CN110383485A - 基于两个耦合的不同transmon的弱可调的量子比特 - Google Patents

基于两个耦合的不同transmon的弱可调的量子比特 Download PDF

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Abstract

技术涉及超导量子装置。提供固定频率transmon量子比特(110A)。提供可调频率transmon量子比特(110B)。固定频率transmon量子比特(110A)耦合到可调频率transmon量子比特(110B)以形成单量子比特(110)。

Description

基于两个耦合的不同transmon的弱可调的量子比特
背景技术
本发明一般涉及超导电子装置，更具体地，涉及基于两个耦合的不同transmon的弱可调量量子比特。
量子计算机的基本元素是量子位(quantum bit)，它被称为“量子比特(qubit)”。与表示零和一的经典比特相反，量子比特还能够表示两种状态的量子叠加。状态可以在量子物理定律中形式化为处于两个状态的概率。因此，可以在量子物理定律中操纵和观察状态。
发明内容
根据本发明，提供了用于提供超导量子装置的方法，包括提供固定频率transmon量子比特以及提供可调频率transmon量子比特。方法包括将固定频率transmon量子比特耦合到可调频率transmon量子比特以形成单量子比特。
根据本发明的第二方面，提供了超导量子装置，包括固定频率transmon量子比特和可调谐频率transmon量子比特。固定频率transmon量子比特耦合到可调频率传输量子比特以形成单量子比特。
根据本发明的第三方面，提供了用于配置单量子比特的方法，包括提供由第一电容器分流的单约瑟夫森结(JJ)，并提供由第二电容器分流的非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。方法包括通过一个共享节点将单JJ连接到dc-SQUID。
根据本发明的第四方面，提供了单量子比特，包括由第一电容器分流的单约瑟夫森结(JJ)transmon量子比特，和非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。非对称dc-SQUID由第二电容器分流。
根据本发明的第五方面，提供了用于提供单量子比特的能量系统的方法，包括提供被配置为耦合到可调频率transmon量子比特的固定频率transmon量子比特的单量子比特。方法包括生成单量子比特的能量系统作为V能量系统，使得单量子比特的读出被配置为通过耦合单量子比特的第四能级或第七能级来执行。
固定频率transmon量子比特可以与可调频率transmon量子比特共享节点，并且固定频率transmon量子比特与可调谐频率transmon量子比特两者通过耦合电容器而电容耦合。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的优选实施例，其中：
图1是体现本发明的弱可调量子比特的电路；
图2是体现本发明的量子比特电路的示例实现；
图3是表示体现本发明的量子比特电路的设计示例的表；
图4是根据一个或多个实施例的量子比特的V能谱(V系统)；
图5是体现本发明的量子比特的V能谱(V系统)；
图6是提供体现本发明的超导电子装置的方法的流程图；
图7是配置体现本发明的单量子比特的方法的流程图；
图8是提供体现本发明的单量子比特的能量系统的方法的流程图。
具体实施方式
在此参照相关的附图来描述本发明的各种实施例。在不脱离本文的范围的情况下，可以设计本发明的可替代的实施例。可以注意，在以下描述和附图中阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如，上方，下方，相邻等)。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且不旨在限制这方面。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接的位置关系。作为间接位置关系的示例，对在层“B”上形成层“A”的引用包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”和层“B”之间的情况，只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被中间层改变。
若干物理系统已被建议作为量子比特的潜在的实施方式。然而，固态电路和特别是超导电路是非常令人感兴趣的，因为它们提供可扩展性，可扩展性是使得电路具有更多数量的相互作用的量子比特的可能性。超导量子比特通常基于约瑟夫森结(Josephsonjunction，JJ)。约瑟夫森结是由例如薄的绝缘障耦合的两个超导体。约瑟夫森结可以通过超导电极之间的绝缘隧道势垒(例如Al2O3)制造。对于这种超导体-绝缘体-超导体(SIS)约瑟夫森结，最大允许的超电流是临界电流Ic。具有可调临界电流(例如，基于约瑟夫森结)的超导量子比特在量子计算领域中一般是有用的，并已使用所谓的超导量子干涉装置(SQUID)实现，其允许量子比特频率通过外部磁场来调谐。SQUID是两个并联的JJ，从而形成可以施加磁场的环。在此配置中，SQUID称为dc-SQUID。然而，若干问题与可调频率量子比特有关，特别是与通过施加外部磁通量来调谐频率的超导量子比特有关。例如，外部磁场可降低约瑟夫森能量和充电能量的比例，由此引入对充电噪声的敏感度。作为另一示例，作为磁通量的函数的量子比特的频率可调性越大，量子比特对磁通噪声的敏感度越大，其中这种噪声可降低量子比特的相干时间。
量子误差校正方案依赖于耦合在一起并作用于由外部控制来执行量子门操作的量子比特的阵列。在量子计算中，特别是量子电路计算模型中，量子门(或量子逻辑门)是对少量量子比特操作的基本量子电路。它们是量子电路的构成块，如经典的逻辑门是用于传统数字电路。最常见的量子门在一个或两个量子比特的空间上操作，像常见的经典逻辑门在一个或两个位上操作一样。
固定频率超导transmon量子比特和微波交叉共振门为这种系统提供了简单且鲁棒的架构，但它们对相邻量子比特的相对频率非常敏感。这些频率转而对量子比特中约瑟夫森结的详细纳米结构非常敏感。实际上，难以准备频率精度优于约正或负(±)4％的固定频率的5GHz量子比特。通量可调的transmon量子比特设计(基于dc-SQUID，具有对称或非对称的约瑟夫森结)提供调整频率以优化门操作的能力。然而，应该使可调性范围非常小(根据一个或多个实施例，特别是约100MHz)，否则可调性将通过通量噪声的作用增加对量子态去相位的敏感度。同时，任何可调频率量子比特设计中的约瑟夫森结不应超过结点尺寸的某些限制。过大的结点尺寸可使结制造复杂化、增加不需要的结电容、和/或并入随机出现的缺陷(诸如两级系统耗散器)。本发明的一个或多个实施例提供了改进的transmon量子比特设计，其被配置为实现低于100MHz的调谐范围，而不需要过多的结尺寸。
下面讨论现有技术的可调transmon方案中的各种限制。如上所述，transmon量子比特通常采用具有临界电流Ic1的单约瑟夫森结。如果要使临界电流可调，则采用在SQUID环路中使用具有临界电流Ic2和Ic3的一对约瑟夫森结的方案，其中Ic3>Ic2。外部场线圈(未示出)调整环路中的磁通量，允许所组合的结的临界电流由等于2Ic2/(Ic2+Ic3)比率的分数来调节。量子比特频率依比例近似为临界电流的平方根，因此可调谐性依赖于临界电流Ic3/Ic2的比率，而临界电流Ic3/Ic2又直接取决于约瑟夫森结面积的比率。因此，这种现有技术的可调方案具有若干限制：
1)结构尺寸的制造限制。在目前使用电子束光刻的制造系统中，可靠地使约瑟夫森结小于约60纳米(nm)×60nm(或3600平方纳米(nm2))是具有挑战性的。更常见的是，结的面积为约90nm×90nm(例如，8100nm2)。为了实现100MHz的可调谐性(如在一个或多个实施例中提供的)，将需要由60nm×60nm或90nm×90nm结提供的Ic2，以及由比Ic2的结面积大50倍的结面积提供的Ic3，即424nm×424nm或636nm×636nm(例如，分别为180,000nm2或405,000nm2)。实际上，难以在同一装置中同时制造这些不同的结面积。在现有技术中更常见地实现15：1的面积比率(其产生大约330MHz的可调谐性)。
2)结电容。transmon设计依赖于采用大电容对结分流，以减少装置的电荷分散以及使其免受局部电荷噪声影响。可以通过光刻限定的特征小心地控制该电容，其可以是约65飞法(fF)。结还贡献大约4fF的量的电容。如果结被重新设计为使它们大很多，这些结将对量子比特贡献过多非期望的电容。
3)结中包含的缺陷。在结势垒电介质的非晶结构中可能出现两级系统(TLS)缺陷。在频率中靠近量子比特的结的任何这些缺陷将耦合到量子比特，并降低量子比特的相干性。据估计，尺寸为100,000nm2的典型结将以1每3GHz的能量密度并入此类缺陷。因此，结在50MHz内具有这种缺陷概率约为1/60。然而，由于TLS的数量直接与面积成比例，因此405,000nm2的结将具有大约1/15的概率。如果希望避免TLS耦合，必须将结保持为小的。
本发明的实施例地解决在现有技术的设计方案中的限制。根据本发明的一个或多个实施例，提供了用于创建弱可调量子比特的结构和方法。弱可调量子比特被配置为通过将单个结transmon电容耦合到非对称dc-SQUID transmon来保持量子比特频率、适度的非谐性和小电荷分散的主要transmon特性。通过调整穿线于非对称的dc-SQUID transmon环的磁性外部磁通Φext，非对称dc-SQUID振荡器的共振频率改变，并且因为电容性耦合和/或阻抗负荷，非对称dc-SQUID振荡器的共振频率中的变化引起量子比特的共振频率(即，量子比特频率)的移位，其共振频率由不可调的transmon量子比特主导。量子比特的该频率移位可以依据单JJ transmon频率的χ移位来解释。
现在转向附图，图1是根据本发明的一个或多个实施例的弱可调的量子比特100的电路。量子比特100是弱可调的，因为量子比特电路100的共振频率(即，量子比特频率fq)的可调范围被减小或限制(即，弱可调谐)，从而允许我们避免与其它量子比特电路的频率冲突和/或操作频率，而在同一时间减少量子比特对通量噪声的灵敏度。应当理解的是，量子比特电路100被耦合到阵列或矩阵中的其它量子比特电路100，从而形成如由本领域技术人员所理解的量子计算处理器。在一些实施例中，共振频率(即，量子比特频率fq)的可调范围约为100MHz。在其它实施例中，量子比特100的共振频率可在低于100MHz的调谐范围内调谐。在本发明的其它实施例中，量子比特100的共振频率是能够在50MHz或更小的调谐范围调谐的。应当理解的是，本发明的实施例的可调谐性远小于现有技术中可调transmon量子比特(其为约300MHz)，而无需承受上文所讨论的问题。可调是指量子比特100的量子比特频率fq可以一定量(MHz)增大或降低，并且该范围在根据本发明的实施例的新设计中是有限的/降低的，从而使得可调量子比特100弱可调。例如，如果量子比特100的量子比特频率fq是例如4.5GHz且100MHz可调，则量子比特100的量子比特频率可以被调谐为低至4.45GHz到高达4.55GHz。
量子比特100包括固定频率transmon量子比特110A和可调频率transmon量子比特110B，其共用一个电极并且经由耦合电容器120耦合在一起。transmon量子比特110A包括单JJ 102，其具有表示为Ic1的临界电流。transmon量子比特110A是固定频率量子比特并且不可调。transmon量子比特110A中的单JJ 102被电容器C1 122分流。
transmon量子比特110B包括由电容器C2 124分流的非对称的dc-SQUID 104。在弱可调量子比特100中，电容器C1 122的值大于电容器C2 124的值。非对称dc-SQUID 104由被连接为环的JJ 105A和JJ 105B形成。非对称dc-SQUID 104可通过穿过非对称dc-SQUIDtransmon环路的外部磁通量进行调谐。JJ 105A是较小的约瑟夫森结(即，超导-绝缘体-超导)，其与更大的JJ 105B相比具有更小的面积。JJ 105A具有临界电流Ic2，而JJ 105B具有临界电流Ic3。由于JJ 105B大于JJ 105A，因此超导临界电流Ic3大于临界电流Ic2。在一个实施方式中，临界电流Ic1和Ic2可以约为相等。
可以看出，新的量子比特100通过耦合两个transmon量子比特110A和110B在一起而形成，但是量子比特100表现/作用为具有限定的转换频率(即，量子比特频率fq)的单量子比特。可调频率transmon 110B中的非对称dc-SQUID 104和固定频率transmon 110A中的单JJ 102的组合使得量子比特100具有减小的或有限的可调范围。例如，固定的单JJ 102(transmon量子比特110A)和dc-SQUID 104(transmon量子比特110B)的共振频率贡献量子比特100的共振频率fq，但固定的单JJ 102的共振频率(其是不可调的)对共振频率fq具有更主导的影响。通过在dc-SQUID104中具有不相似的JJ 105A和JJ 105B，向量子比特100引入受限的可调谐性。与典型的包含dc-SQUID的可调transmon相比，量子比特100的可调范围是有限的，因为dc-SQUID 104仅部分地贡献总临界电流，固定的单JJ 102对共振频率起主导作用。
量子比特电路100的电路元件由超导材料制成。超导材料的示例(在低温下，例如约10-100毫克(mK)，或约4K)包括铌、铝、钽等。例如，JJ 102、JJ 105A和JJ 105B由超导材料制成，并且其隧道结可以由薄的隧道势垒制成(例如氧化物)制成。电容器C1、C2和CC由介电材料隔开的超导材料制成。连接各种元件的线由超导材料制成。
图2是根据一个或多个实施例的量子比特电路100的示例实现。在图2中，量子比特电路100包括两个大的超导垫202A和202B。JJ 102被连接到两个大的垫202A和202B。电容器C1 122形成在两个大的垫202A和202B之间。
dc-SQUID 104被连接到一个大的垫，例如，大的超导垫202A，并且连接到小的超导垫204。小垫204比大垫202A更小。电容器C2 124形成在大垫202A和小垫204之间。虽然为简单起见而未示出，但是量子比特电路100可形成在衬底上，诸如晶片。晶片可以是硅晶片、蓝宝石晶片或用于微加工的其它衬底材料。
图2仅是一个示例实现方式，并且可理解也存在量子比特电路100的其它实施方式。电路元件的各种参数可被修改以实现根据一个或多个实施例的所期望的结果。可以对垫202A、202B、204的位置，垫202A、202B、204的尺寸和/或垫202A、202B、204之间的距离进行修改。垫202A、202B、204之间的距离影响电容器CC、C1、C2的值。
为了说明的目的而不是限制，图3是示出根据一个或多个实施例的针对量子比特电路100的特定设计示例的所计算的量子比特属性的表1。在设计示例中，IC1＝IC2＝27纳安(nA)，IC3＝81nA。此外，对于电容器，C1＝55fF，C2＝20fF，以及CC＝25fF。在该设计示例中，可调性范围为48MHz，这意味着量子比特100的量子比特频率fq可在24MH以上和量子比特的平均频率以下调谐。
对于设计示例中，表1示出了量子比特100的量子比特特性。针对穿线过非对称dc-SQUID transmon环的外部磁通Φext的两种情况说明量子比特特性。在第一种情况下，外部磁通量Φext为0，这意味着没有通量穿过环。在第二种情况下，外部磁通量Φext等于Φ0/2，这被认为是一半通量量子，其中Φ0是一个通量量子。(超导)磁通量量子是Φ0＝h/(2e)，这是普朗克常量h和电荷e的基本物理常量的组合，等于2.0678×10-15Wb。
在设计示例中，量子比特频率fq即使当调谐时保持在期望操作范围中，期望操作范围通常是4GHz和5GHz之间。该频率范围是在超导量子比特中常用的，因为其足够高以避免在量子比特在稀释制冷机中操作时量子比特状态的热占用(occupation)，同时还足够低以避免最杂散微波共振并促进容易获得的微波电子的操作。虽然设计示例是旨在通常使用的4到5GHz的微波范围内，但是应当理解量子比特的频率也可以是其它频率。在表1中列出的其它特性中，非谐性是对量子比特能谱中连续能级的不同的测量。为了清楚地区分量子比特的第一和第二能量转换，期望超过200MHz的非谐性(但不是必需的)。量子比特的电荷分散指示量子比特将被外部电荷调谐的能力。该行为是非期望的，因为量子比特系统中的电荷噪声可能导致随机调谐并导致退相干。在任何功能量子比特状态中，优选(但不是必需的)小电荷分散(远低于100kHz)。表1的最后一行涉及图4和5中描述的行为。
图4是根据一个或多个实施例的量子比特100的V能谱(V-系统)。针对工作点Φext＝0描述V系统。在图4中，V系统示出能量级别，其是用于量子比特100的读出的路径。量子比特100的量子态可以是0能量、第一能级或第四能级。由于在这些能级之间存在耦合项，量子比特100的量子态可以在0能级(即，基态)和第1能级之间来回转换。类似地，量子比特100的量子态也可以在0能级(即，基态)和第4能级之间来回转换。
读出共振器(未示出)可被耦合到量子比特100用于推断(即，读出)量子比特100的状态，如由本领域技术人员所理解的。V系统描绘了读出共振器可以具有读出共振频率fr，其可以对应于量子比特100的第四能级。在该示例中，量子比特100的第四能级是大约14.6GHz。因此，读出共振器可以具有约fr＝14.6GHz的读出共振器频率，以便读出量子比特100的量子态。可以通过采用具有共振频率的共振的电磁场辐射共振器并观察离开共振器的信号的强度来执行读取。如果强度弱则测量结果为“0”，而如果强度强(亮)则结果为“1”。
图5是根据一个或多个实施例的量子比特100的V能谱(V-系统)。针对工作点Φext＝Φ0/2描述V系统。如上所述，图5中的V系统描绘了能量级别，其是用于读出量子比特100的路径。然而，图5示出了第7能级。因此，量子比特100的量子态可以是0能量、第1能级或第7能级。由于在这些能级之间存在的耦合，量子比特100的量子态可在0能级(即，基态)和第1能级之间来回转变。类似地，量子比特100的量子态也可以在0能级(即，基态)和第7能级之间来回转换。
如上所述，读出共振器(未示出)可被耦合到量子比特100用于推断(即，读出)量子比特100的状态，由本领域技术人员所理解的。在这种情况下，V系统描绘了读出共振器可以具有读出共振频率fr，其可对应于量子比特100的第七能级。在该示例中，量子比特100的第7能级为约25.46GHz。因此，读出共振器可以具有约fr＝25.46GHz的读出共振器频率，以便读出量子比特100的量子态。可以以与以上针对第4能级的情况描述的方式的相同的方式执行读出。
图6是根据本发明的一个或多个实施例提供超导量子(电子)装置(即，量子比特电路100)的方法的流程图600。可以参考图1-5。
在框602，提供固定频率transmon量子比特110A。在框604，提供可调频率transmon量子比特110B。在框606，通过由共享节点将固定频率transmon量子比特110A连接到可调频率transmon量子比特110B并且通过对其进行电容性耦合，形成单量子比特100。
固定频率transmon量子比特110A和可调谐频率transmon 110B共享一个节点，并经由耦合电容CC 120电容耦合。固定频率transmon量子比特110A包括由第一电容器C1 122分流的单JJ。可调频率transmon量子比特110B包括由第二电容器C2 124分流的非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)104，其电容小于第一电容器122。dc-SQUID 104包括两个约瑟夫森结(JJ)，其中两个JJ是第一JJ 105B和第二JJ 105A。第一JJ 105B比第二JJ 105A大。
单量子比特100的量子频率fq被配置为调谐(向上或向下)用于(±)约150MHz、100MHz、75MHz、50MHz和/或约25MHz的范围。单量子比特100的量子比特频率fq的移位是基于可调频率transmon量子比特110B的，和/或由可调频率transmon量子比特110B引起。
图7是根据本发明的一个或多个实施例配置单量子比特100的方法的流程图700。可以参考图1-6。在框702处，提供由第一电容器C1122分流的单约瑟夫森结(JJ)102以形成固定频率transmon 110A。在框704处，非对称直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)104由第二电容器C2 124分流，以形成可调频率transmon 110B。在框706，固定频率transmon 110A经由一个共享节点和耦合电容器120被连接到可调频率transmon 110B。例如，单JJ 102通过一个共享节点连接到dc-SQUID 104。此外，两个量子比特共享一个电极(节点)并且经由耦合电容器CC 120电容耦合。
图8是根据本发明的一个或多个实施例的提供单量子比特100的能量系统用于读出的方法的流程图800。在框802处，单量子比特100被配置为耦合到可调频率transmon量子比特110B的固定频率transmon量子比特110A。在框804，量子比特100被配置为生成单量子比特的能量系统，作为V能量系统(诸如在图4和图5)，使得单量子比特100的读出(通过读出共振器)被配置为通过耦合到单量子比特100的第四能级或第七能级来执行。
技术效果和好处包括超导弱调谐量子比特。技术优势还包括大约4.8GHz的量子比特频率，其在典型的4-5GHz范围中，10-5-10-6GHz范围内的小电荷分散。技术优势包括约260MHz的中等非谐性，使得状态0-1可以用作量子比特。弱调谐的量子比特可以使用与transmon相同的制造工艺，因此不需要额外的制造步骤。弱调谐的量子比特具有与典型量子比特类似的封装(footprint)，并且新的量子比特不占用更大的区域。技术优势包括弱调谐的量子比特可在约50MHz范围内弱调谐，因此能够避免与其它量子比特的频率拥挤。弱调谐量子比特具有较低的对磁通噪声的灵敏度。它还具有约1：3的小JJ非对称性，这意味着更少的TLS，并且因为它具有相似的结面积所以可被可靠地制造。此外，弱调谐的量子比特具有V系统，其中单光子在能量状态级别0-1和能量状态级别0-4之间转换，用于穿过SQUID环的磁通偏置Φext＝nΦ0，其中n＝0、±1、±2、±3等。另一V系统形成有在能量状态级别0-1和能量状态级别0-7之间的单光子转换，用于穿过SQUID环的磁通偏置Φext＝(n+1/2)Φ0，其中n＝0、±1、±2、±3等。第4状态可以用于通过将第4状态共振地耦合到读出共振器来执行快速状态读出。
术语“约”及其变型意在包括与基于在提交申请时可用的设备的特定量的测量相关的误差程度。例如，“约”可包括±8％或5％的范围，或给定值的2％。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (26)

1.一种提供超导量子装置的方法，所述方法包括：
提供固定频率transmon量子比特；
提供可调频率transmon量子比特；以及
将所述固定频率transmon量子比特耦合到所述可调频率transmon量子比特。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特与所述可调频率transmon量子比特共享节点，并且所述固定频率transmon量子比特和所述可调频率transmon量子比特经由耦合电容器电容耦合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特由第一电容器分流。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述可调频率transmon量子比特由第二电容器分流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一电容器具有大于所述第二电容器的值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可调频率transmon量子比特是直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。
7.根据权利要求7所述的方法，其中，所述dc-SQUID是不对称的。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其中，所述dc-SQUID包括两个约瑟夫森结(JJ)，所述两个JJ是第一JJ和第二JJ。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一JJ大于所述第二JJ。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述单量子比特的量子比特频率被配置为被移位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述单量子比特的所述量子比特频率中的移位是通过所述可调频率transmon量子比特的频移引起的。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特包括单个约瑟夫森结。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固定频率transmon量子比特和所述可调频率transmon量子比特的所述耦合形成单量子比特。
14.一种超导量子装置，包括：
固定频率transmon量子比特；以及
可调频率transmon量子比特，所述固定频率transmon量子比特被耦合到所述可调频率transmon量子比特。
15.根据权利要求14所述的量子装置，其中，所述固定频率transmon量子比特与所述可调频率transmon量子比特共享一个节点并且经由耦合电容器而被电容耦合。
16.根据权利要求14或15所述的量子装置，其中，所述固定频率transmon量子比特由第一电容器分流。
17.根据权利要求16所述的量子装置，其中，所述可调频率transmon量子比特由第二电容器分流。
18.根据权利要求17所述的量子装置，其中，所述第一电容器具有大于所述第二电容器的值。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的量子设备，其中，所述可调频率transmon量子比特是直流超导量子干涉装置(dc-SQUID)。
20.根据权利要求19所述的量子装置，其中，所述dc-SQUID是不对称的。
21.根据权利要求19或20所述的量子装置，其中，dc-SQUID包括两个约瑟夫森结(JJ)，所述两个JJ是第一JJ和第二JJ。
22.根据权利要求21所述的量子装置，其中，所述第一JJ大于所述第二JJ。
23.根据权利要求14至22所述的量子装置，其中，所述固定频率transmon量子比特包括单个约瑟夫森结。
24.根据权利要求14至23中所述的量子装置，其中，所述固定频率transmon量子比特和所述可调频率transmon量子比特之间的所述耦合形成单量子比特。
25.一种单量子比特，包括根据从属于权利要求16、17和19的权利要求24所述的量子装置。
26.一种提供根据从属于权利要求14的权利要求24所述的量子装置的能量系统的方法，所述方法包括：
生成单量子比特的能量系统作为V能量系统，使得所述单量子比特的读出被配置为通过耦合到所述单量子比特的第四能级或第七能级来执行。
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