(57)【要約】【課題】超伝導チップに関する技術を提供する。【解決手段】共振ユニットは、共振周波数を有しており、超伝導共振器として構成される。ジョセフソン接合が共振ユニットの中にあり、ジョセフソン接合のうちの１つまたは複数が、短絡トンネル・バリアを有する。【選択図】図１
2020520124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導チップであって、
共振周波数を有しており、超伝導共振器として構成された共振ユニットと、
前記共振ユニットに存在しており、１つまたは複数が短絡トンネル・バリアを有するジョセフソン接合と、
を備えた、超伝導チップ。
【請求項２】
前記短絡トンネル・バリアが、前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数の上昇を生じさせる、請求項１に記載の超伝導チップ。
【請求項３】
前記ジョセフソン接合のいくつかは、短絡していないトンネル・バリアを有する、請求項１または２に記載の超伝導チップ。
【請求項４】
前記共振周波数が、前記ジョセフソン接合に短絡トンネル・バリアを有しない前記共振ユニットのそれぞれのための事前に定義された周波数帯域に含まれるように設計されている、請求項３に記載の超伝導チップ。
【請求項５】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数が、前記事前に定義された周波数帯域に含まれないように設計されている、請求項４に記載の超伝導チップ。
【請求項６】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数が、事前に定義されたチップ識別を提供するために事前に定義される、請求項１ないし５のいずれかに記載の超伝導チップ。
【請求項７】
前記ジョセフソン接合が、第１の配置または第２の配置を有するように構成されており、
前記第１の配置が、短絡していないと定義されたトンネル・バリアを有する非短絡ジョセフソン接合であり、
前記第２の配置が、前記短絡トンネル・バリアを有するものとして定義される短絡ジョセフソン接合である、
請求項１に記載の超伝導チップ。
【請求項８】
前記第１の配置と前記第２の配置との組合せが２進表現を定義する、請求項７に記載の超伝導チップ。
【請求項９】
前記第１の配置と前記第２の配置とに関連する前記共振周波数の組合せが２進表現を定義する、請求項７に記載の超伝導チップ。
【請求項１０】
前記短絡トンネル・バリアを備えていない前記ジョセフソン接合を有する前記共振ユニットが、第１の２進数として読み出されるように構成され、
前記短絡トンネル・バリアを備えた前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数を有する前記共振ユニットが、第２の２進数として読み出されるように構成される、
請求項１に記載の超伝導チップ。
【請求項１１】
超伝導チップを形成する方法であって、
ジョセフソン接合が含まれ、共振周波数を有する共振ユニットを提供することと、
前記ジョセフソン接合の１つまたは複数が、短絡トンネル・バリアを有するようにすることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記短絡トンネル・バリアが、前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数の上昇を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ジョセフソン接合のいくつかは、短絡していないトンネル・バリアを有する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記共振周波数が、前記ジョセフソン接合に短絡トンネル・バリアを有しない前記共振ユニットのそれぞれのための事前に定義された周波数帯域に含まれるように設計されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数が、前記事前に定義された周波数帯域に含まれないように設計されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記ジョセフソン接合が、事前に定義されたチップ識別を提供するために事前に定義される、請求項１１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ジョセフソン接合が、第１の配置または第２の配置を有するように構成されており、
前記第１の配置が、短絡していないと定義されたトンネル・バリアを有する非短絡ジョセフソン接合であり、
前記第２の配置が、前記短絡トンネル・バリアを有するものとして定義される短絡ジョセフソン接合である、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の配置と前記第２の配置との組合せが２進表現を定義する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の配置と前記第２の配置とに関連する前記共振周波数の組合せが２進表現を定義する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記短絡トンネル・バリアを備えていない前記ジョセフソン接合を有する前記共振ユニットが、第１の２進数として読み出されるように構成され、
前記短絡トンネル・バリアを備えた前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数を有する前記共振ユニットが、第２の２進数として読み出されるように構成される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
請求項７に記載の超伝導チップを識別する方法であって、
事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、前記事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを受け取ることと、
第１の表現と、前記事前に定義された周波数帯域における前記第１の共振周波数のそれぞれとを相関させることと、
第２の表現と、前記第２の共振周波数のそれぞれのための前記予測される周波数位置とを相関させ、前記第１の表現と前記第２の表現との組合せが前記超伝導チップを識別するようにすることと、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記第１の表現が、数、記号、および文字で構成されるグループから選択され、
前記第２の表現が、別の数、別の記号、および別の文字で構成されるグループから選択される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項７に記載の超伝導チップの識別を生じさせる方法であって、
前記超伝導チップに、事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、前記事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを含む共振周波数を、共振ユニットから提供させることと、
第１の表現と前記事前に定義された周波数帯域の前記第１の共振周波数のそれぞれとを相関させ、第２の表現と前記第２の共振周波数のそれぞれのための前記予測された周波数位置とを相関させて、前記第１の表現と前記第２の表現との組合せが前記超伝導チップの現在の識別となるようにすることと、
先に記憶されていた識別が前記超伝導チップの前記現在の識別と一致すると判断することと、
を含む、方法。
【請求項２４】
前記一致に応答して、前記現在の識別を有する前記超伝導チップを、異なる識別を有する異なるチップから識別することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、超伝導デバイスに関する。さらに詳しくは、本発明は、量子ビット・ネットワークの不揮発性識別（identification）に関する。
【背景技術】
【０００２】
不揮発性（non-volatile）メモリ、揮発性でない（nonvolatile）メモリ、ＮＶＭ、または不揮発性ストレージとは、記憶されている情報を、電力サイクル（すなわち、反復的な電源オンおよび電源オフ）の後でも、取り出すことができるコンピュータ・メモリのタイプである。不揮発性メモリの例は、リード・オンリ・メモリ、フラッシュ・メモリ、強誘電体ランダム・アクセス・メモリ、ほとんどのタイプの磁気コンピュータ・ストレージ・デバイス（たとえば、ハード・ディスク・ドライブ、フロッピ・ディスク、および磁気テープ）、光ディスク、および紙テープやパンチ・カードなど初期のコンピュータ・ストレージ方法を含む。不揮発性メモリは、典型的には、二次記憶または長期の持続的記憶というタスクのために用いられる。今日において一次記憶の最も広く用いられている形式は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）という揮発性の形式であり、これは、コンピュータがシャットダウンされると、ＲＡＭに含まれているどれもが失われることを意味する。不揮発性データ・ストレージは、電気的にアドレス指定されるシステム（リード・オンリ・メモリ）と、機械的にアドレス指定されるシステム（ハード・ディスク、光ディスク、磁気テープ、ホログラフィック・メモリなど）とに、カテゴリ分けされ得る。
【０００３】
計算において、ｅＦＵＳＥとは、ＩＢＭ（Ｒ）によって発明されコンピュータ・チップの動的なリアルタイムでの再プログラミングを可能にする技術である。コンピュータ・ロジックは、一般的に、チップ上に「エッチングされ」または「ハード・コード化され」ており、チップの製造が終了した後では、変更が不可能である。１組のｅＦＵＳＥを用いることにより、チップの製造業者は、動作中のチップ上の回路の変化を許容することが可能になる。さらに、ｅＦＵＳＥは、少数の応用例を挙げるならば、チップを識別するために、または、冗長ビットで置き換える目的で他のメモリにおける不良ビットに関する情報を記憶するために、用いられることがあり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
不揮発性メモリ／デバイスを用いて識別を生じさせる新たな方法が必要とされているのであって、特に、非伝統的な計算プラットフォームと互換性のあるメモリ素子が必要とされている。極低温で動作される超伝導チップを内蔵するシステムの個数が増加するにつれて、そのようなチップのための不揮発性メモリのための必要性も増大する。そのようなチップのネットワークの全体に作業負荷を分散させることは、識別によって達成が可能であり、これは、不揮発性メモリを用いることで、実現され得る。しかし、極低温における動作と互換性を有する単純な不揮発性メモリは、希少である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、超伝導チップであって、共振周波数を有しており超伝導共振器として構成された共振ユニットと、共振ユニットに存在しており１つまたは複数が短絡トンネル・バリアを有するジョセフソン接合と、を備えた超伝導チップが提供される。
【０００６】
本発明を第２の態様から見ると、超伝導チップを形成する方法であって、ジョセフソン接合が含まれており共振周波数を有する共振ユニットを提供することと、ジョセフソン接合の１つまたは複数が短絡トンネル・バリアを有するようにすることと、を含む方法が提供される。
【０００７】
本発明を第３の態様から見ると、超伝導チップを識別する方法であって、事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを受け取ることと、第１の表現と事前に定義された周波数帯域における第１の共振周波数のそれぞれとを相関させることと、第２の表現と第２の共振周波数のそれぞれのための予測される周波数位置とを相関させ、第１の表現と第２の表現との組合せが超伝導チップを識別するようにすることと、を含む方法が提供される。
【０００８】
本発明を第４の態様から見ると、超伝導チップの識別を生じさせる方法であって、超伝導チップに、事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを含む共振周波数を、共振ユニットから提供させることと、第１の表現と事前に定義された周波数帯域の第１の共振周波数のそれぞれとを相関させ、第２の表現と第２の共振周波数のそれぞれのための予測された周波数位置とを相関させて、第１の表現と第２の表現との組合せが超伝導チップの現在の識別となるようにすることと、先に記憶されていた識別が超伝導チップの現在の識別と一致すると判断することと、を含む方法が提供される。
【０００９】
本発明を第５の態様から見ると、第１の共振周波数を有する第１の共振ユニットにおける１つまたは複数の非短絡ジョセフソン接合であって、この１つまたは複数の非短絡ジョセフソン接合が、第１の共振周波数を、前もって決定され事前に定義された周波数帯域内に存在させる、１つまたは複数の非短絡ジョセフソン接合と、第２の共振周波数を有する第２の共振ユニットにおける１つまたは複数の短絡ジョセフソン接合であって、この１つまたは複数の非短絡ジョセフソン接合が、第２の共振周波数を、事前に定義された周波数帯域には存在しないようにさせる、１つまたは複数の短絡ジョセフソン接合と、を備えた超伝導チップが提供される。超伝導チップの識別は、事前に定義された周波数帯域での、第１の共振周波数の存在と第２の共振周波数の不在との両方の表現を含む。
【００１０】
追加の技術的特徴および利点が、本発明の技術を通じて、実現される。本発明の実施形態および態様は、本明細書において詳細に記載され、特許請求される主題の一部であると考えられる。よりよい理解のためには、詳細な説明と図面とを参照されたい。
【００１１】
本明細書に記載された排他的権利の細目は、明細書の結論部分にある特許請求の範囲において、特に指摘され、明確に特許請求されている。本発明の実施形態の上記および他の特徴と利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むことから明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による、超伝導量子ビット・チップの識別を提供する識別システムの概略を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による、超伝導量子ビット・チップの識別を提供する識別システムの概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、共振ユニットが集合的にアドレス指定される識別システムの概略を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、共振ユニットが個別的にアドレス指定される識別システムの概略を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による、共振ユニットの構成の概略を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態による、例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態による、プログラムされた例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態による、プログラムされていない共振ユニット・アレイに対する周波数スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の実施形態による、プログラムされている共振ユニット・アレイに対する周波数スペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態による、例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。
【図１８】本発明の実施形態による、プログラムされている例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。
【図１９】本発明の実施形態による、超伝導チップの例示的な認証を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態による、超伝導チップを形成する方法のフローチャートである。
【図２１】本発明の実施形態による、超伝導チップを識別する方法のフローチャートである。
【図２２】本発明の実施形態による、超伝導チップの識別を生じさせる方法のフローチャートである。
【図２３】本発明の実施形態による、非短絡ジョセフソン接合を有する共振ユニットの部分図である。
【図２４】本発明の実施形態による、短絡ジョセフソン接合を有する共振ユニットの部分図である。
【図２５】本発明の実施形態による、非短絡ジョセフソン接合を有する共振ユニットの部分図である。
【図２６】本発明の実施形態による、短絡ジョセフソン接合を有する共振ユニットの部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書で示されている図面は、例証的なものである。本明細書に記載された図面または動作に対しては、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更があり得る。たとえば、作用が、異なる順序で遂行されることがあり得、または、作用が、追加される、消去されるもしくは修正されることがあり得る。また、「結合された」という用語およびその変形は、２つの要素の間の通信経路を有することの記載であり、それら２つの要素の間に介入する要素／接続が存在しない２つの要素間の直接的な接続があることを意味しない。これらの変形例は、すべて、明細書の一部であると考えられる。
【００１４】
添付の図面と、開示されている実施形態に関する以下の詳細な説明とにおいては、図面で図解されている様々な要素には、２桁または３桁の参照番号が提供されている。若干の例外を除き、それぞれの参照番号の最も左の桁は、その要素が最初に図解された図面に対応する。
【００１５】
簡潔を期すという目的のために、半導体デバイスおよび集積回路（ＩＣ）の製造に関する従来型の技術については、本明細書において、詳細に説明される場合とそうでない場合とがあり得る。さらに、本明細書に記載の様々なタスクおよびプロセスは、本明細書には詳細な記載のない追加的なステップもしくは機能を有する、より包括的な手順またはプロセスに一体化されることがあり得る。特に、半導体デバイスおよび半導体ベースのＩＣの製造における様々なステップは広く知られているので、簡潔性のために、本明細書では、多くの従来型のステップは、単に簡潔に言及されるか、または、広く知られたプロセスの詳細を提供することなく、全体として割愛されることになる。
【００１６】
次に、本発明の態様とより特定の関係を有する技術の概観に注目すると、多くのチップが、サーバ・ファームにおいて用いられる。サーバ・ファームまたはサーバ・クラスタとは、コンピュータ・サーバの集合体であり、通常、単独のマシンの能力を遙かに超えるサーバ機能を供給するように、組織によって維持される。サーバ・ファームは、しばしば、数千台のコンピュータによって構成される。超伝導量子計算ハードウェアの製造がスケール・アップするにつれて、超伝導量子計算ネットワーク（たとえば、それぞれの量子コンピュータが少なくとも１つの超伝導チップを有するサーバ・ファームなど、多数の超伝導量子コンピュータ）において動作中のチップを識別するための手段に対する必要性が生じている。パッケージングがなされた少数のチップの場合には、計算リソースをトラッキングするために、在庫管理が行われることがあり得る。ネットワークの場合には、超伝導チップ自体を識別できることが有用であり望ましい。理想的には、これは、機能的ハードウェアと同じ環境で、同じタイプの測定ツールを用いて、行われる必要がある。相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の場合には、これは、通常、ｅＦＵＳＥなどのＮＶＲＡＭの追加によって、達成される。ｅＦＵＳＥでは、現場に配置される前の登録フェーズの間に、ビットがプログラムされる。ＮＶＲＡＭは、（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）またはダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）とは異なり）電源がオフになった後でも、情報を失わない。
【００１７】
次に、本発明の態様の概観に注目すると、本発明の１つまたは複数の実施形態は、量子ビット・ネットワークの不揮発性識別を提供することによって、従来技術の上述した短所を克服する。本発明の実施形態により、超伝導量子チップのための量子的な類似が提供されるのであるが、これは、マイクロ波回路を用いて読み出され得るプログラマブルなビットを要求する。このタイプのＮＶＲＡＭは、チップ上の貴重な面積（すなわち、空間または領域）の使用を最小化する。さらに詳しくは、本発明の上述した態様は、認証システムを提供することによって、従来技術の短所を克服するのだが、この認証システムは、超伝導量子ビット・チップ製造と容易に統合が可能であり、典型的な超伝導量子ビット・チップに対するのと同じ機器および技術を用いた読み出しが可能である。超伝導量子チップにおいて用いられる超伝導トンネル接合（ジョセフソン接合とも称される）は、超伝導状態にあるときにはジョセフソン・インダクタンスを示すのであるが、これは、低電力から中程度の電力において、機能的に、回路内部の従来型のインダクタと同等である。本発明の実施形態は、超伝導チップのための識別を構築するため、所望の共振ユニットにおけるジョセフソン接合のジョセフソン・インダクタンスを（短絡回路によって）除去するように構成される。
【００１８】
超伝導チップで用いられる超伝導トンネル接合（ジョセフソン接合）は、トンネル・バリアを通過する短絡の影響を受けやすい。トンネル・バリアは、多くの場合、誘電材料である。超伝導状態において、ジョセフソン接合は、上述したように、ジョセフソン・インダクタンスを示す。ジョセフソン接合の短絡は、静電放電（ＥＳＤ）によって、または、薄いバリア材料の破壊が生じるようなジョセフソン接合にとって大量すぎる電流によって、生じ得る。この破壊は、トンネル接合をサンドイッチ状に挟む２つの超伝導電極（たとえば、超伝導金属）の間に、永久的な短絡（すなわち、短絡回路）を生じさせる。したがって、これは、これらのトンネル接合が短絡としてプログラムされ得る経路を提供することになり、したがって、本発明の実施形態により、製造当初の接合とは実質的に異なる抵抗状態（およびインダクタンス）を生じさせる。このようにして、短絡ジョセフソン接合と通常のジョセフソン接合（すなわち、非短絡ジョセフソン接合）とを有する共振ユニットは、超伝導量子チップの不揮発的な識別を提供するように、読み出されることが可能である。超伝導量子チップのための量子アナログが、ちょうど典型的な超伝導量子ビットのように、マイクロ波回路を用いて読み出されることが可能な識別を提供する。この識別は、（超伝導）サーバ・ファーム／ネットワークにおけるそれぞれの超伝導量子チップが、そのままの場所（すなわち、希釈冷凍器などにおける超伝導温度の下）で、一意的に識別されることを可能にする。
【００１９】
次に、本発明の態様のさらに詳細な説明に移るが、図１は、読み出しが本発明の実施形態に従って集合的に行われる超伝導チップのプログラムされた不揮発性識別を提供するように構成された識別システム１００の概略を示している。図２は、読み出しが本発明の実施形態に従って個別的にアドレス指定可能な超伝導チップのプログラムされた不揮発性識別を提供するように構成された識別システム１００の概略を示している。
【００２０】
識別システム１００は、超伝導チップ１０２を含む。超伝導チップ１０２は、量子計算に用いられる他のタイプの回路と共に、共振ユニット・アレイ１０４を含む。たとえば、他の回路は、当業者によって理解されるように、超伝導量子計算に用いられる超伝導量子ビット回路１３０を含み得る。超伝導量子ビット回路１３０を経由して量子計算を行うには、様々な方法が存在し、典型的な超伝導量子ビット回路１３０は、超伝導量子ビット、読み出し共振器、結合共振器、結合コンデンサ、結合インダクタ、および量子計算に用いられる他の超伝導回路素子を含むことになる。これらの必要な要素のすべての組合せは、当業者に理解されるものであり、その詳細は、本明細書では論じられない。超伝導チップ１０２は、超伝導温度で動作する。超伝導チップ１０２は、希釈冷凍機などの低温装置（図示せず）によって、冷却され得る。
【００２１】
共振ユニット・アレイ１０４は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを含む。それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、ジョセフソン接合を、コンデンサおよびインダクタと共に、一体型または分散型の形式で、含む。個々の共振ユニット１５０の様々な構成が、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、および図１２に図解されている。それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、典型的な超伝導量子ビット回路１３０回路が読み出されるのと同じ方法で読み出されることが可能な一意的な共振周波数（resonant frequencyまたはresonance frequency）を有する共振器である。たとえば、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、個々の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有する。典型的な超伝導量子ビット回路１３０は、（エンタングルメントなどの）量子計算または量子演算あるいはその両方のために作られ、用いられる。
【００２２】
それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの共振周波数は、測定機器１０６を用いて読み出され得るが、この測定機器１０６は、典型的な超伝導量子ビット回路１３０を読み出すのに用いられるのと同じ機器である。測定機器１０６は、伝送線１２０を経由して、チップ１０２上の共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに、動作可能に接続されている。図１とは異なり、図２は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれが、伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して個別的にアドレス指定可能である例を示している。伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎは、信号（たとえば、マイクロ波信号）を送信および受信するためのフィードラインである。伝送線１２０は、同軸線または導波管であり得る。伝送線は、伝送媒体の１つのタイプである。別の例示的な伝送媒体として、三次元マイクロ波キャビティがあり、これは、共振ユニット・アレイ１０４の読み出しのために用いられ得る。伝送媒体と共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎとは、典型的な超伝導量子ビット回路１３０と量子計算に用いられる他の超伝導回路素子とを有する同じチップ１０２を共有する。したがって、どのような実装形態も、超伝導量子ビット回路１３０から共振ユニット・アレイ１０４への量子情報の漏洩を防止しなければならない。ある実装形態では、共振ユニット・アレイ１０４は、２つのタイプの回路１０４および１３０の間でのどのような容量結合も誘導結合も回避するために、チップ１０２上の距離と、チップ１０２の中に一体化され接地されたシールディングとによって、超伝導量子ビット回路１３０から厳格に分離される。この場合、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、任意の値の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有し得る。別の実装形態では、容量結合または誘導結合が、２つのタイプの回路１０４および１３０の間に存在し得る。この場合には、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、それらの共振周波数ｆ１〜ｆＮが、量子計算に用いられる超伝導量子ビット回路１３０の周波数と重複しないように、作成されなければならない。共振周波数ｆ１〜ｆＮが超伝導量子ビット回路１３０の周波数と重複し得る別の実装形態は、閉じていると共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれをグランドに接続するスイッチを追加することである。このスイッチは、超伝導量子ビット回路１３０の超伝導動作の間、閉じている。開かれると、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、グランドに接続しておらず、超伝導量子ビット回路１３０は、量子計算を行わない。
【００２３】
測定機器１０６は、プローブ信号１３２を含み得る。プローブ信号１３２は、たとえばマイクロ波信号などの所望の無線周波数の無線周波数信号（パルスであり得る）を生成するように構成された信号生成器（たとえば、測定機器１０６に一体化されている）によって生じられ得る。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの識別を読み出すため、プローブ信号１３２は、所望の／事前に定義された周波数の全体を掃引して共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに送信するマイクロ波信号を生成するように構成されている。図１は、プローブ信号１３２が、（所望の無線周波数のスイープである）無線周波数信号を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに集合的に（伝送線１２０を経由して）送信することを示している。換言すると、測定機器１０６は、（事前に定義された周波数のすべてに及ぶ）無線周波数信号を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれに対して、一度に、同じ伝送媒体（たとえば、伝送線１２０またはマイクロ波空洞）を用いて、送信するように構成されている。図２は、プローブ信号１３２が、マイクロ波信号（所望の周波数のスイープである）を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに、（伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して）個別的に送信することを示している。図２では、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、無線周波数信号がこれらの伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎの間でスイッチングされるように、孤立されている状態にあり得るが、それぞれが、個々の伝送線を経由してアクセスされる。ある実装形態では、（所望の周波数のスイープである）無線周波数信号が、同時にまたはほぼ同時に、それぞれの個々の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎの上を、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎまで、送信され得る。測定機器１０６は、プローブ信号１３２を経由して、示されているように共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを個々の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して個別的にアドレス指定するために事前に定義された周波数を有する無線周波数信号を生成するように構成されており、また、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは個々の伝送線１２０＿１から１２０＿Ｎを有しているのだから、共振周波数は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが個別的に読み出される限り、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに対して同一であり得る。
【００２４】
いずれの場合（図１および図２）も、無線周波数信号は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに個別的に向けられる、または、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの全体のアレイに（集合的に）向けられる、あるいはその両方である。前もって、測定機器１０６は、（共振ユニット・アレイ１０４に送信される）無線周波数信号の周波数範囲（または周波数帯域）が共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための予想される共振周波数と一致／合致するように意図されるように、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための予想される／事前に定義される共振周波数を、知っている。測定機器１０６は、（コンピュータの命令を実行するプロセッサを経由して）自動的にまたはオペレータからの助力によりあるいはその両方により動作するように構成される。
【００２５】
伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎは無線周波数信号を導く（および、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからの戻ってくる応答を同様に受け取る）ためのチャネルとして示されているが、このチャネルは、当業者によって理解されるように、三次元のマイクロ波空洞であり得る。また、それぞれの伝送線１２０は、読み出しが伝送されているときには、２つの伝送線を表し得る。
【００２６】
説明の目的のために共振ユニット１５０＿１を考察するが、以下の議論は、類推により、共振ユニット１５０＿２〜１５０＿Ｎのそれぞれに適用されるということを理解されたい。無線周波数信号の周波数（すなわち、チャレンジ）が共振ユニット１５０＿１の共振周波数に等しい場合には、これは、共振ユニット１５０＿１から伝送線１２０（または伝送線１２０＿１）を通過して反射または送信される無線周波数エネルギーの位相または振幅において明らかとなる。たとえば、共振ユニット１５０＿１が共振周波数ｆ１を有すると仮定すると、応答／帰還の無線周波数のエネルギー／信号は、周波数ｆ１における振幅のピークと、周波数ｆ１に中心を有する１８０度の位相シフトとを有する。共振ユニット・アレイ１０４の完全な識別（指紋）を読み出すためには、プローブ信号１３２は、すべての共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに存在する共振周波数の範囲（たとえば、３ギガヘルツ（ＧＨｚ）から１０ＧＨｚまで）に及ぶ無線周波数信号の周波数を掃引しなければならず、プローブ信号は、掃引された無線周波数信号を共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのすべてに導かなければならない。したがって、すべての共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、それらのそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮにおける振幅のピークとそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮに中心を有する１８０度の位相シフトとを有する無線周波数エネルギー／信号を、戻すことになる。周波数スペクトルにおけるピークが説明の目的のために用いられているが、測定はピークの測定に限定されないことに留意されたい。いくつかの実装形態では、ピークのそれぞれが、識別が下落（dip）の測定に基づくように、測定および他のシステム・パラメータに応じた下落であり得る。
【００２７】
共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに先に送信された無線周波数信号への応答として、測定機器１０６は、一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを受け取ることがあり得るが、その場合に、周波数応答は、本明細書でさらに論じられるように、チップ１０２の識別として、０および１で構成される２進表現として用いられる。この一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮは、メモリ１１２に記憶されるかまたは別個に記憶されるかあるいはその両方であり得る。共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからの応答（帰還信号）を受け取った後で、測定機器１０６は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから受け取った応答に対する周波数空間における周波数のスペクトル（ピーク）を決定／識別するために、スペクトル解析を行うように構成される。ある実装形態では、測定機器１０６は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれに対する共振周波数ｆ１〜ｆＮを、事前に定義された周波数帯域の範囲内にある周波数ｆ１〜ｆＮにおけるピークとして識別するように構成される。この事前に定義された周波数帯域は、測定機器１０６によって前もって知られている（予測される）周波数の範囲である。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態では、チップ１０２は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが機能していることをテストするため、製造の後で、極低温に冷却され、その共振周波数が測定される。このスペクトルは、基準として記憶される。次に、チップ１０２が、プログラムされる（すなわち、所望のビットが短絡される）。チップ１０２は、次に、量子計算演算に用いられる（すなわち、冷却の間に）。チップの識別が要求されるときには、スペクトルが測定され、基準スペクトルと比較される。どの共振線における大きな偏差も、フリップされたビットを示す。
【００２９】
他の実施形態では、チップ１０２が製造され、そして、（冷却の前に）ビットがプログラムされる。次に、チップは、極低温に冷却され、基準スペクトルを生じるように測定がなされ、それが、チップＩＤデータベース１１０に登録（すなわち、記憶）される。チップ１０２は、次に、量子計算動作に用いられる（すなわち、冷却の間）。チップの識別が認証の間に要求されるときには、スペクトルが測定される。基準スペクトルとの一致が、チップ１０２を識別する。
【００３０】
一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮが、測定機器１０６からコンピュータ・システム１０８へ、通信媒体１２２を経由して、伝送され得る。通信媒体１２２は、有線（イーサネット（Ｒ）・ケーブル、ＵＳＢケーブル、光ファイバ・ケーブル、同軸ケーブル、ツイステッド・ペア・ケーブルなど）またはワイヤレス接続であり得る。コンピュータ・システム１０８は、１つまたは複数のプロセッサを有する。同様に、測定機器１０６は、１つまたは複数のプロセッサを有し得る。コンピュータ・システム１０８は、測定機器１０６から受け取られる（事前に定義された周波数帯域におけるいずれかの共振周波数の不在を含む一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮから導かれた）２進表現と、類似のチップ１０２に関してチップ識別データベース１１０に先に記憶されていた様々なチップの識別番号とを比較するように構成されている。コンピュータ・システム１０８は、（事前に定義された周波数帯域内にあるおよび事前に定義された周波数帯域には不在である一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮから導かれる）受け取られた２進表現が、（一連の共振周波数からの）先に記憶されていた２進表現と一致するかどうかを判断するように、構成されている。チップ１０２は、複数個のチップを表すことがあり得る。チップ識別データベース１１０は、複数のチップ１０２に対するチップ識別番号を含むことがあり得る。それぞれのチップ１０２は、当業者によって理解されるように、量子計算を行うため、超伝導量子コンピュータのネットワークにおいて用いられることがあり得る。すべてのチップ１０２に対するそれぞれのチップ識別番号は、読み出され、チップ識別データベース１１０に先に２進表現として記憶される。それぞれのチップ１０２は、チップ１０２の製造業者によって、読み出され記憶されていることがあり得る。また、それぞれのチップ１０２は、それらのチップを超伝導量子コンピュータのネットワークにおいて用いてきたチップ１０２のオペレータ（エンド・ユーザ）によって読み出され記憶されていることがあり得る。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態では、コンピュータ・システム１０８が、図３および図４に図解されているように、測定機器１０６と一体化されていることがあり得る。図３は、共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが本発明の実施形態により伝送線１２０を通じて集合的にアドレス指定される識別システム１００の概略を示している。換言すると、無線周波数信号（チャレンジ）が、測定機器１０６から、同じ伝送線上を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのすべてに送られ得、応答は、同じ伝送線上を戻され、受け取られる。図４は、共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが本発明の実施形態により伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを通じて個別的にアドレス指定される識別システム１００の概略を示している。図３および図４では、測定機器１０６は、変換された２進表現（または、受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮ）を、コンピュータ・システム１０８に送信することは必要ない。代わりに、測定機器の機能を有するコンピュータ・システム１０８（または、その逆）は、受け取られた（一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮの）２進表現と、チップ識別データベース１１０に記憶されているチップ識別番号とを直ちに比較して、チップ１０２をチップＩＤ１（または、チップＸＹＺ）として識別することができる。
【００３２】
次に、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに関するさらなる詳細に注目するが、それぞれの共振ユニットは、少なくとも１つのジョセフソン接合を有する。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、典型的な超伝導量子ビットに類似するのであるが、それほどまでには厳重でない要件を有する。典型的な超伝導量子ビットは、長い緩和およびコヒーレンス時間Ｔ１およびＴ２を有するように、そして、量子ビットがその量子状態情報を維持できるように、製造されなければならない。典型的な超伝導量子ビットでは、量子ビット状態は、ハイ｜１＞、ロー｜０＞、またはハイおよびローの両方の数学的重ね合わせであり得る。さらに、量子計算に用いられる典型的な超伝導量子ビット（量子計算超伝導量子ビット回路１３０など）は、直接読み出されることが不可能である。その代わりに、読み出し共振器が、典型的な超伝導量子ビットの量子情報（すなわち、状態）が読み出し共振器を読み出すことから逆に受け取られるマイクロ波信号に少なくとも部分的に基づいて推測され得るように、読み出されることが要求される。典型的な超伝導量子ビットは、それぞれの典型的な超伝導量子ビットをその読み出し共振器から分離するために、結合コンデンサを必要とする。また、典型的な超伝導量子ビットは、典型的な超伝導量子ビットを相互に分離するために、結合コンデンサを必要とする。しかし、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、状態情報を維持することを必要とせず、したがって、長い時間Ｔ１およびＴ２を維持するための要件によって制限されない。また、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎをそれらのそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮでそれぞれ共振させることによって、直接に読み出され得る。さらには、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、相互に分離される、または、（結合コンデンサによって）読み出し共振器から分離される必要がない。結果的に、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、状態情報が必要とされないために状態情報を失うという問題なく、そして、相互の間で干渉の問題もなく、密接にパッケージングされることが可能である。
【００３３】
典型的な量子ビットと同じように、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、ジョセフソン接合を用いる。ジョセフソン接合は、たとえば薄い絶縁バリアによって結合された２つの超伝導体によって形成される。ジョセフソン接合は、超伝導電極の間の、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁トンネル・バリアによって、製造され得る。そのようなジョセフソン接合のためには、バリアを流れ得る最大の超電流は、臨界電流ＩＣである。
【００３４】
図５、図６、図７、図８、図９、図１０および図１１は、本発明の実施形態による様々な共振ユニットの概略的な構成を示す。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、図５〜図１１における例のいずれとしても、実装され得る。図５〜図１１では、それぞれの例示的な共振ユニット１５０は、ジョセフソン接合（ＪＪ）、インダクタＬ、およびコンデンサＣを含む。インダクタＬとコンデンサＣは、インダクタンスおよびキャパシタンスの特定の量をそれぞれ示すように設計された回路素子を含み得るか、または、そうでない場合には、当業者によって理解されるように、たとえばオンチップの伝送線の場合のために、回路の金属パターンおよび配線の内部に存在するインダクタンスおよびキャパシタンスの量を有し得る。ジョセフソン接合と共に、共振ユニット１５０は、チップ１０２上にコンデンサと他のインダクタとを組み合わせることによって、形成され得る。共振のライン幅は、フィードラインまたは他の読み出し回路へのその結合によって決定され、周波数領域においてそれぞれの共振を明確に区別するのに十分に小さく、作られなければならない。本明細書で論じられているように、どのジョセフソン接合も、バリア材料を破壊するのに十分な電流を与えることによって、短絡に変換され得るのであり、したがって、ワンタイム・プログラマブル素子と同様に機能する。
【００３５】
ジョセフソン接合は、インダクタとして作用し、したがって、全体のインダクタンスに寄与する。周波数のアドレス指定可能性（すなわち、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための異なる周波数）は、ある共振ユニット１５０と別の共振ユニットとについて、インダクタンスの量を変更またはキャパシタンスの量を変更あるいはその両方によって、強制され得る。たとえば、多かれ少なかれ、直列のインダクタンスまたは並列のインダクタンスあるいはその両方が、ある共振ユニット１５０と次の共振ユニット１５０との間で、調節（すなわち、増加または減少）され得る。さらに、多かれ少なかれ、直列のキャパシタンスまたは並列のキャパシタンスあるいはその両方が、ある共振ユニット１５０と次の共振ユニット１５０との間で、調節され得る。それぞれの共振ユニット１５０において、より大きなまたはより小さなジョセフソン・インダクタンスは、調整（すなわち、上昇または下降）され得る。それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに対して、インダクタＬのインダクタンスとコンデンサＣのキャパシタンスとが同じままであり、（図５〜図１１におけるいずれかの構成のような）構成が同じであっても、共振ユニットのうちの１つまたは複数は、短絡ジョセフソン接合を備えた共振ユニットが、事前に定義された周波数帯域外に共振周波数を有するようにするために、短絡したジョセフソン接合を有し、したがって、事前に定義された周波数帯域内に共振周波数が存在するまたは不在であることに少なくとも部分的に基づく２進識別番号を提供する。
【００３６】
図５の構成を一例として、図１３、図１４、図１７および図１８は、本発明の実施形態による例示的な共振ユニット・アレイ１０４を図解している。図１３は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが集合的にアドレス指定されジョセフソン接合がプログラムされていない共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１４は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが集合的にアドレス指定されジョセフソン接合がトンネル接合に短絡を誘導することによってプログラムされている共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１３および図１４では、無線周波数信号が、共振ユニット・アレイ１０４のうちの１つの伝送線１２０に入力される。共振ユニット・アレイ１０４は、反射方向に（in reflection）動作する場合には、ただ１つの伝送線１２０を有し得る。共振ユニット・アレイ１０４は、伝送方向に（in transmission）動作する場合には、第２の伝送線１２０を有し得、それが、破線を用いて示されている。破線は、測定機器１０６に戻すように応答を伝送する。
【００３７】
図１７は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが個別的にアドレス指定されジョセフソン接合がプログラムされていない共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１８は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが個別的にアドレス指定されジョセフソン接合がトンネル接合に短絡を誘導することによってプログラムされている共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１７および図１８では、無線周波数信号が、共振ユニット・アレイ１０４の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎのそれぞれに入力される。共振ユニット・アレイ１０４は、反射方向に動作する場合には、ただ１組の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを有し得る。共振ユニット・アレイ１０４は、伝送方向に動作する場合には、第２の組の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを有し得、それが、破線を用いて示されている。破線は、測定機器１０６に戻すように応答を伝送する。
【００３８】
図１３、図１４、図１７および図１８は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎ、コンデンサ（Ｃ）６０４＿１〜６０４＿Ｎ、およびインダクタ（Ｌ）６０６＿１〜６０６＿Ｎを含むことを示している。図１３、図１４、図１７および図１８において、共振ユニットの構成の選択は単なる一例であるが、それぞれが少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。共振ユニット１５０の選択（および共振ユニット１５０の個数）は、単なる一例である。図１３および図１４では、伝送線１２０が、結合コンデンサ（ＣＣ）６０８＿１〜６０８＿Ｎによって共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに容量的に結合されることがあり得る。いくつかの実装形態では、結合インダクタが、結合コンデンサの代わりに用いられることがあり得る。他の実装形態では、結合コンデンサ（ＣＣ）６０８＿１〜６０８＿Ｎが削除されることがあり得る。図１３および図１７では、コンデンサ６０４＿１〜６０４＿Ｎのキャパシタンスは、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３．．．＝ＣＮのように、この例では同一であり、インダクタ６０６＿１〜６０６＿Ｎのインダクタンスは、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３．．．＞ＬＮのように、同じではなく、これにより、（図１５に示されているように）事前に定義された周波数帯域内にｆ１＜ｆ２＜ｆ３．．．＜ｆＮである共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮが生じる。図１５は、共振ユニット・アレイ１０４が読み出されるときの周波数スペクトルのグラフ６５０を示している。図１５は、共振ユニット１５０（または、共振ユニット１５０におけるジョセフソン接合）のどのようなプログラミングよりも前における、測定機器１０６を経由しての、図１３および図１７の共振ユニット・アレイ１０４の読み出しを表している。換言すると、測定機器は、図１５の周波数スペクトルに示されている共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから戻される周波数応答を測定機器１０６が受け取るために、共振周波数ｆ１〜ｆＮと一致／符合する周波数範囲（または、周波数帯域）を掃引する無線周波数信号を送信する。グラフ６５０で観察できるように、共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれは、ピークになる振幅を有しており、これらのピークは、事前に定義された閾値よりも大きいことがあり得る。周波数スペクトルにおけるピークが説明目的のために用いられているが、測定はピークを測定することに限定されないことに留意されたい。他の実装形態では、ピークのそれぞれは、測定と他のシステム・パラメータとに応じて、下落にもなり得る。
【００３９】
振幅は、電流、電圧、その他を表し得る。プログラムされていないときには（すなわち、短絡ジョセフソン接合がない）、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、事前に定義された周波数帯域の範囲内で共振する、すなわち、それらの共振周波数ｆ１〜ｆＮを有するように設計されている。本発明のいくつかの実施形態では、事前に定義される周波数帯域は、約３〜６ＧＨｚであり得る。本発明の他の実施形態では、事前に定義される周波数帯域は、約３〜１０ＧＨｚであり得る。本発明のいくつかの実施形態では、事前に定義される周波数帯域は、約３〜５ＧＨｚであり得る。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれは、１ビットと考えることが可能である。また、共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれの個々の共振周波数も、１ビットと考えることが可能である。測定機器１０６が共振周波数ｆ１〜ｆＮのいずれかを事前に定義された周波数帯域内の（たとえば、事前に定義された閾値よりも上にある）ピークとして認識するときには、測定機器１０６は、共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれのピーク（または、ビット）を１として読み取る。共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれ（または、ビット）は、図１５では、１である。
【００４０】
図１４および図１８では、コンデンサ６０４＿１〜６０４＿Ｎのキャパシタンスは、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３．．．＝ＣＮのように、この例では同一であり、インダクタ６０６＿１〜６０６＿Ｎのインダクタンスは、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３．．．＞ＬＮのように、同じではなく、これにより、事前に定義された周波数帯域内にｆ１＜ｆ３．．．＜ｆＮ＜＜＜ｆ２である共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮが生じる。しかし、図１４および図１８では、共振ユニット１５０＿２が、ジョセフソン接合６０２＿２を短絡させることによってプログラムされているので、それにより、共振周波数ｆ２は、（図１６に示されているように）事前に定義された周波数帯域外にあることになる。短絡ジョセフソン接合６０２＿２は、「Ｘ」の代わりに、共振ユニット１５０＿２において直線のワイヤとして示されている。
【００４１】
図１６は、共振ユニット・アレイ１０４が読み出されるときの周波数スペクトルのグラフ６５２を示している。図１５とは異なり、図１６は、共振ユニット１５０（または、共振ユニット１５０におけるジョセフソン接合）のプログラミングの後における、測定機器１０６を経由しての、図１４および図１８の共振ユニット・アレイ１０４の読み出しを表しているが、この場合には、共振ユニット１５０＿２がプログラムされている（短絡ジョセフソン接合６０２＿２）。換言すると、測定機器は、図１６の周波数スペクトルに示されている共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから戻される周波数応答を測定機器１０６が受け取るために、共振周波数ｆ１〜ｆＮと一致／符合する周波数範囲（または、周波数帯域）を掃引する無線周波数信号を送信する。グラフ６５２で観察できるように、共振周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＮのそれぞれは、事前に定義された周波数帯域においてピークになる振幅を有しており、これらのピークは、事前に定義された閾値よりも大きいことがあり得る。やはり、振幅は、電流、電圧、その他を表し得る。プログラミング（すなわち、短絡ジョセフソン接合６０２＿２）のために、共振ユニット１５０＿２の共振周波数ｆ２は、事前に定義された周波数帯域外にあり、したがって、事前に定義された周波数帯域の範囲内ではピークを生じない。共振周波数ｆ２は、プログラムされていないときには、予測される周波数位置６６０によって識別されるように、事前に定義された周波数帯域の範囲内にある共振周波数ｆ１およびｆ３の間に位置すると予測される。予測される周波数位置６６０とは、ジョセフソン接合６０６＿２が短絡していなかったならば共振周波数ｆ２のためのピークが位置していたであろう場所である。測定機器１０６は、共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれに対して予測される周波数位置のそれぞれを前もって知り、（この例で欠けている共振周波数ｆ２の場合のように）いずれかのピークがいつ欠けているかを認識するように構成されている。
【００４２】
測定機器１０６が事前に定義された周波数帯域内の（たとえば、事前に定義された閾値よりも上にある）ピークとして共振周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＮを認識すると、測定機器１０６は、共振周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＮのそれぞれのピーク（ビット）を１として相関させ、他方で、欠けている共振周波数ｆ２（ビット）は０に対応する。測定機器１０６は、対応する共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが短絡ジョセフソン接合を有するかどうかに従って、共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれ（ビット）を事前に定義された周波数範囲の中の１または０として識別するように構成されている。図１６のこの例（図１４および図１８に図示されている共振ユニット・アレイ１０４の読み出しに対応する）では、この識別のための２進シーケンスは１０１１であり、ここで、１は無傷の接合に対応し、０は短絡した接合に対応する（やはり、これは、任意の習慣であり、逆の場合もあり得る）。
【００４３】
ジョセフソン接合は、公称では、同じであり得る。共振ユニット１５０＿２の選択は、プログラムされた共振ユニットの一例として用いられているが、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎはジョセフソン接合を含んでおり、１つまたは複数の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、所望に応じて、プログラムされ得る。アドレス指定可能性のために変更されるジョセフソン接合６０２＿２である素子の選択（素子の番号）は、単なる一例である。図１４および図１８に図示されている例では、共振ユニット１５０＿２がプログラムされており、これは、ジョセフソン接合６０２＿２が短絡していることを意味する。したがって、インダクタＬ２  ６０６＿２のインダクタンスがジョセフソン接合６０２＿２のそれよりも遙かに小さい場合には、共振周波数ｆ２は、他の共振周波数ｆ１、ｆ３〜ｆＮと比較して大きすぎることになるので、したがって、測定機器１０６によってチェックされる（すなわち、考慮される）事前に定義された周波数帯域外にある。説明の目的のために、（短絡回路（ジョセフソン・インダクタンスの低下）のために上昇した）共振周波数ｆ２の応答が、事前に定義された周波数帯域と比較して、非常に高い周波数として示されている。周波数とインダクタンスとは逆数関係にある、ということに留意されたい。より詳しくは、周波数は、インダクタンスに対し、平方根の逆数という関係を有する。
【００４４】
図１〜図１８に示されている共振ユニット・アレイ１０４は例示のためのものであることを理解されたい。本発明の１つまたは複数の実施形態が、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎを含む複数の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを有する回路（すなわち、チップ１０２）またはシステム１００あるいはその両方を含み得、そこで、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、一連のアナログ共振周波数署名（すなわち、ビット）を読み出すために読み出し機構（測定機器１０６など）に結合されていることにより、チップ１０２の一意的でランダムな識別を提供するということに留意されたい。この回路は、ハンガ型の伝送線またはマイクロ波空洞であり得る。いくつかの実装形態では、個別的にアドレス指定される共振ユニットは、（図２、図４、図１７および図１８に示されているように）個々のパターニングされた読み出しを用いて作成され得る。チップ１０２上に個別的にアドレス指定される共振ユニットを有するのは、より多くの面積を消費するが、これにより、ジョセフソン接合が（インダクタＬおよびコンデンサＣと共に）共振ユニット・アレイ１０４において相互に同一に（すなわち、同一の共振周波数を用いて）作られることが可能になり、その理由は、ジョセフソン接合は、それらの個々の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおけるそれらのそれぞれの位置によってアドレス指定されるからである。
【００４５】
他の実装形態では、共振ユニット・アレイ１０４において、（それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおける）ジョセフソン接合が、ある共振ユニットと次の共振ユニットとの間で若干異なるように作られることがあり得る。たとえば、（それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおける）ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎは、予測可能なアナログ周波数範囲によってそれぞれのビットを識別するために、異なるサイズで作られる、異なる臨界電流ＩＣで作られる、異なる容量負荷で（すなわち、コンデンサＣ１６０４＿１〜ＣＮ６０４＿Ｎに対する値が異なるように）作られる、または、異なる誘導負荷で（すなわち、インダクタＬ１６０６＿１〜ＬＮ６０６＿Ｎに対する値が異なるように）作られる、あるいは、その組合せとして作られる、ことがあり得る。すなわち、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに対して、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３．．．ｆＮまたはその逆を有することになり得る。それぞれのビットは、測定された共振周波数ｆ１が共振ユニット１５０＿１に対するビットであり、測定された共振周波数ｆ２が共振ユニット１５０＿２に対するビットであり、さらには、測定された共振周波数ｆＮが共振ユニット１５０＿Ｎに対するビットであるような、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの共振周波数である。チップ１０２は、複数のチップを表すことがあり得る。チップ１０２は、１２８ビットを有し得、それによって１２８個の共振ユニット１５０を有し、したがって、測定される１２８の共振周波数が存在する。ある実装形態において、共振ユニット・アレイ１０４は、１２８個の共振ユニット１５０が集合的にアドレス指定され測定されるときには、チップ１０２上のより少ない空間を用い得、その理由は、反射方向の読み出しには１つの伝送線１２０が必要とされるか、または、伝送方向の読み出しには２つの伝送線１２０が必要とされるからである。それほど多くの共振ユニット１５０（たとえば、１２８ビット、６４ビット、３２ビットなど）が密接にパッケージングされていることは、既に記載したようにコヒーレンスが動作には影響しないため、チップ１０２にとって問題ではない。
【００４６】
チップ１０２の読み出しの後の認証を例証するため、図１９は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。図１９は、この図面を曖昧にすることのないように、単に、システム１００の簡略化された図を示している図１９は図１〜図１８で論じられたすべての要素を含む、ということを理解されたい。図１９では、チップ１０２の識別が読み出され、測定機器１０６が、事前に定義された周波数帯域の範囲内でピークを有する（事前に定義された閾値においてまたはそれより上）およびピークを有さない（事前に定義された閾値より下）すべての共振周波数ｆ１〜ｆＮを識別したことが仮定されている。いったん識別が読み出されると、測定された識別は、チップ識別データベース１１０を参照して、（測定機器１０６／コンピュータ・システム１０８によって）チェックされ得る。ある与えられた個数の共振ユニット１５０について、チップ１０２は、識別０１１０１００１０１０１と共に、読み出される。コンピュータ・システム１０８は、この読み出された識別と、チップ識別データベース１１０における識別番号のそれぞれとを比較するように構成されている。コンピュータ・システム１０８は、一致を見つけると、その識別番号によってチップ１０２を識別するように構成されている。図１９の例では、識別は、チップ１（または、チップＸＹＺ）として認識されるのであるが、その理由は、読み出しが一致であるからである（すなわち、ＩＤ１に対して先に記憶されていた識別０１１０１００１０１０１がチップ１０２に対する読み出された識別と一致する）。
【００４７】
短絡されるジョセフソン接合の選択は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの製造／作成の間にオペレータによってなされ得る。製造業者は、一意的な識別番号をそれぞれが有するように、複数の超伝導チップ１０２を作成することができる。共振ユニット１５０＿２（共振周波数ｆ２を有する）がいくつかのシナリオで例として用いられるが、本発明の実施形態では、任意の個数のジョセフソン接合が短絡して、他方では、それ以外のジョセフソン接合が短絡しない、ということがあり得る。
【００４８】
本明細書で指摘されているように、ジョセフソン接合を短絡させる（すなわち、トンネル・バリアを短絡させる）ための技術は多く存在する。図２３は、本発明の実施形態による、非短絡ジョセフソン接合（たとえば、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのうちのいずれか）だけを示す部分的な共振ユニット１５０を示している。図２３は、ジョセフソン接合を短絡させる大電流と共に電気プローブを用いる一例である。図２３では、電源１２０２が、２つのプローブ１２０４を経由して、ジョセフソン接合の両側に接続されている。電源１２０２は、ジョセフソン接合を短絡させる電圧源または電流源であり得る。プローブの一方が電源１２０２の正極性に、他方のプローブが電源１２０２の負極性に、接続されることが可能である。電流は、電源１２０２に接続されたプローブ１２０４を経由して、電流の量がジョセフソン接合のトンネル・バリアを破壊することによりジョセフソン接合の短絡を生じさせるように、与えられる。ジョセフソン接合を短絡させる電流量の一例は、１００μＡから１００ｍＡの範囲であり得る。電流を与えた後については、図２４が、本発明の実施形態による、短絡ジョセフソン接合（たとえば、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのうちのいずれかが短絡され得る）だけを示す部分的な共振ユニット１５０を、示している。本発明のいくつかの実施形態では、ジョセフソン接合が、電気的プローブ１２０４のためのプローブ用パッドと共に設計されることがあり得るが、このプローブ用パッドは、自動化されたプログラミングのためにカスタム・メイドされたものであり得る。
【００４９】
ジョセフソン接合を短絡させる技術は、他にも存在する。図２５は、本発明の実施形態による、非短絡ジョセフソン接合（たとえば、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのうちのいずれか）だけを示す部分的な共振ユニット１５０を示している。図２５は、たとえば、ジョセフソン接合を短絡させる電子ビーム・デバイス１３０２からのビームの使用を図解している。電子ビーム・デバイス１３０２は、走査電子顕微鏡、電子ビーム・ガンなどであり得る。図２５では、電子ビーム・デバイス１３０２が、ジョセフソン接合の上に、電子ビーム１３０４を放射する。電子ビーム１３０４は、ジョセフソン接合のトンネル・バリアを破壊するのに適切な電流をジョセフソン接合において生じさせる振幅で放射され、それによって、ジョセフソン接合が短絡する。電子ビームを与えた後については、図２６が、本発明の実施形態による、短絡ジョセフソン接合（たとえば、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのうちのいずれかが短絡され得る）だけを示す部分的な共振ユニット１５０を、示している。どのチップ１０２でも、チップ識別番号を生成するために、そのジョセフソン接合を短絡させることが可能である。量子コンピュータのサーバ・ファームには、多数の超伝導チップ１０２が存在し得る。チップのうちの１つのチップが、短絡ジョセフソン接合を有しておらず、結果的に、１１１１などのチップ識別番号を生じることがあり得るが、このチップ識別番号は、そのサーバ・ファームにおける１つまたは複数の短絡ジョセフソン接合を有する他のチップ１０２から区別可能である。
【００５０】
後で、超伝導チップ１０２に関する様々なフローチャートを論じる前に、ここでは、超伝導チップ１０２のための一般化されたシナリオについて論じる。１組の／１群の同じ超伝導量子ビット（回路）チップ１０２が、製造される。本明細書で指摘されているように、超伝導チップ１０２に関する議論は、多数のチップ１０２を代表することが可能である。一意的な識別コード（すなわち、チップ識別）が、超伝導チップ１０２のそれぞれの中にプログラムされる。超伝導チップ１０２のそれぞれは、ユーザの量子ビット回路ファームにおいて、それ自身のクライオスタット（cryostat）の中にインストールされ得る。クライオスタットとは、低い極低温を維持するのに用いられる、希釈冷凍器などのデバイスである。多くの超伝導チップ１０２を動作させる間、識別コードは、これらのそれ以外は同一であるチップ１０２の間で、それぞれを区別するのに用いられ得る。
【００５１】
図２０は、本発明の実施形態による超伝導チップ１０２を形成する方法のフローチャート９００を示している。図２０における様々な動作は、クライオスタットにおけるインストールよりも前に、行われ得る。ブロック９０２では、共振周波数を有する共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが提供され、これらの共振ユニットは、超伝導共振器として構成されている。ブロック９０４において、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎは、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに存在するのであるが、この共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎでは、１つまたは複数のジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎが、短絡トンネル・バリアを有するようにする。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの製造の間のオペレータ／製造業者は、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのうちの任意のものを、短絡させることができる。ある例では、ジョセフソン接合は、電気的プローブを用いて電流を与え、そのジョセフソン接合におけるトンネル・バリア材料を破壊することによって、短絡させることが可能である。
【００５２】
１つまたは複数のジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎのための短絡トンネル・バリアは、その短絡トンネル・バリアを有する共振ユニットのための共振周波数を上昇させる。たとえば、ジョセフソン接合６０２＿２に短絡トンネル・バリアが存在すると、その結果として、共振周波数ｆ２は、たとえば、４ＧＨｚから１５ＧＨｚに上昇し得る。共振周波数ｆ２は、単なる一例として、用いられている。ジョセフソン接合のいくつかは、短絡トンネル・バリアを有していない。
【００５３】
共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ１、ｆ３、ｆ５、ｆ７、ｆ９など）は、ジョセフソン接合に短絡トンネル・バリアを有していない共振ユニットに対する事前に定義された周波数帯域に含まれるように設計されている。短絡トンネル・バリアを有する１つまたは複数の共振ユニットのための共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ２、ｆ４、ｆ６、ｆ８、ｆ１０など）は、その事前に定義された周波数帯域に含まれないように設計されている。
【００５４】
短絡トンネル・バリアを有するジョセフソン接合の１つまたは複数は、事前に定義されたチップ識別を提供するために、前もって、事前に定義される。超伝導チップ１０２におけるジョセフソン接合は、偶然に短絡することはなく、任意のジョセフソン接合において短絡することもない。ジョセフソン接合は、第１の配置（configuration）または第２の配置を有するように構成されているが、ここで、第１の配置とは、短絡ではないとして定義された典型的なジョセフソン接合であり、第２の配置とは、短絡ジョセフソン接合である。第１の配置は、非短絡ジョセフソン接合であり、非短絡ジョセフソン接合は、短絡ではないと定義されたトンネル・バリアを有する。第２の配置は、短絡ジョセフソン接合であり、短絡ジョセフソン接合は、短絡トンネル・バリアを有するものとして定義される。
【００５５】
第１の配置と第２の配置との組合せが、たとえば１０１０１０１０１などの、２進表現を定義する。第１の配置と第２の配置とに関連する共振周波数の組合せが、２進表現を定義する。短絡トンネル・バリアを備えていないジョセフソン接合を有する共振ユニットは、第１の２進数（たとえば、「１」）として読み出されるように構成される。短絡トンネル・バリアを備えた１つまたは複数のジョセフソン接合を有する共振ユニットは、第２の２進数（たとえば、「０」）として読み出されるように構成される。
【００５６】
図２１は、本発明の実施形態によってチップ１０２を識別する方法のフローチャート１０００を示している。ブロック１００２では、第１の共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ１、ｆ３、ｆ５、ｆ７、ｆ９など）と第２の共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ２、ｆ４、ｆ６、ｆ８、ｆ１０など）とが、測定機器１０６によって受け取られる。第１の共振周波数は、事前に定義された周波数帯域内にあり、第２の共振周波数は、事前に定義された周波数帯域外にあり、第２の共振周波数は、事前に定義された周波数帯域に、（ちょうど、予測された周波数位置６６０のような）予測された周波数位置をそれぞれが有する。これは、チップ１０２が量子ビット動作のためのクライオスタットにインストールされている間になされ、この作用は、量子ビットを読み出すために用いられるシステム／機器と同じまたは同一のマイクロ波信号を送信／受信するためのシステムまたは機器を用いることができることに留意されたい。
【００５７】
ブロック１００４では、測定機器１０６（またはコンピュータ・システム１０８あるいはその両方）が、第１の表現（たとえば、１）を、事前に定義された周波数帯域における第１の共振周波数のそれぞれに相関させるように構成される。ブロック１００６では、測定機器１０６（またはコンピュータ・システム１０８あるいはその両方）が、第２の表現（たとえば、０）を、第２の共振周波数のそれぞれのための予測される周波数位置に相関させるように構成され、第１の表現と第２の表現との組合せ（複数の１および複数の０）が、チップ１０２を識別する。
【００５８】
第１の表現は、数、記号、または文字（たとえば、Ｘ）あるいはそれらの組合せで構成されるグループから選択される。第２の表現は、別の数、別の記号、または別の文字（たとえば、Ｙ）あるいはそれらの組合せで構成されるグループから選択される。
【００５９】
図２２は、本発明の実施形態によってチップ１０２の識別を生じさせる方法のフローチャート１１００を示している。ブロック１１０２では、測定機器１０６が、チップ１０２に、共振周波数ｆ１〜ｆＮを、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから提供させるように構成されるのであるが、ここで、共振周波数は、事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ１、ｆ３、ｆ５、ｆ７、ｆ９など）と、事前に定義された周波数帯域外にある第２の共振周波数（たとえば、共振周波数ｆ２、ｆ４、ｆ６、ｆ８、ｆ１０など）とを含む。第２の共振周波数は、異なる事前に定義された周波数帯域において、予測される周波数位置（ちょうど、ｆ２のために予測される周波数位置のような）をそれぞれが有する。
【００６０】
ブロック１１０４では、測定機器１０６が、第１の表現（たとえば、１）と事前に定義された周波数帯域の第１の共振周波数のそれぞれとを相関させ、第２の表現（たとえば、０）と第２の共振周波数のそれぞれのための予測された周波数位置（ちょうど、ｆ２のために予測される／欠けている周波数位置のような）とを相関させるように構成されるが、第１の表現と第２の表現との組合せが、チップ１０２の現在の識別である。
【００６１】
ブロック１１０６では、測定機器１０６（またはコンピュータ・システム１０８あるいはその両方）が、（チップ識別データベース１１０に）先に記憶されていた識別がチップ１０２の現在の識別と一致すると判断するように構成される。チップ識別は、（事前に定義された周波数帯域外にある）第２の共振周波数が測定機器１０６によって明確に測定されていない場合であっても、すなわち、これらの共振周波数だけが全体の組から欠けていることが観測可能な場合であっても、機能し得る（すなわち、一致を見出す）。
【００６２】
一致に応答して、測定機器１０６（またはコンピュータ・システム１０８あるいはその両方）は、異なる識別を有する（データベース１１０における）異なるチップからの現在の識別を有するチップ１０２を識別するように構成されている。
【００６３】
超伝導チップ１０２がどのように用いられ得るかに関しては、多くのシナリオが存在し、他のチップ１０２の中での特定のチップ１０２の識別は、様々なプロセスを含み得る。第１に、チップの製造後に、そして、多くの場合に製造業者のサイトにおいて、チップ識別は、（チップ識別をチップ１０２の中にプログラムするオペレータによって）作成され、チップ識別データベース１１０に記憶される。このプロセスは、典型的には、登録として知られている。チップ１０２がユーザの施設において現場で用いられた後で、チップの識別が読み出され、製造業者に通信によって戻される。次に、製造業者が、通信されてきたチップの識別を求めて、チップ識別データベース１１０においてサーチを行う。チップ識別は、識別子と、いくつかのチップ固有の情報とで構成され得るのであるが、チップ固有の情報とは、ハードウェアの等級（たとえば、高速または低速）、システムにおける量子ビット数（たとえば、１７、４９）、製造日、製造施設などである。識別を要求するときには、ユーザは、製造業者のチップ識別データベース１１０の中にそれが存在することを確認することによって、チップ１０２が真正であるかどうかを確認することを試み得る。識別を要求するときには、ユーザは、製造業者による調停を用いて、第三者のサーバとの通信を開始しようと試みることがあり得るが、製造業者は、ユーザのチップの識別を信頼できるものとして認証し、そのチップ識別データベース１１０においてチップの識別をサーチする際に、第三者のサーバにアクセスする許可を、ユーザに与えることができる。識別を要求するときに、ユーザは、作業負荷を既存のチップ１０２のネットワークの全体にどのように配分するかを決定し、（一般的に、または、ハードウェアの等級など特定の特性を用いて）利用可能な量子プロセッサを見つけることができる。（一意的な）チップ識別を用いてプログラムされた超伝導量子ビット・チップ１０２を利用するには多くの方法が存在する、ということを理解されたい。
【００６４】
回路１０２、１０４、１２０、１３０の回路素子は、超伝導材料で作られ得る。それぞれの共振器および伝送／フィード／プローブ信号線は、超伝導材料で作られ得る。（約１０〜１００ミリケルビン（ｍＫ）または約４Ｋなどの低温における）超伝導材料の例は、ニオブ、アルミニウム、タンタルなどを含む。たとえば、ジョセフソン接合は、２つの超伝導電極を分離する酸化物などの薄いトンネル・バリアまたは弱結合（weak link）で作られ得る。コンデンサは、ギャップまたは誘電材料によって分離された超伝導材料で作られ得る。様々な素子を接続する伝送線（すなわち、ワイヤ）は、超伝送材料で作られる。
【００６５】
本明細書では、本発明の様々な実施形態が、関係する図面を参照して説明される。本発明の範囲から逸脱することなく、代替的な実施形態を考案することも可能である。以下の説明および図面では、要素の間での様々な接続と位置関係（たとえば、上方、下方、隣接など）とが明記されているが、向きが変更された場合であっても、記載された機能が維持されるときには、本明細書に記載された位置関係の多くが向きとは独立である、ということを、当業者であれば、認識するであろう。これらの接続もしくは位置関係またはその両方は、そうではないと特定されない場合には、直接的または間接的であり得るのであって、本発明は、この点に関して制限的であ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、直接的結合または間接的結合のどちらも指し得るのであって、エンティティ間の位置関係は、直接的関係または間接的関係のどちらでもあり得る。間接的な位置関係の一例として、本明細書において、層「Ｂ」の上に層「Ａ」を形成することを言及する場合に、層「Ａ」と層「Ｂ」との関連する特性と機能とが中間層によって実質的に変更されない限りは、層「Ａ」と層「Ｂ」との間に１つまたは複数の中間層（たとえば、層「Ｃ」）が存在する状況も含む。
【００６６】
以下の定義と略語とが、特許請求の範囲と明細書との解釈に用いられる。本明細書で用いられる「備える（comprises）」、「備えている（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」、「包含する（contains）」もしくは「包含している（containing）」という用語、またはそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含関係に及ぶことが意図されている。たとえば、要素のリストを含む組成物、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ことはなく、明示的にリスト化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、もしくは装置に内在する他の要素を含むことがあり得る。
【００６７】
さらに、本明細書では、「例示的」という用語は、「例、実例または例証として機能する」ことを意味するように用いられる。「例示的」であるとして本明細書に記載のあるどの実施形態または設計は、他の実施形態または設計との比較で、必ずしも、好適であるまたは優れていると解釈されるべきではない。「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」という用語は、１よりも大きなまたは１と等しい任意の整数すなわち１、２、３、４などを含むものと理解される。「複数の」という用語は、２よりも大きいまたは２に等しい任意の整数すなわち２、３、４、５などを含むものと理解される。「接続」という用語は、間接的「接続」および直接的「接続」を含むことがあり得る。
【００６８】
本明細書における「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」などの参照は、説明されている実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得るということを示すのであるが、どの実施形態も、特定の特徴、構造、または特性を含むことがあり得、または、含まない場合もあり得る。さらに、そのような表現が、必ずしも、同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態との関係で説明されるときには、明示的に述べられているかどうかとは関係なく、他の実施形態との関係におけるそのような特徴、構造、または特性にも影響するということは、当業者の有する知識の範囲内であるということが前提とされている。
【００６９】
本明細書における説明のためであるが、「上側」、「下側」、「右側」、「左側」、「垂直方向」、「水平方向」、「頂部」、「底部」という用語、およびこれらの派生語は、図面において方向付けられているように、説明されている構造および方法に関するものとする。「上に横たわっている」、「頂上にある」、「上にある」、「上に配置されている」または「頂上に配置されている」という用語は、第１の構造などの第１の要素が、第２の構造などの第２の要素の上に存在することを意味しており、その場合、界面構造などの介在要素が、第１の要素と第２の要素との間に存在し得る。「直接的接触」という用語は、第１の構造などの第１の要素と第２の構造などの第２の要素とが、これら２つの要素の界面において、いかなる中間導電性、絶縁性または半導体層が存在することなく、接続されていることを意味する。
【００７０】
たとえば「第２の要素に対して選択的な第１の要素」などにおける「に対して選択的」という句は、第１の要素がエッチングされ得ること、そして、第２の要素がエッチ停止（etch stop）として作用し得ることを意味する。
【００７１】
「約（about）」、「実質的に（substantially）」、「近似的に（approximately）」という用語およびそれらの変形は、本出願がなされた時点で利用可能な機器に基づき、特定の量の測定に付随する誤差の程度を含むことが意図されている。たとえば、「約」は、与えられた値の±８％または５％または２％の範囲を含み得る。
【００７２】
本明細書において既に記載されたように、簡潔にするという目的のために、半導体デバイスおよび集積回路（ＩＣ）の製造に関係する従来型の技術については、本明細書では、説明される場合があり得、または、説明されない場合があり得る。しかし、背景として、本発明の１つまたは複数の実施形態を実現する際に用いられ得る半導体デバイスの製造プロセスに関するより一般的な説明が、次に、提供される。本発明の１つまたは複数の実施形態を実現するのに用いられる特定の製造上の操作が、個々に知られていることはあり得るが、本発明の操作または結果的に生じる構造あるいはその両方に関して説明されている組合せは、独自のものである。このように、本発明による半導体デバイスの製造と関連して説明されている操作の独自の組合せは、半導体（たとえば、シリコン）基板の上で実行される個別的には知られている多様な物理的および化学的プロセスを用いるのであるが、そのいくつかについて、以下の段落において、説明する。
【００７３】
一般に、ＩＣの中にパッケージングされるマイクロチップを形成するのに用いられる様々なプロセスは、４つの一般的なカテゴリ、すなわち、膜の堆積、除去／エッチング、半導体ドーピングおよびパターニング／リソグラフィに含まれる。堆積（deposition）とは、材料をウエハの上に、成長させ、コーティングし、またはそれ以外の態様で移動させる任意のプロセスである。利用可能な技術としては、数ある中で、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、電気化学的堆積（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および、より最近では、原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。除去／エッチングとは、材料をウエハから除去する任意のプロセスである。例としては、エッチ・プロセス（ウェットまたはドライのいずれか）、および化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）、その他を含む。半導体ドーピングとは、たとえば一般的には拡散またはイオン注入あるいはその両方によってトランジスタのソースおよびドレインをドーピングすることによる、電気的特性の修正である。これらのドーピング・プロセスの後には、炉アニーリングまたは急速熱アニーリング（ＲＴＡ）が続く。アニーリングは、注入されたドーパントを活性化させるように機能する。導体（たとえば、ポリシリコン、アルミニウム、銅など）と絶縁体（たとえば、様々な形態の二酸化シリコン、窒化シリコンなど）との膜が、トランジスタとそれらの構成要素とを接続するために、および、それらを分離させるために、用いられる。半導体基板の様々な領域の選択的なドーピングによって、基板の導電率を、電圧の印加により変化させることが可能になる。これらの様々な構成要素の構造を作成することによって、現代のマイクロエレクトロニクス・デバイスの複雑な回路を形成するために、数百万のトランジスタを構築し、相互にワイヤ接続することが可能になる。半導体リソグラフィとは、半導体基板の上に三次元的なレリーフ・イメージまたはパターンを形成し、その後で、そのパターンを基板に移動させることである。半導体リソグラフィでは、パターンは、フォトレジストと称される光感知性のポリマによって形成される。トランジスタと回路の数百万個のトランジスタを接続する多くの配線とを構成する複雑な構造を構築するため、リソグラフィとエッチ・パターン転移ステップとが、複数回、反復される。ウエハ上に印刷されつつあるそれぞれのパターンは、先に形成されたパターンとの位置合わせがなされ、導体、絶縁体および選択的にドーピングがなされた領域が、最終的なデバイスを形成するために、ゆっくりと構築される。本明細書で説明されたオンチップの超伝導回路は、半導体製造技術を、半導体基板の上に超伝導金属膜において必要とされるパターンの形成に適応させることによって、作成される。
【００７４】
図面におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態による製造または動作方法あるいはその両方の可能な実装形態を例証している。その方法の様々な機能／動作は、フローチャートでは、ブロックによって、表されている。いくつかの別の実装形態では、ブロックに記載されている機能は、図面に記載されている順序とは異なる順序で生じ得る。たとえば、連続する２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されることがあり得、または、それらのブロックが、時には、関係する機能に応じて、逆の順序で実行されることもあり得る。
【００７５】
本発明の様々な実施形態の説明が、例証の目的のために提示されてきたが、網羅的であること、または、開示されている実施形態に限定されることは、意図されていない。説明されている実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの変更および変形が、当業者には明らかであろう。本明細書で用いられている用語は、市場で見出される技術よりも優れた実施形態の原理、実践的な応用、もしくは技術的改善を最良に説明するために、または、当業者である他の者が、本明細書に説明されている実施形態を理解することを可能にするために、選択されたものである。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月20日(2020.4.20)
【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】
超伝導チップであって、
共振周波数を有しており、超伝導共振器として構成された共振ユニットと、
前記共振ユニットに存在しており、１つまたは複数が短絡トンネル・バリアを有するジョセフソン接合と、
を備えた、超伝導チップ。
【請求項２】
前記短絡トンネル・バリアが、前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数の上昇を生じさせる、請求項１に記載の超伝導チップ。
【請求項３】
前記ジョセフソン接合のいくつかは、短絡していないトンネル・バリアを有する、請求項１または２に記載の超伝導チップ。
【請求項４】
前記共振周波数が、前記ジョセフソン接合に短絡トンネル・バリアを有しない前記共振ユニットのそれぞれのための事前に定義された周波数帯域に含まれるように設計されている、請求項３に記載の超伝導チップ。
【請求項５】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数が、前記事前に定義された周波数帯域に含まれないように設計されている、請求項４に記載の超伝導チップ。
【請求項６】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数が、事前に定義されたチップ識別を提供するために事前に定義される、請求項１ないし５のいずれかに記載の超伝導チップ。
【請求項７】
前記ジョセフソン接合が、第１の配置または第２の配置を有するように構成されており、
前記第１の配置が、短絡していないと定義されたトンネル・バリアを有する非短絡ジョセフソン接合であり、
前記第２の配置が、前記短絡トンネル・バリアを有するものとして定義される短絡ジョセフソン接合である、
請求項１ないし６のいずれかに記載の超伝導チップ。
【請求項８】
前記第１の配置と前記第２の配置との組合せが２進表現を定義する、請求項７に記載の超伝導チップ。
【請求項９】
前記第１の配置と前記第２の配置とに関連する前記共振周波数の組合せが２進表現を定義する、請求項７に記載の超伝導チップ。
【請求項１０】
前記短絡トンネル・バリアを備えていない前記ジョセフソン接合を有する前記共振ユニットが、第１の２進数として読み出されるように構成され、
前記短絡トンネル・バリアを備えた前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数を有する前記共振ユニットが、第２の２進数として読み出されるように構成される、
請求項１ないし９のいずれかに記載の超伝導チップ。
【請求項１１】
超伝導チップを形成する方法であって、
ジョセフソン接合が含まれ、共振周波数を有する共振ユニットを提供することと、
前記ジョセフソン接合の１つまたは複数が、短絡トンネル・バリアを有するようにすることと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記短絡トンネル・バリアが、前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数の上昇を生じさせる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ジョセフソン接合のいくつかは、短絡していないトンネル・バリアを有する、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記共振周波数が、前記ジョセフソン接合に短絡トンネル・バリアを有しない前記共振ユニットのそれぞれのための事前に定義された周波数帯域に含まれるように設計されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記共振ユニットのための前記共振周波数が、前記事前に定義された周波数帯域に含まれないように設計されている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記短絡トンネル・バリアを有する前記ジョセフソン接合が、事前に定義されたチップ識別を提供するために事前に定義される、請求項１１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ジョセフソン接合が、第１の配置または第２の配置を有するように構成されており、
前記第１の配置が、短絡していないと定義されたトンネル・バリアを有する非短絡ジョセフソン接合であり、
前記第２の配置が、前記短絡トンネル・バリアを有するものとして定義される短絡ジョセフソン接合である、
請求項１１ないし１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の配置と前記第２の配置との組合せが２進表現を定義する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の配置と前記第２の配置とに関連する前記共振周波数の組合せが２進表現を定義する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記短絡トンネル・バリアを備えていない前記ジョセフソン接合を有する前記共振ユニットが、第１の２進数として読み出されるように構成され、
前記短絡トンネル・バリアを備えた前記ジョセフソン接合の前記１つまたは複数を有する前記共振ユニットが、第２の２進数として読み出されるように構成される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
請求項７に記載の超伝導チップを識別する方法であって、
事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、前記事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを受け取ることと、
第１の表現と、前記事前に定義された周波数帯域における前記第１の共振周波数のそれぞれとを相関させることと、
第２の表現と、前記第２の共振周波数のそれぞれのための前記予測される周波数位置とを相関させ、前記第１の表現と前記第２の表現との組合せが前記超伝導チップを識別するようにすることと、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記第１の表現が、数、記号、および文字で構成されるグループから選択され、
前記第２の表現が、別の数、別の記号、および別の文字で構成されるグループから選択される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項７に記載の超伝導チップの識別を生じさせる方法であって、
前記超伝導チップに、事前に定義された周波数帯域内にある第１の共振周波数と、前記事前に定義された周波数帯域外にあり異なる事前に定義された周波数帯域に予測された周波数位置をそれぞれが有する第２の共振周波数とを含む共振周波数を、共振ユニットから提供させることと、
第１の表現と前記事前に定義された周波数帯域の前記第１の共振周波数のそれぞれとを相関させ、第２の表現と前記第２の共振周波数のそれぞれのための前記予測された周波数位置とを相関させて、前記第１の表現と前記第２の表現との組合せが前記超伝導チップの現在の識別となるようにすることと、
先に記憶されていた識別が前記超伝導チップの前記現在の識別と一致すると判断することと、
を含む、方法。
【請求項２４】
前記一致に応答して、前記現在の識別を有する前記超伝導チップを、異なる識別を有する異なるチップから識別することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
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