CN101176110A - 量子位状态复制 - Google Patents

量子位状态复制 Download PDF

Info

Publication number
CN101176110A
CN101176110A CNA2006800167766A CN200680016776A CN101176110A CN 101176110 A CN101176110 A CN 101176110A CN A2006800167766 A CNA2006800167766 A CN A2006800167766A CN 200680016776 A CN200680016776 A CN 200680016776A CN 101176110 A CN101176110 A CN 101176110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum bit
coupled
quantum
state
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006800167766A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101176110B (zh
Inventor
安德鲁·J·伯克利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
D Wave Systems Inc
Original Assignee
D Wave Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by D Wave Systems Inc filed Critical D Wave Systems Inc
Publication of CN101176110A publication Critical patent/CN101176110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101176110B publication Critical patent/CN101176110B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/10—Junction-based devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

提供了用于将一个源量子位的经典状态复制到一个目标量子位的系统和方法。这些技术可以用于读出一个量子位矩阵的状态。

Description

量子位状态复制
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年4月26日提交的美国临时专利申请60/675,139号的权益，该申请通过在此引用全文结合在此。
技术领域
本方法与系统涉及量子计算的领域，并且具体涉及超导装置。
背景技术
1982年，Richard Feynman提出一种可控制的量子系统可以比常规计算机更为有效地用于模拟其他量子系统。参阅Feynman，1982，International Journal of Theoretical Physics 21，pp.467-488。现在该可控制的量子系统被普遍地称为量子计算机，并且人们致力于开发一种可以用于模拟量子系统或者运行专门的量子算法的通用量子计算机。具体地说，对于某一量子系统状态的一个模型进行求解一般涉及对该量子系统的哈密尔顿算子的微分方程进行求解。David Deutsch观察到一种量子系统可以用来达到时间的节省，后来证明在某些计算中可以有指数性的时间节省。如果有一个问题，该问题是以代表该量子系统的哈密尔顿算子的一个方程形式来建立的模型，该系统的状态可以提供关于对该方程的解的信息。参阅Deutsch，1985，Proceedings of the Royal Society of London A 400，pp.97-117。
该量子计算技术中的一个局限是对于可以支持量子计算的系统的鉴别。如以下的段落中所详述，类似于经典的数字计算机中的一个“位”的一个量子位是作为存储量子信息的基础。然而，量子位必须能够将相干量子状态保持得足够长以进行量子计算。失去相干量子状态被称为脱散。另外，需要读出量子位的状态的技术以确定一个量子计算的结果。理想地，这种读出机制在一次读出操作之前不会将脱散引入该量子计算系统。
当其基本构成单元，即量子位，被以耦连在一起的方式为一个量子位的量子状态影响着每一个与其耦连的量子位的量子状态，一个量子计算机的计算能力提高了。这种形式的耦连包括被称为牵连的作用。量子计算技术中的另一个限制在于对能够用于可控制地牵连多个量子位的状态而不引入一个显著的脱散源的方法的鉴别。
1.量子计算的途径
设计和运行一个量子计算机有几种一般的途径。一个被称为“电路模型量子计算”的途径是基于其中对量子位(非常类似于位)施加逻辑门的一种模型，并且可以编程为使用量子逻辑进行计算。这种量子计算模型要求具有长相干时间的量子位。人们作出了努力开发可以实现量子逻辑功能的牢靠的量子位。例如参阅Shor的2001，arXiv.org:quant-ph/0005003。然而，在本领域中尚未令人满意地实现在量子系统中将量子位的脱散降低为至使在量子系统中存储的量子信息被破坏以前能够进行多个计算。
被称为“热辅助绝热量子计算”的另一种量子计算的途径涉及找出一个量子位的阵列的最低能量配置。该途径并不严格使用量子门和量子电路。取而代之的是，它使用经典的效应，并且在一些情况下使用量子效应，以便从一种已知的初始哈密尔顿算子开始操纵相互作用的量子位的一个系统的状态，从而使终末状态代表有关物理系统的哈密尔顿算子。在该过程中对于这些量子位不严格要求量子相干。此类途径的一个实例是绝热量子计算。例如参见Farhi等的2001，Science 292，pp.472-476。
2.量子位
一个量子位，也称为量子比特，是常规数字位的量子机制类似物。取代于一个数字位中只对两个离散的状态(譬如一个位中的“0”和“1”)进行编码，一个量子位还可被置于“0”和“1”的重叠中，即，该量子位可以同时存在于“0”和“1”的两种状态中，并且从而可以同时对两个状态进行一种量子计算。这样，一个保持纯离散状态(0或1)的量子位被称为处于一种经典状态，而保持状态的重叠的一个量子位被称为处于一种量子状态。总之，N个量子位可以处于2N个状态的重叠之中。各个量子算法利用该重叠特性来加速某些计算。
在标准的符号表示法中，一个量子位的基本状态被称为|0〉和|1〉状态。在量子计算的过程中，总体上，一个量子位的状态是基态的一种重叠，从而该量子位具有占据该|0〉基态的一个非零概率和同时占据该|1〉基态的一个非零概率。数学上，基态的重叠是指该量子位的整体状态，这用|Ψ〉表示，具有|Ψ〉＝a|0〉+b|1〉的形式，其中a和b分别是对应于基于测量结果获得a|0〉或|1〉的概率|a|2和|b|2的系数。系数a和b各有实部和虚部。一个量子位的量子性的本质很大程度上是从其存在于基态的相干重叠的能力中衍生出。只要系数a和b的幅值和相位不受外部环境的影响，一个量子位即处于相干的重叠中。当一个量子位充分地与脱散源相隔离时，该量子位将保持作为各个基态的相干重叠而存在的这种能力。
为了使用一个量子位来完成一个计算，该量子位的状态被测量(例如读出)。典型地，当进行了该量子位测量时，该量子位的量子实质被临时地丢弃并且该基态的重叠瓦解为|0〉基态或|1〉基态，从而重新获得与一个常规位的相似性。该量子位在其瓦解以后的实际状态直接取决于读出操作前的概率|a|2和|b|2。对于量子位的更多信息，总体上参阅Nielsen and Chuang，2000，Quantum Computation andQuantum Information，Cambridge University Press，Cambridge，pp.344-345
3.超导量子位
有许多不同的可以用于构成量子计算机的技术。一种实施方案使用超导材料。超导量子位具有可拓展性的优点。使用超导量子位实现大规模量子计算机的可能性大有前景，因为制造超导量子位所涉及的技术和工艺类似于用于常规硅基计算机的那样技术和工艺，对于它们已经存在基础设施和技术秘密。为了实现这样一种计算机，Shnirman等的1997，Physics Review Letters 79，2371-2374提出一种超导量子计算机，该超导量子计算机使用Josephson结以产生所要求的量子效应。
根据用于对信息进行编码的物理特性，可以将超导量子位分成几个类别。量子位的一种总体的划分是将它们分成电荷器件和相位器件，如在Makhlin等的2001，Reviews of Modern Physics 73，pp.357-401中对于量子位所讨论的那样。
一个超导量子位典型地特征是两种不同类型的能量即充电能量Ec，和Josephson能量EJ。在一个给定的超导量子位中这样能量类型的每个的幅值取决于该量子位的物理参数。例如，一个超导量子位的充电能量是该量子位的部件(例如量子位结)的充电能量的一个函数。而一个量子位结的充电能量又定义为e2/(2C)，其中C是该结的电容。一个超导量子位的Josephson能量是该量子位中的部件(例如量子位结)的Josephson能量的一个函数。而一个量子结(例如Josephson结)的能量又与该量子位结的临界电流相关。确切地说，一个量子位结的Josephson能量与该结的临界电流IC成比例并且满足关系式
Figure S2006800167766D00051
在此
Figure S2006800167766D00052
是普朗克常量除以2π。一个超导量子位的总Josephson能量与总充电能量之比可以用于对超导量子位进行分类。例如，在一个分类方案中，当一个给定的超导量子位的总充电能量远大于该量子位的总Josephson能量时，该量子位就被认为是一个电荷量子位。并且当一个给定的超导量子位的总Josephson能量远大于该量子位的总充电能量该量子位就被认为是一个相位量子位。如在本文中所使用的，评估两个能量项的情况下术语“远大于”是指一个能量项可以在比第二个能量项大两倍至大二十倍。
在基于量子位的量子系统中，相位和电荷是共轭变量。这就是说，确定该相位的一种较高的准确性导致电荷中的较大的不确定性，并且反之亦然。电荷量子位被称为是以电荷基础(或者体系)运行，在此该电荷的值是更加局部化的，而相位量子位是以相位基础运行，在此相位的值是更加局部化的。
电荷量子位用该装置的电荷状态存储和操纵信息，其中的基本电荷由一种被称为库伯对的电子对所构成。一个库伯对具有2e的电荷，其中e是基本电荷单位，并且由两电子构成，这两个电子由一个声子相互作用键接在一起。例如，参阅Nielson和Chuang的2000，Quantum Computatin and Quantum Information，CambridgeUniversity Press，Cambridge，pp.343-345。
另一方面，相位量子位用该量子位的相位或通量状态来存储信息。相位量子位包括由一个Josephson结间断的一个超导环路。相位量子位还可以进一步地区别为通量量子位或者“纯相位”量子位。通量量子位的特征是可以捕捉单位通量Φ0＝hc/2e的数量级的大通量的相对大的超导环路。参见Bocko等的1997，IEEE Trans.Appl.Superconduct.73638。另一方面，“纯相位”量子位的特征在于小的电感并且在磁性上是不活跃的。一个“纯相位”量子位以跨间断该超导环路的一个Josephson结的相位降的形式存储信息。例如参见Ioffe等的1999，Nature 398，679。
另一类量子位是混合量子位。混合量子位既使用电荷自由度也使用相位自由度来控制信息。混合量子位的一些实例说明于6,838,694号美国专利和美国专利公开2005-0082519号中，这两个专利均通过引用全文结合在此。
4.超导通量器件
用超导量子位构成一种量子计算机的建议是Bocko等著的1997，IEEE Transactions on Applied Superconductivity 7，p.3638以及Makhlin等的2001，Review of Modern Physics 73，p.357-400。自那时起，以后已经有了许多个这方面的设计。一个此类设计是稳恒电流量子位。该稳恒电流量子位是一种通量量子位的形式，这意味着它可以存储单位通量Φ0＝hc/2e的数量级的通量。参阅Mooij等的1999，Science 285，1036；和Orlando等的1999，PhysicsReview B 60，15398。如在图6中所示，该稳恒电流量子位包括由串联的三个小电容Josephson结(在图6中指代为“X”)间断的厚的超导材料的一个环路。该超导环路可以环绕一个施加磁通量fΦ0，其中Φ0是该超导通量量子h/2e，在此h是普朗克常量。系数f的值可以由一个外部的磁偏置来控制并且通常保持在略小于0.5的值。由图6中aEJ的指代的一个Josephson结的临界电流值被设计为小于其他两个Josephson结的临界电流值EJ，这两个Josephson结往往具有同样的或者非常相似的临界电流(其值在图6中各用EJ指代)。典型地，a在0＜a＜1的范围内。可以将该稳恒电流量子位构成为使该超导材料环路包围一个小的面积(例如一个小于10平方微米的面积)。
该稳恒电流量子位是充分公知的并且已经表明具有长的相干时间。例如，参阅Orlando等；以及Il’ichev等的2003，PhysicsReview Letters 91，097906。某些其他类型的通量电子位包括由多于或少于三个Josephson结的超导材料环路。例如，参阅Blatter等的2001，Physics Review B 63，174511；和Friedman等的2000，Nature 406，43。
在系统哈密而顿算子中说明两个超导通量量子位的耦连相互作用的符号可以用作对量子位耦连类型进行分类的基础。根据这样一个分类方案，有两种耦连类型，即铁磁的和反铁磁的。
通量量子位典型地是经过它们各自的磁通量相互作用。就是在一个第一超导通量量子位中的一个通量变化将会引起与该第一超导通量量子位耦连的一个第二超导通量量子位中通量的变化。在铁磁耦连中，有利的是在能量方面对第一超导通量量子位中的通量变化产生与该第一通量量子位耦连的一个第二超导通量量子位中的一种类似变化。例如，当两个量子位铁磁地耦连时，在该第一超导通量量子位中通量的增加将引起该第二超导通量量子位中通量的增加。因为流通的环路电流在一个通量量子位的超导环路中产生通量，铁磁的耦连还可以意味着在一个量子位中流通的电流将在另一个量子位中产生沿相同方向流动的电流。
在反铁磁情况下，在能量方面有利的是对第一超导通量量子位中的通量变化产生与该第一通量量子位耦连的一个第二超导通量量子位中的一种类似却相反的变化。例如，在一个超导通量量子位中通量的增加导致反铁磁地耦连装置中的通量减少。类似地，在一个第一通量量子位中沿一个方向流通的电流在反铁磁地耦连到该第一量子位的通量量子位中引起一个沿相反方向流动的电流，因为在能量方面这是更加有利的。能量方面有利是指包括这些耦连的量子位的系统倾向处于一种特定的耦连配置(因为在该特定配置中该耦连系统的总能量低于在其他配置中的总能量)。
在两个耦连在一起的通量装置的哈密尔顿算子中，σzσz代表具有表明该耦连的强度的一种前因子的变量J的两个装置之间的“∑z”耦连。当J＞0时，该耦连是反铁磁的，具有一个较高的J意味着是一种强的反铁磁耦连。当J＜0时，该耦连是铁磁的，具有一个较低的J意味着一种强的铁磁耦连。当J＝0时，没有耦连。这样，切换J的符号将耦连的类型从铁磁的切换到反铁磁的或者相反地切换。
5.量子位测量技术
总体上，量子位测量是基于该量子位可以处于一种量子状态的假定进行的。然而，可以约束量子位只保持经典的状态，并且然后在该受约束的状态进行测量。不论测量是依赖于要受测量的量子位在一种量子状态的假定还是依赖于该量子位已经受约束于一种经典的状态的假定，在所属技术领域中都缺乏可以在同一电路中测量大量的量子位方法和结构。通常，一个量子位的读出机构要求一定量的电路板空间，以及至少一个控制导线以操作该机构。传统上，对于一个电路中的每个附加的量子位都要使用一个附加的读出机构以及至少一根附加的控制线。当存在大量的量子位时，这在电路设计上产生了一个问题，因为空间限制使得在一个电路中布置量子位非常复杂。还有，存在附加的控制导线对于在电路中寻找所有导线的一种有效布线方面产生了一个问题。在一个有大量量子位的阵列中，由于面积上的和进入该阵列内部的布线路径上的限制，读出该阵列内部的量子位会是挑战性的。
在上面提到的Il’ichev等提出了一种通过将该通量量子位弱耦连到一个谐振回路(tank circuit)来读出一个通量量子位的方法。当该量子位为测量准备好时，将该量子位带到与该谐振回路谐振，从而使该量子位的状态与该谐振回路的状态耦连。然后将该谐振回路与该量子位退耦。尽管在不读出时这种方法通过该谐振回路减少该量子位的消散，但是这种方法对一个量子电路中的较大数量的量子位是不可拓展的，因为每个量子位都有一个单个的谐振回路是不可行的。
测量一个通量量子位的一种方式是通过使用一种电感地耦连到该通量量子位的超导量子干涉装置，或SQUID。一个SQUID包括由至少一个Josephson结间断的一个超导环路。在SQUID的该超导环路中流过的电流可以按几个不同的方式进行偏置。两个在受偏转的方式上不同的两个SQUID实例是dc-SQUID和rf-SQUID。因为通量器件经过其磁通量相互作用，可以用一个SQUID-型装置可用于将通量量子位耦连在一起，如同Majer等在2003，arXiv.org:cond-mat/0308192中提出的方案。当用于测量一个通量量子位的状态时，读出SQUID的超导电流，因为该超导电流取决于该量子位的状态。如此，测量SQUID电流可以确定耦连该SQUID的量子位的状态。然而，SQUID的缺点是它们在一个电路板或者芯片上占据相当大的表面积。对于较大数量的量子位，每个量子位具有一个SQUID变得笨重并且耗费空间。
Paternostro等在2005，Physical Review A 71，042311，(以下的“Paternostro”)揭示了通过一种总线系统经一种多量子位耦连传送一个量子位的量子状态的方法。Paternostro量子光学和SQUID相结合以产生在其上可以进行量子运算的一种自旋链的网络。然而，包括一个总线以将所有的量子位耦连在一起可能在系统中引起增加的噪音干扰。
6.先有技术
鉴于上述的缺点，在所属技术领域中存在一种需要来提供用于有效地读出一个阵列中的量子位，尤其是在该阵列内部的量子位，的经典状态的系统和方法。
发明内容
在一个实施方案中，提供了将一个第一量子位的一个经典状态复制到一个第二量子位的方法。该方法包括将该第二量子位初始化为一个初始的经典状态。该第二量子位具有一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括具有一个第一势能最小值的第一势阱和具有一个第二势能最小值的第二势阱。该初始的经典状态位于该第一势阱中。在该方法中将该第一势阱的第一势能最小值调节到一个高于该第二势阱的第二势能最小值的一个第三势能最小值。该方法还包括在一个时间长度t内将该第一量子位与该第二量子位进行耦连。
在另一个实施方案中，提供了将一个第一量子位的一个经典状态复制到一个第二量子位的方法。该第一量子位的特征是一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第一隧道效应壁垒，并且该第二量子位的特征是一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第二隧道效应壁垒。该方法包括降低该第二隧道效应壁垒、在一个时间长度t上耦连第一量子位与该第二量子位，并且提高该第二隧道效应壁垒。
在又一个实施方案中，提供了读出一个量子位阵列中的一个量子位的一种经典的状态的方法。该阵列包括周边的量子位和内部的量子位。该方法包括将具有一个相关联的读出装置的一个周边的量子位的一个经典状态初始化，向该周边的量子位复制一个内部量子位的一个经典的状态，并且通过读出该周边量子位的经典状态而读出该内部的量子位的经典状态。通过具有一个耦连强度的一个耦连装置将该周边的量子位耦连到该内部的量子位。此外，该耦连强度可以在一个最小耦连强度与一个预定的耦连强度之间进行调节。
在又一个实施方案中，提供了将一个第一量子位装置的一种经典状态复制到一个第二量子位装置的方法。该方法包括用于将该第一量子装置耦连到该第二量子装置的装置、用于调节该第一量子位装置的一个隧道效应壁垒和该第二量子位装置的一个隧道效应壁垒中至少之一的装置、和用于调节该第一量子位装置和该第二量子位装置的至少之一的势能的能量配置的对称性的装置。
在又一个实施方案中，提供了将一个第一量子位的一种经典的状态复制到一个第二量子位的系统。该第一量子位的特征是一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第一隧道效应壁垒，并且该第二量子位的特征是一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第二隧道效应壁垒。该系统包括一个第一壁垒调节模件、一个耦连模件和一个第二壁垒调节模件。该第一壁垒调节模件包括用于降低该第二隧道效应壁垒的指令。该耦连模件包括将该第一量子位耦连到该第二量子位的指令。该第二壁垒调节模件包括提高该第二隧道效应壁垒的指令。
在又一个实施方案中，提供了一种存储用于将一个第一量子位初始化到一种初始的经典状态的可执行指令的计算机可读媒体。在该实施方案中，该第一量子位具有一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括具有一个第一势能最小值的第一势阱和具有一个第二势能最小值的第二势阱，并且该初始的经典状态是位于该第一势阱中。在该可计算机读的媒体还存储用于将该第一势阱的第一势能最小值调节到一个高于该第二势阱的第二势能最小值的一个第三势能最小值的可执行的指令。该计算机可读的媒体还存储用于在一个时间长度t中将该第一量子位与该第二量子位耦连的可执行的指令。
附图说明
图1A示出一个rf-SQUID的两种流通电流状态。
图1B示出图1A中的rf-SQUID的能量形态。
图1C示出根据先有技术的一种裂隙结通量量子位。
图2示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的两个通量量子位和一个耦连装置。
图3A示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的铁磁状态复制所涉序列步骤。
图3B示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的铁磁状态复制所涉的图3A的步骤之后的序列步骤。
图4A示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的绝热状态复制所涉的序列步骤。
图4B示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的绝热复制所涉的图4的步骤之后的序列步骤。
图5示出根据本发明的方法和系统的一个实施方案的带有在周边的读出装置的耦连的通量量子位的一个阵列。
图6示出根据先有技术的一个稳恒电流量子位。
具体实施方式
如以下将进一步详细说明的那样，本发明的方法和系统提供了用于将一个第一量子位的经典状态到一个第二量子位的复制。在一些实施方案中，使该第一和第二量子位耦连并且调整第二量子位的逸出概率。在其他的实施方案中，将该第二量子位的隧道效应壁垒初始化到一个高的值然后降低、将这些量子位耦连，并且然后提高第二量子隧道效应壁垒以复制该第一量子位的状态。
本发明的方法和系统还可以提供用于读出一个量子位阵列的状态。本发明的方法和系统还提供用于读出一个量子位的阵列的状态。在一些实施方案中，该阵列可以是二维的，对阵列外周边的量子位使用所属领域公知的技术读出。然后使用根据本发明的方法和系统将与该周边量子位相邻的量子位的状态复制到该阵列的外周边上对应的相邻量子位。一旦复制以后，使用所属领域公知的技术读出该状态，由此提供一种用于读出该阵列内部的量子位的状态的机制。在一些情况下，该过程继续到深入该阵列内部的量子位直到读出整个阵列为止。该阵列内部量子位的读出可以进行多次以提高测量的精度。
量子位，譬如通量量子位，起二层系统的作用。这就是说，一个量子位有保持信息的两个截然不同的状态。例如，示于图1A中的一个可以用作一个通量量子位的rf-SQUID 100A。该rf-SQUID100A包括由一个Josephson结101间断的主超导环路103。rf-SQUID100A的两个截然不同的状态是绕该环路流通的电流的两个方向，分别如箭头102-0和102-1所示。rf-SQUID 100A既可以处于其中电流只在该超导环路中沿一个方向流动的一个经典状态，或处于其中电流同时在该超导环路中沿两个方向都流动的状态的一种量子重叠。图1B示出rf-SQUID 100A的对应的能量图。该势能的能量形态100B是一种双稳态势能，具有两个最小值160-0和160-1和一个能量壁垒140。在一些情况下，最小值160-0和160-1可以退化，这是指它们可以具有相同的能量。在其他的情况下，最小值160-0和160-1是不退化的。当该最小值是退化时，该能量形态被称为对称的。图1A中的电流方向102-0和102-1分别地对应于图1B中的最小值的势阱160-0和160-1。然而，该特定的对应性是随机的。使用这种对应性，具有对应于图1A的电流102-0的经典状态的一个量子位被称为位于左势阱中，即图1B中的阱160-0。类似地，具有对应于图1A的电流102-1的经典状态的一个量子位称为位于右势阱中，即图1B中的阱160-1。
量子位100A的状态可以从一个最小值到另一个最小值机械地穿过能量壁垒140。这种隧道效应的频率取决于该壁垒的高度。如果该壁垒高，较少发生隧道效应。如果该壁垒低，隧道效应发生较频繁。当隧道效应发生得少或者根本不发生(高壁垒)时，该量子位被称为是在该经典的状态中。当该隧道效应比例高(低壁垒)时，就说该量子位处于量子状态。当一个量子位保持一种经典状态时，就意味着该量子位的状态全部位于一个阱中并且不处于两个阱的一种重叠中。
能量形态100B可以通过改变rf-SQUID 100A的偏置参数来调整。例如调整该量子位的Josephson能量可以改变能量壁垒140的高度。为了能够调整结101的Josephson能量可以用一个称为裂隙结的小环路中的两个Josephson结替代单个的结101。一个裂隙结通量量子位100C的实例示于图1C中。它包括两个Josephson结101-1和101-2，这两个结形成主环路103之外的一个小超导环路104。调整该裂隙结的小环路104的磁通量改变该裂隙结的有效Josephson能量。还可以在整个Josephson结101上施加一个横向的(平面内)磁通量来调整结101的该Josephson能量。阱160-0和160-1的势能最小值可以通过调节施加于主环路103上的磁通量Φx的幅值彼此相对地被改变。为了进行这样一种调节，可以通过一个在量子位100C附近的感性偏置环路(图中未示出)施加磁场通量。在主环路103中流通的电流所产生的磁矩强度可以通过改变Josephson结101的Josephson能量来进行调整，这是使用诸如上文中说明的那些方法来进行。这些特征允许rf-SQUID 100C的性能中能够有较大的灵活性。
将一个通量量子位装置初始化是指将该量子位置于一种已知的状态，例如使用在所属领域内的公知的初始化方法。这通常是在涉及该量子位的一个量子运算开始以前进行。为了将一个rf-SQUID，譬如在图1A中所示的100A，初始化到一种经典的状态，该量子位的状态被局限于其势阱(例如，阱160-0或者阱160-1)之一。达到这一点的一个方式是使得该能量形态是高度非退化的。例如，如此要使得该量子位初始化到势阱160-1，就将势阱160-0的能量最小值提高于一个稍低于能量壁垒140的高度的值，从而使得阱160-0相比阱160-1“浅”。调节施加于该量子位的超导环路的通量值可以提高阱160-0的能量最小值。可以使阱160-0只稍低于能量壁垒140。如在此所使用的，在一些情况下，术语“稍低”是指阱160-0的势能最小值的值是在能量壁垒140的值的百分之八十到百分之九十之内。在这样一种不稳定的状态下，具有将会发生隧道效应并且将会使该量子位的状态处于阱160-1的较高的概率。应当指出，在这样一种情景下，阱160-1的势能比能量壁垒140的势能低得多，从而在阱160-1之外不会发生隧道效应。一旦rf-SQUID 100A状态已经局限于阱160-1，就将阱160-0降低到大约其原来的值。
读出类似于rf-SQUID 100A的通量量子位的方法是所属领域内公知的。然而至今提出的读出方案只能用于小数量的量子位，并且是不可拓展的。如果在一个电路中存在大量的量子位，空间和布线约束将使得这些方案无效。因为优选的是能够读出一个量子计算机或者量子处理器中的任何量子位的状态，所以希望其中每个量子位都有一个相关联的读出装置的系统。
本发明的方法和系统的一个特征是没有对于一组量子位中的状态待测量的所有量子位的每一个量子位都必须有一个读出装置的要求。如果这些量子位的状态是经典的，如前文所说它们可以通过提高在该量子位的两个状态之间隧道效应壁垒140来达到，于是没有读出装置的量子位的状态可以复制到具有读出装置的量子位。这样一种技术不违背量子”非复制”定律，该定律规定不能够准确地复制一种量子状态。因为该量子位处于一种经典的状态，这是指它不是一种两个状态的重叠，所以完全没有阻止复制该状态的物理障碍。根据本发明的方法和系统的各个方面包括从一个量子位到另一个量子位感性地复制该经典状态的两个技术。
铁磁状态复制
图2示出两个rf-SQUID通量量子位201和203和一个rf-SQUID耦连装置202，该耦连装置可以铁磁地或者反铁磁地耦连该两个量子位，或者将该耦连调整到接近于零。可以使用其他的感性耦连装置，譬如使用dc-SQUID或者通量变换器替代rf-SQUID 202，只要该装置仍然满足本文所说明的耦连装置的属性。耦连装置202可以提供可调整的耦连，并且可以包括一个裂隙结。类似地，可以使用其他类型的通量量子位，譬如Orlando等著的1999，Physics ReviewB60，15398所说明的稳恒电流量子位来取代rf-SQUID 201和203，该文献通过引用全文结合在此。量子位201和203可以各包括带有一个裂隙结的一个rf-SQUID。
用于将量子位201的经典状态复制到量子位203的铁磁状态复制方法示于图3A和3B中，其中图3B的步骤顺序地跟随图3A的步骤。图3A和3B示出量子位201和203的能量形态和这些量子位在该方法的不同点的状态。这两个量子位201和203能量形态都是一种双稳态的势能，该双稳态的势能包括两个势能最小值阱(图3A和3B的每个势能图解中示出的左阱和右阱)。
步骤301。步骤301示出这些量子位的初始条件，这通常在一个计算或者进化结束处。量子位的状态是未知的，并且因此该量子位的状态在这两个量子位的通量形态的两个最小值中都用未填充的圆圈来代表。在该最小值之间的能量壁垒140可低得足以也可以不低得足以允许该最小值之间的量子隧道效应。量子位201和203可以是退化的，也可以是近于退化的。
任选步骤302。当要将量子位201的状态复制到量子位203时，可以将这两个量子位的能量壁垒140都提高到一个足以阻止量子隧道效应发生的值，有效地将该量子位的状态投影到该经典的基本状态之一。这在图中示于步骤302。如果在步骤301结束时该能量壁垒已经高得足以防止隧道效应，就可以略去步骤302。在图3A和3B中使用的黑圆圈表示将一个量子位的状态局限到一个单个的阱中。从而在步骤302中的量子位201中的黑圆圈表示该量子位的状态局限于右阱中。在本发明的方法的步骤302的图示中选择局限于右阱中而不是局限于左阱是任意的，并且只用于演示目的。在实际中，该量子位的状态所局限的是那个阱的身份将取决于在步骤301以前在该量子位上进行的量子运算或者时间的演进。提高一个量子位的能量壁垒140可以通过调整该量子位的Josephson能量来达到，例如使用前文已经说明的任何技术。在步骤302中量子位203中有格子的圆圈表明量子位203的状态位于这些阱之一当中，但是它在哪个阱中却不是重要的。
步骤303。在任选步骤302中提高了能量壁垒140以后，量子位201或203与其他的装置之间的任何耦连都被降低到零或者接近零，以便防止可能改变该量子位的状态的进一步的相互作用。将耦连降低到零或者接近零可以与抬高能量壁垒140同时进行。这样，可以同时地进行步骤302和303。在量子位201与203之间可以有初始的铁磁耦连，并且它是在步骤303中唯一没有被降低到零(或者接近零)的耦连。在步骤303，量子位203被任意初始化到这些阱之一。如前文所说明，这可以通过抬高该势阱之一从而将该量子位的状态局限到具有较低的势能的另一个阱中。该提高步骤在图3A中没有示出。如在图3A中所示，量子位203的状态被初始化到左阱，但是这个选择是任意的。该量子位本可以初始化到右阱中。
步骤304。在步骤304中，量子位203初始化到其中的阱的势能最小值被提高。在此例中是提高左阱。换言之，左阱的最小值势能被提高以使量子位203的双稳态势具有一个浅阱(左)和一个深阱(右)。将左阱中的最小值势能提高到一个接近却又低于能量壁垒高度140的值增加了量子位203将通过隧道效应穿过该壁垒从左阱进入右阱的概率。然而从右阱到左阱的隧道作用是极不可能的。改变该阱的深度可以通过调整通过该量子位的超导环路的磁通量来达到。在步骤304中，如果将量子位203初始化到右阱，于是就应提高右阱的势能最小值。
任选步骤305。在步骤305中，如果不是已经存在耦连就在量子位201与量子位203之间引入一个强的铁磁耦连330。耦连330的引入可以通过接通量子位201与量子位203之间的一个耦连装置，譬如图2中的rf-SQUID耦连装置202。在一些情况下，一个强耦连可以定义为耦连装置202能够达到的一种最高势能的耦连强度，并且一个强铁磁耦连可以定义为一种在所耦连的系统的哈密尔顿算子中等效于J＝-1的耦连强度，在此J是该量子位耦连项的前因子。在步骤305以前于量子位201与量子位203之间已经存在一个铁磁的耦连的情况下，例如在耦连装置202已经接通的情况下，可以略去步骤305。当在这些量子位之间施加一个铁磁耦连的时，在能量上有利的是这两个量子位的状态相同。因为量子位201的能量壁垒高，量子位201不能够改变状态。然而，量子位203的状态通过铁磁耦连330受量子位201的状态的严重影响。
步骤306。在图示的实例中，量子位201的状态处于右阱中，而量子位203的状态处于浅的左阱中。因此，量子位203将通过隧道穿过该能量壁垒进入较低的右阱以降低该耦连系统的能量，如在步骤306中所示。这是因为铁磁的耦连330使得将两个量子位保持到相同的状态在能量上更有利。因为由于其高隧道效应壁垒，隧道效应不能够发生在量子位201中，只有量子位203能够改变其状态以便与量子位201的状态匹配。另一方面，如果量子位201的状态处于左阱(图中未示出)，量子位203不会穿隧道，而是相反地以大的概率留在左阱中(图中未示出)。在此情况下有一个小的概率量子位203还会穿隧道。为了消除因错误的隧道效应引起的复制错误，可以进行多次复制运算并且求出均值。
任选步骤307。在任选步骤307中去掉铁磁耦连330。作为替代方案，也可以不去掉铁磁耦连330，在此情况下省略步骤307。
步骤308。在步骤308中量子位203的左阱的最小值被降低(例如，降低到其原来的值)。这由通过一个量子位203的环路偏置磁通量来达到。从而，在步骤308结束时，量子位203的状态与量子位201的状态相同。量子位201的经典状态已经被复制到量子位203。完成步骤304和308的时间间隔(就是说，提高和降低该势的过程)被称为翻转时间。所属领域技术人员将理解适当的翻转时间的选择可以不同。在一些情况下，翻转时间可以在约1ns与800μs之间，例如在10μs。
以阐述的方式，列举几个耦连强度的实例。量子位201和203是rf-SQUID，每个都具有25μm×25μm的一个环路尺寸、50pH的环路电感值，并且都以一个15μA的临界电流为特征。耦连装置202是一个rf-SQUID、具有环路尺寸是25μm×25μm、环路电感是50pH，并且临界电流为5.5μA。量子位201与耦连装置202之间的互感约为3pH并且它们之间的间隔是约1μm。量子位203与耦连装置202之间的互感约3pH并且其间的间隔约为1μm。
令施加于这两个量子位的超导环路的磁通量保持在Φ0/2，这里Φ0是磁通量的量子。当将该量子位偏置于此量值时，在其经典状态之间流通的电流的差值约为26μA。接通并且偏置耦连器202以在这些量子位之间提供铁磁的耦连。当切换一个量子位(譬如201)的状态时，这在量子位201与耦连装置202之间产生一个反铁磁的耦连。由于量子位201切换状态造成该耦连器中流通的电流的变化约为7μA。这对应于在该耦连器中0.038Φ0的一个通量变化。类似地，由于反铁磁的耦连在该耦连装置中的通量变化在另一个量子位(203)产生约0.01Φ0的通量变化。尽管这些量子位是反铁磁地耦连到该耦连装置，由该耦连装置介导的该量子位-量子位耦连在性质上是铁磁的。该耦连为足够强以使在足够低的温度(＜100mK)下该复制操作的状态复制精确度大于99.999％。如果需要，该自旋复制运算可以进行多次以提高总的复制精确度。
绝热的状态复制
图4A和4B示出了用于绝热地将一个量子位的经典状态复制到另一个量子位(譬如在图2中从量子位201复制到量子位203)的本方法和系统的一个实施方案，其中图4B中所示的步骤顺序地跟随图4A中所示的步骤。这两个量子位的能量形态都是一种双稳态的势能，类似于图1B中所示双稳态的，并且可以是也可以不是退化的。
步骤401。步骤401示出该量子位的初始条件，这通常是在一个计算或者进化结束处。在步骤401中不要求该量子位的状态是已知的。这样，量子位201和203的状态由图4A中这两个量子位的双稳态势能的两个最小值中的未填满的圆圈代表。在该最小值之间的能量壁垒可以是或可以不是低得足以允许在该最小值之间的隧道效应。
任选步骤402。如果要将量子位201的状态复制进量子位203中，将这两个量子位的能量壁垒都提高到足以阻止量子隧道效应发生的值，有效地将该量子位的状态投影到该经典的基本状态之一。这在图中示于步骤402。如果该能量壁垒已经高得足以防止隧道效应，就可以略去步骤402。步骤402中量子位201中的黑圆圈表示量子位201的状态局限于右阱中。该选择是任意的，并且只用于阐述的目的。在实际中，量子位201的状态将取决于在步骤401以前在该量子位上进行的量子运算或者时间进化。提高每个量子位的能量壁垒140可以通过调整量子位201和203的Josephson能量来达到。在图4A中量子位203局限于左阱，但是这个选择只用于阐述的目的，实际上，在步骤402结束时量子位203的状态可以在这两个阱的任一个中。这两个量子位都用等于半个通量量子(例如该量子位在其回滞区域中，就是说在该区域中量子位的通量偏置的改变不引起其经典状态的改变)的一个通量进行偏置，并且在整个过程中都保持该偏置。在提高该壁垒以后，将量子位201或者203与其他的装置之间的任何耦连被降低到零(或者接近于零)。将对一个外部的装置的耦连降低到零(或者接近于零)和提高该能量壁垒可以同时地进行。在一些情况下，在量子位201与203之间可以有初始的铁磁耦连，并且这是唯一不降低到零(或者接近于零)的耦连。
步骤403。在步骤403中绝热地降低量子位203的能量壁垒以将该量子位从经典的状态带入到量子状态。降低该通量壁垒高度可以通过调整横向于量子位203的磁场或者通过调整该量子位的Josephson能量来达到。完成步骤403所需要的最短时间量是足以保证不会诱导所不希望的隧道效应结果所需要的时间量。所属领域技术人员将会理解完成步骤403所需要的时间将会是不同的。例如，在一些情况下可以在约1ns与1ms之间，例如100μs。该壁垒的高度可被减至零或接近于零。一旦被带入该量子状态就可以发生该量子位的势阱之间的隧道效应。
步骤404。在步骤404中在量子位201与量子位203之间引入一个强的铁磁耦连430。在一些情况下，一个强铁磁耦连可以定义一种在所耦连的系统的哈密尔顿算子中等效于J＝-1的耦连强度，其中J是该量子位耦连项的前因子。在步骤404以前量子位201与量子位203之间不存在耦连的情况下，步骤404包括接通耦连装置202。在步骤404以前于量子位201与量子位203之间已经存在一个铁磁耦连(耦连装置已经接通)的情况下，可以略去步骤404。当施加一个铁磁耦连时，这两个量子位的状态相同在能量上是有利的。因为量子位201的能量壁垒140高，量子位201不能够改变状态。然而因为量子位203的能量壁垒低，量子位203的状态有可能从一个阱穿隧道到另一个阱。这样，如果量子位203的状态在左阱中(并且量子位201的状态在右阱中，如在图4A的步骤404中所示)，该耦连将引起该量子位穿隧道到右阱中。在步骤404如果量子位203的状态处于右阱(图中未示出)，不会发生隧道效应，这是因为该量子位已经处于能量上有利的状态。如果量子位的状态在左阱中(图中未示出)，该方法以类似的方式起作用，由不是已经在左阱中的量子位203的状态通过隧道效应进入左阱(图中未示出)中。
步骤405。在步骤405中，示出由于铁磁的耦连430，量子位203已经被局限于与量子位201相同的状态。
步骤406。在步骤406中，将量子位203的能量壁垒绝热地返回一个降低所允许的量子效应量的能级，这样将该量子位从该量子状态返回到该经典的状态。这防止了量子位203通过隧道效应走出步骤405结束时的状态。还有，如果希望可以去掉铁磁的耦连430。完成步骤406所占用的时间要长得足以不引起所不希望的隧道效应事件，并且可以是与步骤403相同的数量级。
步骤407。在步骤407中，量子位203回到该经典的状态并且具有与量子位201相同的状态。在整个复制操作(步骤401至407)过程中在这两个量子位上都保持半个通量量子的一种通量偏置。为了使该复制操作能够成功，该通量偏置在一定的容差范围内，并且可以等于从量子位201耦连到量子位203的通量。例如，如果所耦连的通量是0.01Φ0，该量子位通量偏置的精确度可以高于±0.01Φ0。
一个通量量子位阵列的读出
图5示出一个通量量子位510的一个二维阵列200。在该阵列内部的通量量子位510用B标记并且通过耦连装置520耦连到四个最近的邻居。在该阵列的周边上的通量量子位510用A标记并且取决于该量子位处于一个角落上还是在一个边缘上而被耦连到两个或者三个相邻的量子位。尽管在图中没有示出，每个量子位510还可以通过在该阵列中对角地对齐的附加耦连装置耦连到其四个次近邻居量子位中的一个或者多个。在常规的量子位阵列中，每个量子位都具有一个可以测量各量子位的状态的相关联的读出装置。然而如果该阵列大，每个量子位都有一个读出装置可以很快地变得笨重。即使如图5中所示的4×4阵列，每个量子位有一个读出装置都会成为一种复杂的设计问题，尤其是对于在该阵列内部的量子位(B)。即使在将该量子位连在一起的耦连装置被用作读出装置的情况下，这种设计复杂性还是高得令人所不希望。
根据本方法和系统的一个方面是对系统500应用铁磁的状态复制或者绝热的状态复制。通过将内部的量子位(B)的经典状态复制到周边的量子位(A)，可以读出该内部的量子位(B)而没有与之相关联的专用读出装置。在以下将一个周边的量子位(A)定义为具有一个相关联的读出装置的量子位。如在图5中所示，周边的量子位(A)通常处于该量子位阵列的周边。然而作为本文中使用的术语，并不绝对要求周边的量子位(A)处于该阵列的周边。如此，一个内部的量子位(B)在以下被定义为在该阵列中的没有一个相关联的读出装置的量子位。从而没有一个相关联的读出装置的量子位就是一个内部的量子位(B)，即使它位于该阵列的周边。读出装置540可以围绕周边布置以降低该阵列的复杂性。
作为一个实例，量子位510-2(B)的状态可以被复制到量子位510-1(A)，并且然后通过读出装置540-1之一读出。耦连装置520能够铁磁地将量子位耦连在一起并且能够关闭该耦连。耦连装置520还能够反铁磁地将两个量子位耦连在一起。耦连装置520可以类似于本文中说明的耦连装置202。耦连装置520的耦连强度可以是可控地可调整的。这些通量量子位510可以是rf-SQUID，稳恒电流量子位，或者用以其通量状态存储信息的任何其他类型的量子位。各种读出装置是所属技术领域内公知的，譬如dc-SQUID。
以下说明读出内部的量子位510-2(B)的经典状态的一种方法。在一些情况下可以关闭耦连到量子位510-2的阵列500中的所有耦连装置520。这确保其他量子位的状态不与量子位510-2的状态混淆。作为替代方案，耦连到量子位510-2的耦连装置520可以接通并且与量子位510-2耦连的量子位的状态全部是已知的。在此情况下，即使量子位510-2的状态与其他量子位的状态混淆，也可以确定量子位510-2的状态如何，这是因为所有其他的状态都是已知的。
首先通过读出装540-1之一读出相邻量子位，例如量子位510-1的状态，这是一个周边的量子位。这种读出可以进行多于一次，或者甚至是多次，以提高测量的精确度。一旦得到了量子位510-1的信息，就可以将该量子位的状态初始化到一个任意的状态。接着，用复制装置520-1将量子位510-2的经典状态复制到量子位510-1。前面已经对图2中所示的系统说明了用于经典状态复制的技术，特别是用于铁磁状态复制(图3)和绝热状态复制(图4)的技术。这些技术可以按相同的方式用于图5的阵列中的量子位。一旦完成了复制，量子位510-1将具有与量子位510-2相同的状态。然后通过读出装置540-1之一读出量子位510-1的状态，从而有效地读出量子位510-2的状态。量子位510-2的状态可以被复制到量子位510-1并且读出多次以增加测量精确度。
量子位510-2不限于将其状态复制到量子位510-1。量子位510-2的状态可以被复制到它所耦连的任何量子位，只要它耦连的量子位的状态或是已知的(例如，已经被读出)或者是不需要的，从而不会丢失信息。量子位510-2的状态可以被复制并且沿任何方向传播直到抵达一个周边的量子位，在该周边的量子位处测量该状态。所复制的量子位510-2抵达一个周边的量子位所取的路径可以是尽可能最短的路径。例如，复制量子位510-2的最短的路径既可以是左边的量子位(量子位510-1)也可以是顶部的量子位，因为这两者都是周边的量子位。量子位510-2右边的量子位和底部的量子位也是内部的量子位，从而在此情况下该到一个周边的量子位的路径较长。
读出装置540可以置于该二维阵列的所有侧面并且对于在该阵列的周边的每个量子位都有一个读出装置，如在图5中所示，也可以只置于该阵列的一些侧面上。例如可以有读出装置540-1和540-3而没有540-2和540-4。作为替代方案，在该阵列的周边可以只有一个读出装置。可供使用的读出装置的数量影响从要复制的量子位到具有一个读出装置一个周边的量子位的路径以及关断对不要复制的量子位的耦连的必要性。这假定在该复制路径上中的所有量子位都是已知的，或者是不需要的。
图5示出一个4×4阵列，但是该概念易于拓展到较大的阵列尺度。较大阵列的读出过程与对一个4×4所说明的类似。就是说，首先读出周边的量子位然后复位其状态。接着将内部的量子位的状态复制到周边的量子位并且按以上说明的方法读出。并不要求在读出任何内部量子位以前要读出所有的周边量子位。全部所要求的只是在使用一个给定的周边的量子位读出一个内部量子之前读出该周边量子位的状态。从而有可能在读出每个周边的量子位之前读出一些内部的量子位。复制和读出操作可以进行多次以提高测量精确度。例如，同样的复制和读出操作可以进行两次、四次、五次、五次以上、或者100次以上。
在状态复制的过程中，量子位之间的耦连装置可以将这些量子位铁磁地耦连在一起，从而使进行复制的量子位的状态与被复制的量子位的状态相同。作为替代方案，在状态复制的过程中，量子位之间的耦连装置可以将该量子位铁磁地或反铁磁地耦连在一起。反铁磁地耦连的效果是进行复制的量子位的状态与被复制的量子位的状态相反。在一些使用反铁磁复制的情况下，被复制量子位与正在被读出的周边的量子位之间可以有偶数个反铁磁的状态复制操作，从而使得周边的量子位的状态与受复制的量子位的状态相同。作为替代方案，如果有奇数个反铁磁的复制，于是周边的量子位将与受复制的量子位有相反的状态，并且被读出的状态与受复制的量子位的状态相反的事实可以在后处理中补偿。
装置设计和参数
对于图2的系统提出了适用于状态复制的根据本方法和系统的装置设计和参数。量子位201和203可以是rf-SQUID，也可以是稳恒电流量子位。在一些情况下，量子位201和203可以具有约5μm2与100000μm2之间的环路面积。例如量子位201和203的环路区域可以是正方形并且具有25μm×25μm(625μm2)的尺度。对于一个这样尺寸的量子位，环路电感是约50pH。量子位201和203的临界电流可以在约0.1μA与300μA之间，例如15μA。在一些情况下，量子位201和203的临界电流、环路电感和环路面积可以接近却不相同。
在量子位201和203中Josephson结的Josephson能量并且因此该临界电流可以是可调整的。可调整的Josephson能量的可以通过用形成一个也称为裂隙结的环路的两个平行环路来代替单个的Josephson结来实现。一个裂隙结通量量子位的实例示于图1C中。当这些量子位具有一个裂隙结时，通过该裂隙结调整该通量改变该裂隙结的有效Josephson能量，这也改变临界电流。调整该Josephson结还具有改变一个量子位中的能量壁垒的高度的作用。可调整的Josephson能量还可以通过经该结施加一个平面内磁场来达到。
在一些情况下，耦连装置202可以具有约5μm2和1000μm2之间的环路面积。例如，耦连装置202可以是一个rf-SQUID，有一个尺寸为25μm×25μm(625μm2)的正方形环路区域，和一个约50pH的环路电感。在一些情况下，耦连装置202的临界电流可以在约1μA与10μA之间，例如约5.5μA。耦连装置202可以具有一个裂隙结并且其Josephson能量可以是可调整的。
在一些情况下，量子位201和203与复制装置202之间的互感可以在0.5pH与20pH之间，例如3pH。该互感由该装置的几何状态与其间的距离决定。在一些情况下，每个量子位201和203与耦连装置202之间的间隔可以在约0.1μm与10μm之间，例如1μm。不论是量子位201的环路还是量子位203的环路都可以重迭耦连装置202的环路的一部分。例如，一个装置的一个环路中的导线的一个部分可以置于另一个装置的一个环路中的导线的一个部分之上(在另一个层上)。在该装置之间没有电连接。重迭导线增加两个装置之间的互感，并且从而增加耦连强度。
在一些情况下，系统200和/或500工作的温度在约1mK与4K之间。例如，系统200和/或500工作的温度在约500mk，这接近于宏观量子隧道效应交越温度。
反铁磁状态复制
以上说明的一个量子的经典状态向另一个量子位的复制的实施方案涉及该量子位之间的铁磁耦连。然而对于所属领域技术人员清楚的是在方法和系统中量子位可以反铁磁地耦连在一起。在本文中这样的耦连被称为反铁磁的状态耦连。然而使用了“反铁磁耦连”的术语，应将其理解为不是照搬地复制经典的状态。相反使用反铁磁的状态复制方法原量子位的状态复制其中的目标量子位采取了与原量子位相反的一种状态。反铁磁的状态复制的技术类似于对铁磁的状态复制所说明的技术，不同的是在量子位之间的耦连是反铁磁的而不是铁磁的，并且目标量子位具有与原量子位的状态相反的状态。在一些情况下，一个给定阵列中的一些成对的量子位是铁磁地耦连的，而另一些成对量子位是反铁磁地耦连的。在这样的拓扑结构中全部所要求的就是正确地记录在原量子位与目标量子位之间的耦连类型，从而在读出时可以作出判断是否要反转该目标量子位的状态以实现原量子位状态的表述。
结论和引用的参考文献
所属领域技术人员将会清楚，可以结合以上说明的各种实施方案以提供进一步的实施方案。如果需要，本系统、方法和装置的各个方面可以进行修改，以将不同专利、申请和公开的系统、方法、装置和概念用于提供本方法和系统的进一步的实施方案。如在本文中所使用，术语“大约”是指在所陈述的值大约±5到20％的范围。此外，装置201、202和203的制造细节中的变量是在本发明的范畴内。可以依据以上说明对本系统、方法和装置进行这些改变和其他的改变。总之，在所附权利要求书中所使用的术语不应当被解释为将本发明限制在说明书和权利要求书中所揭示的特定实施方案，而是应当解释为包括这些权利要求有权获得所有可能的实施方案连同全部的等效物范围。因此，本发明不限于本披露，而是相反地其范围完全地由所附权利要求来确定。

Claims (83)

1.将一个第一量子位的一个经典的状态复制到一个第二量子位的一种方法，包括：
将该第二量子位初始化为一个初始的经典状态，其中该第二量子位具有一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括具有一个第一势能最小值的一个第一势阱和具有一个第二势能最小值的一个第二势阱，并且该初始的经典状态位于该第一势阱中；
将该第一势阱的第一势能最小值调节到高于该第二势阱的第二势能最小值的一个第三势阱；和
将该第一量子位与该第二量子位耦连一个时间长度t。
2.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤包括铁磁地耦连该第一量子位与该第二量子位。
3.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤包括反铁磁地耦连该第一量子位与该第二量子位。
4.如权利要求1的方法，其中，该第一量子位具有一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第一隧道效应壁垒，并且该第二量子位的势能的能量配置包括一个第二隧道效应壁垒；该方法进一步包括在该初始化步骤之前提高该第一隧道效应壁垒和该第二隧道效应壁垒中的至少一个。
5.如权利要求4的方法，其中，该第三势能最小值至少稍低于该第二隧道效应壁垒。
6.如权利要求4的方法，其中，该提高步骤包括对该第一量子位和该第二量子位的至少一个施加一个横向的磁场。
7.如权利要求4的方法，其中，该提高步骤包括调整该第一量子位和该第二量子位的至少一个的Josephson能量。
8.如权利要求1的方法，进一步包括在该耦连步骤之后将该第一势阱从该第三势能最小值调节回接近该第一势能最小值。
9.如权利要求1的方法，进一步包括在该初始化步骤之前将该第一量子位与耦连到该第一量子位的一个装置之间的一个耦连强度降低到大约为零。
10.如权利要求1的方法，进一步包括在该初始化步骤之前将该第二量子位与耦连到该第二量子位的一个装置之间的一个耦连强度降低到大约为零。
11.如权利要求1的方法，其中，该第一势能最小值大约等于该第二势能最小值。
12.如权利要求1的方法，其中，在该初始化、调节和耦连步骤的过程中该第一量子位的一种势能的能量配置是一种双稳态势能。
13.如权利要求1的方法，其中，该时间长度t是在约1μs与100μs之间。
14.如权利要求1的方法，其中，该时间长度t是大于约1ns。
15.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤导致与该第一量子位的该经典状态相匹配的该第二量子位的一个终末经典状态。
16.如权利要求15的方法，其中，该终末经典状态是通过从该初始经典状态由一个隧道效应达到该终末经典状态而实现的。
17.如权利要求1的方法，其中，该第二量子位包括一个超导环路，并且其中该调节步骤包括调整通过该超导环路的一种通量偏置。
18.如权利要求1的方法，其中，第二量子位包括一个超导环路，并且其中该初始化步骤包括调整通过该超导环路的一个通量从而使该第二量子位的一个状态穿隧道到该初始经典状态。
19.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤包括：
将该第一量子位与该第二量子位之间的一个耦连的一种耦连强度从一个最小值提高到一个预定值；并且
将该耦连强度从该预定值降低到约该最小值。
20.如权利要求19的方法，其中，该耦连强度的最小值是约为零，并且该耦连强度的该预定值是该耦连的一个最大耦连强度。
21.如权利要求19的方法，其中，该耦连强度的该预定值是大于该耦连的一个最大耦连强度的一半。
22.如权利要求19的方法，进一步包括将该耦连强度在该预定值保持该时间长度t。
23.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤包括：
将该第一量子位与该第二量子位之间的一种耦连接通时间长度t；和
关断该耦连。
24.如权利要求1的方法，其中，该耦连步骤是用一种rf-SQUID来进行。
25.如权利要求1的方法，其中，该第一量子位和该第二量子位各自包括一个rf-SQUID。
26.如权利要求1的方法，其中，该第一量子位和该第二量子位各自包括一个裂隙结。
27.将一个第一量子位的一种经典状态复制到一个第二量子位的一种方法，其中该第一量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第一隧道效应壁垒，并且该第二量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第二隧道效应壁垒；该方法包括：
降低该第二隧道效应壁垒；
将该第一量子位和该第二量子位耦连一个时间长度t；和
提高该第二隧道效应壁垒。
28.如权利要求27的方法，其中，在该降低、耦连和提高步骤的至少一个的过程中，该第一量子位和该第二量子位的至少一个的一种通量偏置被维持在一个通量量子的大约一半。
29.如权利要求28的方法，其中，该通量偏置具有大约等于从该第一量子位到该第二量子位所耦连的一个通量的量值的一种容差。
30.如权利要求27的方法，其中，在该降低、耦连和提高的步骤的至少一个的过程中，该第一量子位的一种通量偏置是在该第一量子位的一个回滞区中。
31.如权利要求27的方法，其中，绝热地进行该降低和提高步骤的至少一个。
32.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤包括铁磁地耦连该第一量子位和该第二量子位。
33.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤包括反铁磁地耦连该第一量子位和该第二量子位。
34.如权利要求27的方法，进一步包括在该降低步骤以前提高该第一隧道效应壁垒和该第二隧道效应壁垒的至少一个。
35.如权利要求27的方法，进一步包括在该降低步骤以前将该第一量子位与耦连到该第一量子位的一个装置之间的一种耦连强度降低到约为零。
36.如权利要求27的方法，进一步包括在该降低步骤以前将该第二量子位与耦连到该第二量子位的一个装置之间的一种耦连强度降低到约为零。
37.如权利要求27的方法，其中，该第一量子位的势能的能量配置是一种双稳态势能，并且该第二量子位的势能的能量配置是一种双稳态势能。
38.如权利要求37的方法，其中，该第一量子位和该第二量子位的至少一个的该双稳态势能包括两个近于退化的能量级别。
39.如权利要求27的方法，其中，该提高的步骤包括向该第一量子位和该第二量子位的至少一个施加一个横向的磁场。
40.如权利要求27的方法，其中，该第二量子位具有一种经典的状态，并且其中该提高的步骤包括阻止该第二量子位的该经典状态发生隧道效应。
41.如权利要求27的方法，其中，该降低步骤的一个时间长度t2是大于约1μs。
42.如权利要求27的方法，其中，该降低步骤的一个时间长度t2是在约100ns与1ms之间。
43.如权利要求27的方法，其中，在该降低步骤和该提高步骤的至少一个的期间中该第二量子位不穿隧道。
44.如权利要求27的方法，其中，该提高步骤的一个时间长度t3是大于约1μs。
45.如权利要求27的方法，其中，该提高步骤的一个时间长度t3是在约100ns与1ms之间。
46.如权利要求27的方法，其中，该第二量子位包括一个裂隙结并且其中该降低步骤和该提高步骤各自包括调整在该裂隙结中的一个通量。
47.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤包括：
将该第一量子位与该第二量子位之间的一个耦连强度从一个最小耦连强度提高到一个预定的耦连强度；
将该耦连强度在该预定的耦连强度上维持该时间长度t；并且
将该耦连强度从该预定的耦连强度降低到该最小值耦连强度。
48.如权利要求47的方法，其中，该最小值耦连强度是约为零并且该预定的耦连强度是该耦连的一个最大耦连强度。
49.如权利要求47的方法，其中，该预定的耦连强度大于该耦连的一种最大耦连强度的一半。
50.如权利要求47的方法，进一步包括将该耦连强度在该预定的耦连强度上维持该时间长度t。
51.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤包括：
将该第一量子位与该第二量子位之间的一个耦连接通该时间长度t；并且
关闭该耦连。
52.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤是用一种rf-SQUID进行。
53.如权利要求27的方法，其中，该时间长度t是在约1μs与100μs之间。
54.如权利要求27的方法，其中，该时间长度t是大于约1ns。
55.如权利要求27的方法，其中，该第一量子位和该第二量子位各自包括一个rf-SQUID。
56.如权利要求27的方法，其中，该耦连步骤包括经过该第二隧道效应壁垒穿隧道，使得该第二量子位的一个终末经典状态与该第一量子位的该经典状态相匹配。
57.用于读出一个量子位阵列中的一个量子位的一种经典的状态的一种方法，该阵列包括多个周边量子位和多个内部量子位，该方法包括：
将一个周边量子位的一个经典状态初始化，其中该周边量子位具有一个相关联的读出装置；
将一个内部量子位的一个经典的状态复制到该周边量子位；
通过读出该周边量子位的该经典状态来读出该内部量子位的该经典状态；
其中通过具有一种耦连强度的一个耦连装置将该周边量子位耦连到该内部量子位，该耦连强度在一个最小值耦连强度与一个预定的耦连强度之间可以调节。
58.如权利要求57的方法，其中，该最小值耦连强度是约为零并且该预定的耦连强度是该耦连的一个最大耦连强度。
59.如权利要求57的方法，其中，该预定的耦连强度大于该耦连的一种最大耦连强度的一半。
60.如权利要求57的方法，进一步包括对于多个内部量子位的每个重复该初始化、复制和内部量子位的读出的步骤。
61.如权利要求57的方法，其中，该初始化步骤包括将该周边的量子位初始化到一个任意的经典状态。
62.如权利要求57的方法，其中，该周边量子位包括一个超导环路，并且其中该初始化步骤包括调整穿过该超导环路的一个通量以使该周边量子位的一个状态穿隧道到一个任意的经典状态。
63.如权利要求57的方法，其中，该耦连装置铁磁地将该内部量子位耦连到该周边量子位，并且其中该复制步骤包括经由该铁磁耦连将该内部量子位的该经典状态复制到该周边量子位。
64.如权利要求57的方法，其中，该耦连装置反铁磁地将该内部的量子位耦连到该周边的量子位，并且其中该复制的步骤包括经由该反铁磁耦连将该内部的量子位的该经典状态复制到该周边量子位。
65.权利要求57的方法，其中，该周边量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个隧道效应壁垒，并且其中该复制步骤包括：
降低该隧道效应壁垒；
将该内部量子位和该周边量子位耦连该时间长度t；并且
提高该隧道效应壁垒。
66.如权利要求65的方法，其中，该降低和提高步骤的至少一个是绝热地进行。
67.如权利要求65的方法，进一步包括在该复制步骤期间将该内部量子位和该周边量子位的至少一个的一个通量偏置维持在一个通量量子的约一半。
68.如权利要求57的方法，其中，该周边量子位不与该内部量子位相邻，并且该复制步骤包括将该内部量子位的该经典的状态复制到位于该内部量子位与该周边量子位之间的至少一个居间的量子位。
69.如权利要求57的方法，其中，该初始化、复制和内部的量子位的读出步骤进行一次以上。
70.如权利要求57的方法，其中，该阵列是一个二维的通量量子位的阵列。
71.如权利要求57的方法，其中，该耦连装置被配置为用于可控制地铁磁或者反铁磁地将该内部量子位耦连到该周边量子位。
72.如权利要求57的方法，其中，该内部量子位、该周边量子位和该耦连装置的至少一个包括一个rf-SQUID。
73.如权利要求57的方法，其中，该内部的量子位和该周边的量子位的至少一个包括一个裂隙结。
74.如权利要求57的方法，其中，
该初始化步骤包括将该周边量子位初始化到一种初始的经典状态；
该周边量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括具有一个第一势能最小值的一个第一势阱和具有一个第二势能最小值的一个第二势阱；
该初始经典状态位于该第一势阱中；并且
该复制步骤包括：
将该第一势能最小值调节到高于该第二势能最小值的一个第三势能最小值；并且
将该内部量子位和该周边量子位耦连一个时间长度t。
75.将一个第一量子位装置的一种经典状态复制到一个第二量子位装置的一种方法，该方法包括：
用于将该第一量子位装置与该第二量子装置相耦连的装置；
用于对该第一量子位装置的一个隧道效应壁垒和该第二量子位装置的一个隧道效应壁垒的至少之一进行调节的装置；和
用于对该第一量子位装置和该第二量子位装置的至少之一的势能配置的对称性进行调节的装置。
76.如权利要求75的方法，其中，该用于调节隧道效应壁垒的装置包括用于对该第一量子位装置和该第二量子位装置的至少之一的一种Josephson能量进行调节的装置。
77.如权利要求75的方法，其中，该用于调节该隧道效应壁垒的装置包括用于对横向于该第一量子位装置和该第二量子位装置的至少之一的一种磁场偏置进行调整的装置。
78.如权利要求75的方法，其中，该调节势能配置的对称性的装置包括用于对该第一量子位装置和该第二量子位装置的一种通量偏置进行调整的装置。
79.如权利要求75的方法，其中，该用于耦连的装置包括用于调整该耦连装置的一种耦连强度的装置。
80.用于将一个第一量子位的一种经典状态复制到一个第二量子位的一种系统，其中该第一量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第一隧道效应壁垒，该第二量子位的特征在于一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括一个第二隧道效应壁垒；该系统包括：
一个第一壁垒调节模件，包括用于降低该第二隧道效应壁垒的指令；
一个耦连模件，包括用于将该第一量子位耦连到该第二量子位的指令；和
一个第二壁垒调节模件，包括提高该第二隧道效应壁垒的指令。
81.如权利要求57的系统，其中，该第一壁垒调节模件和该第二壁垒调节模件包括一个单个的模件。
82.如权利要求57的系统，进一步包括一个通量模件，该通量模件包括在该复制过程的至少一个部分的期间中将该第一量子位和该第二量子位的至少一个的一种通量偏置维持在一个通量量子的约一半的指令。
83.一种存储可执行指令的计算机可读媒体，用于：
将一个第一量子位初始化到一种初始的经典状态，其中该第一量子位具有一种势能的能量配置，该势能的能量配置包括具有一个第一势能最小值的一个第一势阱和具有一个第二势能最小值的一个第二势阱，并且该初始的经典状态位于该第一势阱中；
将该第一势阱的该第一势能最小值调节到高于该第二势阱的该第二势能最小值的一个第三势阱；和
将该第一量子位与一个第二量子位耦连一个时间长度t。
CN2006800167766A 2005-04-26 2006-04-26 量子位状态复制 Active CN101176110B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US67513905P 2005-04-26 2005-04-26
US60/675,139 2005-04-26
PCT/CA2006/000674 WO2006130948A1 (en) 2005-04-26 2006-04-26 Qubit state copying

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101176110A true CN101176110A (zh) 2008-05-07
CN101176110B CN101176110B (zh) 2011-05-04

Family

ID=37498057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800167766A Active CN101176110B (zh) 2005-04-26 2006-04-26 量子位状态复制

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7639035B2 (zh)
EP (1) EP1875413B1 (zh)
JP (1) JP5039028B2 (zh)
KR (1) KR101195636B1 (zh)
CN (1) CN101176110B (zh)
AU (1) AU2006255515B2 (zh)
CA (1) CA2606286C (zh)
WO (1) WO2006130948A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539864B (zh) * 2009-02-10 2011-11-23 北京交通大学 自适应的保障可信客户虚拟域正常启动的方法
CN107016442A (zh) * 2015-12-24 2017-08-04 三星电子株式会社 多量子比特器件及包括其的量子计算机
CN107077642A (zh) * 2014-08-22 2017-08-18 D-波系统公司 可用于例如量子计算的用于求解问题的系统和方法
CN109755379A (zh) * 2017-11-24 2019-05-14 中国科学院物理研究所 实现拓扑量子比特的装置和相应的制备方法
CN110383302A (zh) * 2017-02-28 2019-10-25 微软技术许可有限责任公司 小马约拉纳费米子代码

Families Citing this family (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7533068B2 (en) 2004-12-23 2009-05-12 D-Wave Systems, Inc. Analog processor comprising quantum devices
US7619437B2 (en) * 2004-12-30 2009-11-17 D-Wave Systems, Inc. Coupling methods and architectures for information processing
US7898282B2 (en) * 2005-04-26 2011-03-01 D-Wave Systems Inc. Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
US7877333B2 (en) 2006-09-06 2011-01-25 D-Wave Systems Inc. Method and system for solving integer programming and discrete optimization problems using analog processors
WO2008122128A1 (en) 2007-04-05 2008-10-16 D-Wave Systems Inc. Physical realizations of a universal adiabatic quantum computer
US7843209B2 (en) * 2007-04-25 2010-11-30 D-Wave Systems Inc. Architecture for local programming of quantum processor elements using latching qubits
WO2008134875A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-13 D-Wave Systems, Inc. Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
US8169231B2 (en) * 2007-09-24 2012-05-01 D-Wave Systems Inc. Systems, methods, and apparatus for qubit state readout
US7880529B2 (en) * 2007-09-25 2011-02-01 D-Wave Systems Inc. Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
WO2009086430A2 (en) 2007-12-28 2009-07-09 D-Wave Systems Inc. Systems, methods, and apparatus for cryogenic refrigeration
US8102185B2 (en) * 2008-01-28 2012-01-24 D-Wave Systems Inc. Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
EP2324444B1 (en) * 2008-05-20 2021-04-07 D-Wave Systems Inc. Systems, methods, and apparatus for calibrating, controlling, and operating a quantum processor
JP5513188B2 (ja) * 2010-03-18 2014-06-04 日本電信電話株式会社 多量子ビット量子演算装置
US8513647B1 (en) * 2010-04-09 2013-08-20 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Quantum computational device employing multi-qubit structures and associated systems and methods
WO2011162172A1 (ja) * 2010-06-23 2011-12-29 国立大学法人筑波大学 量子コンピュータ
US8111083B1 (en) * 2010-12-01 2012-02-07 Northrop Grumman Systems Corporation Quantum processor
WO2013180780A2 (en) 2012-03-08 2013-12-05 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for fabrication of superconducting integrated circuits
KR101349455B1 (ko) 2013-01-16 2014-01-09 서울시립대학교 산학협력단 양자상태 복사방법 및 이를 이용한 양자 메모리
US9207672B2 (en) 2013-01-25 2015-12-08 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for real-time quantum computer-based control of mobile systems
US8872360B2 (en) * 2013-03-15 2014-10-28 International Business Machines Corporation Multiple-qubit wave-activated controlled gate
US9471880B2 (en) 2013-04-12 2016-10-18 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for interacting with a quantum computing system
WO2014197001A1 (en) 2013-06-07 2014-12-11 Amin Mohammad H S Systems and methods for operating a quantum processor to determine energy eigenvalues of a hamiltonian
AU2014373701C1 (en) * 2014-01-06 2019-06-20 Google Llc Constructing and programming quantum hardware for quantum annealing processes
US10002107B2 (en) 2014-03-12 2018-06-19 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for removing unwanted interactions in quantum devices
US9710758B2 (en) 2014-04-23 2017-07-18 D-Wave Systems Inc. Quantum processor with instance programmable qubit connectivity
US10769545B2 (en) 2014-06-17 2020-09-08 D-Wave Systems Inc. Systems and methods employing new evolution schedules in an analog computer with applications to determining isomorphic graphs and post-processing solutions
US10378803B2 (en) 2014-08-08 2019-08-13 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for electrostatic trapping of contaminants in cryogenic refrigeration systems
CA2881033C (en) 2015-02-03 2016-03-15 1Qb Information Technologies Inc. Method and system for solving lagrangian dual of a constrained binary quadratic programming problem
US11797641B2 (en) 2015-02-03 2023-10-24 1Qb Information Technologies Inc. Method and system for solving the lagrangian dual of a constrained binary quadratic programming problem using a quantum annealer
GB201513774D0 (en) * 2015-08-04 2015-09-16 Isis Innovation Quantum information processing system
US10599988B2 (en) 2016-03-02 2020-03-24 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for analog processing of problem graphs having arbitrary size and/or connectivity
WO2017152289A1 (en) 2016-03-11 2017-09-14 1Qb Information Technologies Inc. Methods and systems for quantum computing
JP6945553B2 (ja) 2016-05-03 2021-10-06 ディー−ウェイブ システムズ インコーポレイテッド 超伝導回路及びスケーラブルな計算において使用される超伝導デバイスのためのシステム及び方法
US10044638B2 (en) 2016-05-26 2018-08-07 1Qb Information Technologies Inc. Methods and systems for quantum computing
US9870273B2 (en) 2016-06-13 2018-01-16 1Qb Information Technologies Inc. Methods and systems for quantum ready and quantum enabled computations
JP7002477B2 (ja) 2016-06-07 2022-01-20 ディー－ウェイブ システムズ インコーポレイテッド 量子プロセッサトポロジ用のシステム及び方法
CN110462857B (zh) 2017-02-01 2024-02-27 D-波系统公司 用于制造超导集成电路的系统和方法
US10133603B2 (en) 2017-02-14 2018-11-20 Bank Of America Corporation Computerized system for real-time resource transfer verification and tracking
US10447472B2 (en) * 2017-02-21 2019-10-15 Bank Of America Corporation Block computing for information silo
US10454892B2 (en) 2017-02-21 2019-10-22 Bank Of America Corporation Determining security features for external quantum-level computing processing
US10243976B2 (en) 2017-02-24 2019-03-26 Bank Of America Corporation Information securities resource propagation for attack prevention
US10489726B2 (en) 2017-02-27 2019-11-26 Bank Of America Corporation Lineage identification and tracking of resource inception, use, and current location
US10284496B2 (en) 2017-03-03 2019-05-07 Bank Of America Corporation Computerized system for providing resource distribution channels based on predicting future resource distributions
US10440051B2 (en) 2017-03-03 2019-10-08 Bank Of America Corporation Enhanced detection of polymorphic malicious content within an entity
US10270594B2 (en) 2017-03-06 2019-04-23 Bank Of America Corporation Enhanced polymorphic quantum enabled firewall
US10437991B2 (en) 2017-03-06 2019-10-08 Bank Of America Corporation Distractional variable identification for authentication of resource distribution
US10412082B2 (en) 2017-03-09 2019-09-10 Bank Of America Corporation Multi-variable composition at channel for multi-faceted authentication
AU2018230642A1 (en) 2017-03-10 2019-10-24 Rigetti & Co., Inc. Modular control in a quantum computing system
CA3056595C (en) * 2017-03-13 2022-05-31 Google Llc Integrating circuit elements in a stacked quantum computing device
US11120356B2 (en) 2017-03-17 2021-09-14 Bank Of America Corporation Morphing federated model for real-time prevention of resource abuse
US10440052B2 (en) 2017-03-17 2019-10-08 Bank Of America Corporation Real-time linear identification of resource distribution breach
US11055776B2 (en) 2017-03-23 2021-07-06 Bank Of America Corporation Multi-disciplinary comprehensive real-time trading signal within a designated time frame
US10488469B2 (en) 2017-06-05 2019-11-26 The Regents Of The University Of California Magnetic flux control in superconducting devices
US10366340B2 (en) * 2017-07-12 2019-07-30 Northrop Grumman Systems Corporation System and method for qubit readout
US9940586B1 (en) * 2017-07-25 2018-04-10 Northrop Grumman Systems Corporation Encoding two-qubit interactions
CN111788588A (zh) 2017-12-20 2020-10-16 D-波系统公司 量子处理器中耦合量子位的系统和方法
WO2019144118A1 (en) 2018-01-22 2019-07-25 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for improving performance of an analog processor
US11100418B2 (en) 2018-02-28 2021-08-24 D-Wave Systems Inc. Error reduction and, or, correction in analog computing including quantum processor-based computing
US11672188B2 (en) 2018-03-26 2023-06-06 Google Llc Reducing parasitic capacitance in a qubit system
JP7317180B2 (ja) * 2018-03-26 2023-07-28 グーグル エルエルシー 量子ビットシステムの寄生容量の低減
US11481354B2 (en) 2018-04-24 2022-10-25 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for calculating the ground state of non-diagonal Hamiltonians
JP7431811B2 (ja) 2018-05-11 2024-02-15 ディー－ウェイブ システムズ インコーポレイテッド 射影測定のための単一磁束量子発生源
US11105866B2 (en) 2018-06-05 2021-08-31 D-Wave Systems Inc. Dynamical isolation of a cryogenic processor
WO2020112185A2 (en) 2018-08-31 2020-06-04 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for operation of a frequency multiplexed resonator input and/or output for a superconducting device
US11593174B2 (en) 2018-10-16 2023-02-28 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for scheduling programs for dedicated execution on a quantum processor
US20200152851A1 (en) 2018-11-13 2020-05-14 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for fabricating superconducting integrated circuits
US11144334B2 (en) 2018-12-20 2021-10-12 Red Hat, Inc. Quantum computer task manager
US11537926B2 (en) 2019-01-17 2022-12-27 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for hybrid algorithms using cluster contraction
US11593695B2 (en) 2019-03-26 2023-02-28 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for hybrid analog and digital processing of a computational problem using mean fields
US11288073B2 (en) 2019-05-03 2022-03-29 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for calibrating devices using directed acyclic graphs
WO2020255076A1 (en) 2019-06-19 2020-12-24 1Qb Information Technologies Inc. Method and system for mapping a dataset from a hilbert space of a given dimension to a hilbert space of a different dimension
US11839164B2 (en) 2019-08-19 2023-12-05 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for addressing devices in a superconducting circuit
US11714730B2 (en) 2019-08-20 2023-08-01 D-Wave Systems Inc. Systems and methods for high availability, failover and load balancing of heterogeneous resources
US11886380B2 (en) 2020-04-27 2024-01-30 Red Hat, Inc. Quantum file management system
US11416221B2 (en) 2020-05-12 2022-08-16 Red Hat, Inc. Quantum entanglement protection
US11676059B2 (en) 2020-06-23 2023-06-13 Red Hat, Inc. Performing quantum file pattern searching
US11580247B2 (en) 2020-06-25 2023-02-14 Red Hat, Inc. Systems and methods for quantum file permissions
US11562283B2 (en) 2020-06-25 2023-01-24 Red Hat, Inc. Performing quantum file copying
US11556833B2 (en) 2020-06-25 2023-01-17 Red Hat, Inc. Performing quantum file concatenation
JP7080927B2 (ja) * 2020-07-01 2022-06-06 グーグル エルエルシー 共面導波管の磁束量子ビット
US11809839B2 (en) 2022-01-18 2023-11-07 Robert Lyden Computer language and code for application development and electronic and optical communication

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1363074A (zh) * 2000-02-09 2002-08-07 索尼公司 信息处理设备和方法、数据存储设备和程序
JP2004534287A (ja) * 2000-09-27 2004-11-11 デビッド エヌ レヴィン 感知状態の組織的変化時における不変の刺激表現創出のための自己指示の方法及び装置
JP3601787B2 (ja) * 2001-08-24 2004-12-15 日本電信電話株式会社 量子コンピュータおよびこの制御方法
US7002174B2 (en) * 2001-12-18 2006-02-21 D-Wave Systems, Inc. Characterization and measurement of superconducting structures
US20040016918A1 (en) 2001-12-18 2004-01-29 Amin Mohammad H. S. System and method for controlling superconducting qubits
FR2839389B1 (fr) 2002-05-03 2005-08-05 Commissariat Energie Atomique Dispositif de bit quantique supraconducteur a jonctions josephson
US6943368B2 (en) 2002-11-25 2005-09-13 D-Wave Systems, Inc. Quantum logic using three energy levels
US6984846B2 (en) * 2003-08-27 2006-01-10 International Business Machines Corporation Gradiometer-based flux qubit for quantum computing and method therefor
CA2537602A1 (en) 2003-09-05 2005-03-17 D-Wave Systems, Inc. Superconducting phase-charge qubits
US7418283B2 (en) * 2004-03-29 2008-08-26 D-Wave Systems Inc. Adiabatic quantum computation with superconducting qubits
US7253654B2 (en) * 2004-11-08 2007-08-07 D-Wave Systems Inc. Superconducting qubits having a plurality of capacitive couplings

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101539864B (zh) * 2009-02-10 2011-11-23 北京交通大学 自适应的保障可信客户虚拟域正常启动的方法
CN107077642A (zh) * 2014-08-22 2017-08-18 D-波系统公司 可用于例如量子计算的用于求解问题的系统和方法
CN107077642B (zh) * 2014-08-22 2021-04-06 D-波系统公司 可用于量子计算的用于求解问题的系统和方法
CN107016442A (zh) * 2015-12-24 2017-08-04 三星电子株式会社 多量子比特器件及包括其的量子计算机
CN107016442B (zh) * 2015-12-24 2022-04-29 三星电子株式会社 多量子比特器件及包括其的量子计算机
CN110383302A (zh) * 2017-02-28 2019-10-25 微软技术许可有限责任公司 小马约拉纳费米子代码
CN110383302B (zh) * 2017-02-28 2023-08-18 微软技术许可有限责任公司 小马约拉纳费米子代码
CN109755379A (zh) * 2017-11-24 2019-05-14 中国科学院物理研究所 实现拓扑量子比特的装置和相应的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006130948A1 (en) 2006-12-14
KR101195636B1 (ko) 2012-10-30
CN101176110B (zh) 2011-05-04
EP1875413A1 (en) 2008-01-09
AU2006255515B2 (en) 2011-09-15
KR20080025363A (ko) 2008-03-20
US7639035B2 (en) 2009-12-29
JP5039028B2 (ja) 2012-10-03
JP2008539480A (ja) 2008-11-13
CA2606286A1 (en) 2006-12-14
AU2006255515A1 (en) 2006-12-14
US20060248618A1 (en) 2006-11-02
EP1875413A4 (en) 2011-12-28
CA2606286C (en) 2016-06-21
EP1875413B1 (en) 2020-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101176110B (zh) 量子位状态复制
US10074056B2 (en) Quantum operations with passive noise suppression
US20100148853A1 (en) Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
Orlando et al. Superconducting persistent-current qubit
US8102185B2 (en) Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
CA2695518C (en) Arbitrary quantum operations with a common coupled resonator
JP6397509B2 (ja) ハイブリッド量子回路部品
Bombín An introduction to topological quantum codes
US20040000666A1 (en) Encoding and error suppression for superconducting quantum computers
CN101657827A (zh) 用于自动图像识别的系统、方法及装置
WO2021178059A1 (en) Measurement-only majorana-based surface code architecture
Yao et al. Many-body localization protected quantum state transfer
Fowler et al. Long-range coupling and scalable architecture for superconducting flux qubits
Yang et al. Crosstalk-insensitive method for simultaneously coupling multiple pairs of resonators
Wang Classes of topological qubits from low-dimensional quantum spin systems
Shao et al. Fast synthesis of the Fredkin gate via quantum Zeno dynamics
Ateuafack et al. Rotation operator approach for the dynamics of non-dissipative multi-state Landau–Zener problems: Exact solutions
Zheng et al. Generation of three-dimensional graph state with Josephson charge qubits
Nevidomskyy et al. Realizing fracton order from long-range quantum entanglement in programmable Rydberg atom arrays
Yuan Can We Build a Quantum Computer?
Geller et al. Quantum computing with superconductors I: architectures
Plugge Majorana fermions in mesoscopic topological superconductors. From quantum transport to topological quantum computation
Yan et al. Supervised Learning by Chiral-Network-Based Photonic Quantum Computing
Tsai Achievements and Outlook of Research on Quantum Information Systems Using Superconducting Quantum Circuits
Wu Topics in Cold Atoms Related to Quantum Information Processing and A Machine Learning Approach to Condensed Matter Physics

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant