造動作は、個々に知られ得るが、記載されている本発明の動作または結果として得られる構造あるいはその両方の組合せは独特である。したがって、本発明による半導体または超伝導デバイスの製造と共に説明される動作の独特な組合せは、絶縁（例えば、シリコン）基板を覆う超伝導上で実行される種々の個々に知られた物理的および化学的プロセスを利用し、それらの一部は、直後の段落に記載されている。
【００８３】
概して、ＩＣの中にパッケージされるマイクロチップを形成するために使用される様々なプロセスは、膜堆積、除去／エッチング、およびパターンニング／リソグラフィを含む一般的なカテゴリーに分類される。堆積は、ウェハ上へ材料を成長、コーティング、または他の方法で移送する任意のプロセスである。利用可能な技術には、とりわけ、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、電気化学堆積（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、およびより最近は、原子層堆積（ＡＬＤ）が含まれる。除去／エッチングは、ウェハから材料を除去する任意のプロセスである。例には、エッチング・プロセス（ウェットまたはドライ）、および化学機械平坦化（ＣＭＰ）などが含まれる。導体（例えば、ポリシリコン、アルミニウム、銅など）と絶縁体（例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどの様々な形態）の両方の膜は、コンポーネントを接続および隔離するために使用される。リソグラフィは、基板へのパターンの続く転写のための半導体基板上の３次元レリーフ像またはパターンの形成である。リソグラフィでは、パターンは、フォトレジストと呼ばれる感光性ポリマーによって形成される。回路の複雑な構造を構築するために、リソグラフィおよびエッチング・パターンの転写ステップは、複数回繰り返される。ウェハ上に印刷される各パターンは、前に形成されたパターンに位置合わせされ、ゆっくりと、導体、絶縁体，および他の領域は、最終的なデバイスを形成するまで構築される。
【００８４】
図中のフローチャートおよびブロック図は、様々な本発明の実施形態による製造方法または動作方法あるいはその両方の可能な実施を示す。方法の様々な機能／動作は、流れ図にブロックで表される。いくつかの代替実施形態では、ブロックに示された機能は、図に示された順序以外で行われてもよい。例えば、含まれている機能に応じて、連続して示された２つのブロックは、実際には、ほぼ同時に実行されてもよく、または、場合によっては、これらのブロックは、逆の順序で実行されてもよい。
【００８５】
様々な本発明の実施形態の説明は、例示のために示されており、排他的であるまたは説明した実施形態に限定されることは意図されていない。多くの修正および変形が、説明された実施形態の範囲から逸脱することなく、当業者に明らかであろう。本明細書中に使用される専門用語は、実施形態の原理、実際の応用、または市場で見られる技術を超える技術的改善を最もよく説明するために、あるいは当業者が本明細書中に記載された実施形態を理解できるように選択された。
【図１】
2020537396.tif 000007
【図２】
2020537396.tif 000008
【図３】
2020537396.tif 000009
【図４】
2020537396.tif 000010
【図５】
2020537396.tif 000011
【図６】
2020537396.tif 000012
【図７】
2020537396.tif 000013
【図８】
2020537396.tif 000014
【図９】
2020537396.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月16日(2020.6.16)
【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】
ルータであって、
量子ビット信号分配装置と、
読み出し信号分配装置と、
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されたダイプレクサと、
を備えるルータ。
【請求項２】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合されるように構成されている、請求項１に記載のルータ。
【請求項３】
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項１または２に記載のルータ。
【請求項４】
前記ダイプレクサは、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置を量子プロセッサに通信可能に結合するように構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のルータ。
【請求項５】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を使用しない場合よりも、量子プロセッサに通信可能に結合されたより少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項１ないし４のいずれかに記載のルータ。
【請求項６】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合された広帯域ダイプレクサをさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載のルータ。
【請求項７】
前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項６に記載のルータ。
【請求項８】
ルータを構成する方法であって、
量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、
ダイプレクサを前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置に通信可能に結合されるように構成することと、
を含む方法。
【請求項９】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ルータであって、
量子ビット信号分配装置と、
読み出し信号分配装置と
を備えたルータであって、前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、それぞれの量子プロセッサにそれぞれ通信可能に結合されている、ルータ。
【請求項１１】
前記量子ビット信号分配装置は、量子ビット入力ラインに通信可能に結合するように構成され、
前記読み出し信号分配装置は、読み出し入力ラインに通信可能に結合するように構成されている
請求項１０に記載のルータ。
【請求項１２】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置は、前記量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を使用しない場合よりも、前記量子プロセッサに通信可能に結合されたより少ない量子ビット入力ラインおよび読み出し入力ラインしか必要としない、請求項１０または１１に記載のルータ。
【請求項１３】
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置の入力側に通信可能に結合された広帯域ダイプレクサをさらに備え、前記広帯域ダイプレクサは、量子ビット入力と読み出し入力を組み合わせたラインに通信可能に結合するように構成されている、請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載のルータ。
【請求項１４】
ルータを構成する方法であって、
量子ビット信号分配装置および読み出し信号分配装置を用意することと、
前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置をそれぞれの量子プロセッサに別々に接続可能であるように構成することと、
を含む方法。
【請求項１５】
ルータのための方法であって、
量子ビット信号分配装置によって量子ビット信号を受信することと、
読み出し信号分配装置によって読み出し信号を受信することと、
前記量子ビット信号および前記読み出し信号を量子プロセッサへ分配することと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子プロセッサへ分配することは、ダイプレクサが前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子プロセッサへ供給するように、前記量子ビット信号および前記読み出し信号を前記量子ビット信号分配装置および前記読み出し信号分配装置から前記ダイプレクサへ分配することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
広帯域ダイプレクサが前記量子ビット信号を前記量子ビット信号分配装置へ分配するとともに前記読み出し信号を前記読み出し信号分配装置へ分配するように、前記広帯域ダイプレクサによって前記量子ビット信号および前記読み出し信号の合成を受信することをさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2020537396.tif 000016
2020537396.tif 000017