CN111164887A - 减少安装在稀释制冷机内的超导量子处理器的输入线数量 - Google Patents
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Abstract
一种技术涉及路由器。路由器包括量子位信号分配器，读出信号分配器以及通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器的双工器。
Description
技术领域
本发明总体上涉及超导器件，并且更具体地涉及使用频分多路复用组件减少安装在稀释制冷机内的超导量子处理器的输入线路的数量。
背景技术
短语“超导量子计算”指的是在超导电子电路中使用量子计算机。量子计算研究量子现象在信息处理和通信中的应用。存在各种量子计算模型，最流行的模型包含了量子位和量子门的概念。量子位可以被认为是具有两个可能状态但可以处于两个状态的量子叠加的比特的一般化。量子门可以被认为是逻辑门的一般化，因为量子门描述了一个或多个量子位在其上应用量子门后将经历的从其原始状态的转换。出于难以在日常生活中观察到量子现象的相同原因，可能很难实现量子位和量子门的物理实现。一种方法是在量子效应变得宏观的超导体中实现量子计算机，尽管要以极低的工作温度为代价。
超导量子计算机通常被设计为在微波频率范围内工作，在低于100毫开尔文(mK)的稀释制冷机中冷却，并使用常规电子仪器进行通信(例如寻址)。量子位的典型尺寸是微米级的，具有亚微米级的分辨率，并且可以使用公认的集成电路技术方便地设计量子哈密顿量(对应于系统总能量的算符)。可以在上述冷却过程中使用的稀释制冷机的示例是3He/4He稀释制冷机，这是一种低温装置，可提供连续冷却至低至2mK的温度，并且在低温区域下无移动部件。通过混合氦3和氦4同位素的热量提供冷却动力。可以认为它是达到0.3K以下温度的唯一连续制冷方法。现代稀释制冷机可以用低温冷却器代替液氮、液氦和1K浴来预冷3He。这些“干燥低温恒温器”不需要外部供应低温液体，并且操作可以高度自动化。干式稀释制冷机通常采用以下两种设计之一。一种设计包括内部真空罐，该真空罐最初用于将机器从室温预冷至脉冲管冷却器的基本温度(使用热交换气体)。但是，每当制冷机冷却后，都需要制作保持在低温下的真空密封，并且必须将低温真空馈通用于实验布线。实现另一种设计要求更高，因为它需要用于预冷的热开关。但是，另一设计不需要内部真空罐，这大大降低了实验布线的复杂性。
因此，在本领域中需要解决上述问题。
发明内容
从第一方面来看，本发明提供一种路由器，包括：量子位信号分配器；读出信号分配器；双工器通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器。
从另一方面来看，本发明提供一种配置路由器的方法，该方法包括：提供量子位信号分配器和读出信号分配器；将双工器配置为可通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器。
从另一方面来看，本发明提供一种路由器，包括：量子位信号分配器；读出信号分配器，其中，量子位信号分配器和读出信号分配器分别通信耦合到相应的量子处理器。
从另一方面来看，本发明提供一种配置路由器的方法，该方法包括：提供量子位信号分配器和读出信号分配器；将量子位信号分配器和读出信号分配器配置为可分别连接到各个量子处理器。
从另一方面来看，本发明提供一种用于路由器的方法，该方法包括：由量子位信号分配器接收量子位信号；通过读出信号分配器接收读出信号；将量子位信号和读出信号分配给量子处理器。
本发明的实施例针对路由器。路由器的非限制性示例包括量子位信号分配器，读出信号分配器以及通信耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器的双工器。
本发明的实施例针对一种配置路由器的方法。配置路由器的方法的非限制性示例包括提供量子位信号分配器和读出信号分配器，以及配置双工器以通信方式耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器。
本发明的实施例针对路由器。路由器的非限制性示例包括量子位信号分配器和读出信号分配器。量子位信号分配器和读出信号分配器分别通信耦合到相应的量子处理器。
本发明的实施例针对配置路由器的方法。配置路由器的方法的非限制性示例包括：提供量子位信号分配器和读出信号分配器；以及配置量子位信号分配器和读出信号分配器以分别可连接到各个量子处理器。
本发明的实施例针对一种用于路由器的方法。用于路由器的方法的非限制性示例包括：通过量子位信号分配器接收量子位信号；通过读出信号分配器接收读出信号；以及将量子位信号和读出信号分配给量子处理器。
通过本发明的技术实现了附加的技术特征和益处。在此详细描述本发明的实施例和方面，并且将其视为所要求保护的主题的一部分。为了更好的理解，请参考详细说明和附图。
附图说明
在说明书所附权利要求书中特别指出并明确要求保护本文所述的专有权的细节。通过以下结合附图的详细描述，本发明的实施例的前述以及其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1描绘了根据本发明实施例的路由器或路由架构的示意图；
图2描绘了根据本发明实施例的路由器或路由架构的示意图；
图3描绘了根据本发明实施例的路由器或路由架构的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的信号分配器/组合器的示意图；
图5示出了根据本发明实施例的频分复用双工器的示意图；
图6示出了根据本发明实施例的稀释制冷机的示意图；
图7示出了根据本发明实施例的配置路由器的方法的流程图；
图8示出了根据本发明实施例的配置路由器的方法的流程图；
图9描绘了根据本发明实施例的用于路由器的方法的流程图。
这里所描绘的图是说明性的。在不脱离本发明的范围的情况下，图或其中描述的操作可以有许多变型。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。同样，术语“耦合”及其变型描述了在两个元件之间具有通信路径，并且并不意味着元件之间没有中间元件/连接。它们之间所有这些变体都被视为说明书的一部分。
在附图和以下对所描述的实施例的详细描述中，在附图中示出的各个元件设有两个或三个数字的附图标记。除少数例外，每个参考数字的最左边的数字与该元素的第一个图相对应。
具体实施方式
为了简洁起见，与半导体和/或超导器件以及集成电路(IC)制造有关的常规技术在本文中可能会或可能不会详细描述。此外，本文描述的各种任务和过程步骤可以被合并到具有本文未详细描述的附加步骤或功能的更全面的过程或过程中。特别地，半导体和/或超导器件和基于半导体/超导体的IC的制造中的各个步骤是众所周知的，因此，为了简洁起见，本文将仅简要提及许多常规步骤，或者在不提供众所周知的过程细节的情况下将其完全省略。
现在转向与本发明的方面更具体相关的技术的概述，在超导量子处理器中的N个量子位读出谐振器的最新技术中，在一种情况下有承载读出信号的N条输入线和量子位驱动或2N条输入线，其中N条输入线连接到N个谐振器，并且另外N条输入线连接到N个量子位。随着超导量子处理器中量子位读出谐振器N的数量增加，会产生以下不良影响：1)所需微波分量的数量增加；2)稀释制冷机内这些输入线所占据的体积增加，3)从室温阶段进入制冷机的噪声量增加，4)处于稀释制冷机阶段的权重增加，5)稀释制冷机的热负荷增加(需要更大的冷却能力)，以及/或6)组件和线的(例如，物理、财务、技术)成本增加。
现在转向本发明的各个方面的概述，本发明的一个或多个实施例通过提供一种减少稀释制冷机内用于给超导量子处理器供电的输入线和微波组件的数量的机制来解决现有技术的上述缺点。提供了一种路由器和方法，根据本发明的实施例将输入线减少到量子位并且将输入线减少到量子处理器的谐振器。因为不需要控制线，该路由器使用无源微波设备，减少了输入线的数量，并且减少了从室温进入稀释制冷机的噪声，减少了输入线上使用的微波组件的数量，其中输入线上的组件包括衰减器、滤波器和红外滤波器。作为额外的技术优势，路由器还通过减少冷却功率来提高热效率，并在量子处理器级组合读出和量子位信号，从而可以分别优化读出和量子位信号的输入线。此外，路由器提供了模块化，因为该方案可以扩展而无需修改现有线路。同样，可以更换故障组件而不会影响量子处理器芯片。可以根据量子处理器中所产生的量子位频率来设计和实现不同的频分复用(FDM)组件。路由器包括非常低的损耗分配和信号添加。该路由器可以使用超导电路在芯片上制造，不使用任何约瑟夫森结，并且不需要更改量子处理器的体系结构。
更具体地，本发明的上述方面通过提供一种路由器或路由体系结构(在图1、2和3中示出)来解决现有技术的缺点，该路由器或路由体系结构被配置为将馈送超导量子计算机的输入线分离为两组输入线，一组携带量子位脉冲/驱动，另一组携带读出脉冲/音调。路由体系结构配置为在超导量子计算机输入之前将1输入-M输出信号分配器连接到混合室或稀释制冷机中较高级的每组输入线的每条输入线，该分配器采用频分多路复用。1输入-M输出信号分配器将进入信号分配器的输入的具有M个不同频率的M个不同的微波信号分离到信号分配器的输出处的M个不同的物理端口中。
如果量子位与其读出谐振器共享相同的馈线或端口，则对于每个量子位和读出谐振器，路由器配置为组合指定的读出信号和驱动信号，然后使用(如图1所示的)2输入-1输出双工器将组合的信号输入到其共享的馈线或端口。双工器能够将这些不同的信号(读出和量子位驱动)组合到(馈入读出量子位系统的)同一条传输线上。如果量子位具有与读出谐振器不同的馈线(如图2所示)，则路由器会将量子位的馈线连接到承载其指定量子位驱动的信号分配器的指定输出，并将读出谐振器的馈线连接至承载其读出信号的信号分配器的指定输出端。
此外，路由器可以被配置为使用从室温进入制冷机的一组输入线，该输入线承载读出信号和量子位驱动。路由器配置为使用宽带双工器将稀释制冷机中某个阶段(例如4K阶段)的每条输入线上承载的读出信号和量子位驱动分开，该宽带双工器覆盖了读出和驱动音的频谱(如图3所示)。路由器可以连接到用于量子位驱动的两条独立的输入线，并读出音调直到混合室(例如，第5级)或更高的一级，例如100mK或更高。路由器可以将两个内部(在稀释制冷机内部)分开的输入线承载的读出音调和驱动信号分开，然后(在超导量子处理器的输入之前)组合读出的音调和驱动信号。
现在转向对本发明各方面的更详细描述，图1描绘了根据本发明实施例的路由器或路由架构100的示意图。在该示例中，路由体系结构100被描绘为具有两个信号分配器108和110。信号分配器108的输入连接到用于接收输入量子位信号的量子位输入线104，并且其输出连接到窄带双工器112。信号分配器110的输入端口连接到用于接收输入读出信号的输入线106，并且其输出端口连接到双工器112。双工器112分别连接到量子系统，例如量子位谐振器系统114。信号分配器108、110，双工器112可以并且由超导体材料和/或低损耗材料形成。路由体系结构100具有输入线104和106，输入线104和106安装在稀释制冷机102中(或作为其一部分)，路由器100的组件位于稀释制冷机102中。
示出了的两个信号分配器108和110的每一个具有一个输入端口和M个输出端口(1→M)。尽管示出了一个量子位信号分配器108以及示出了一个读出谐振器信号分配器110，但是可以存在多个这样的对。即，量子位信号分配器108和读出谐振器信号分配器110被成对使用。因此，对于具有一个输入端口和M个输出端口的给定路由器，可以有(用于2对的)2个量子位信号分配器108和2个读出谐振器信号分配器110连接到量子处理器，可以有(用于3对的)3个量子位信号分配器108和3个读出谐振器信号分配器110连接到量子处理器，4对、10对、50对、数百对、数千对等。
信号分配器108被配置为在输入线104的输入端口处接收输入量子位信号的组合，并且将线105上的各个量子位信号(从输出端口1-M)传输到分离的双工器112_1至112_M。输入量子位信号的组合可以是第一量子位信号到最后一个量子位信号，每个信号都处于不同的频率。例如，位于第一量子位频率的第一量子位信号为fQ1，位于第二量子位频率的第二量子位信号为fQ2，一直到位于最后一个量子位频率fQM的最后一个量子位频率。假设fQ1<fQ2<fQ3…<fQM。信号分配器108基于它们各自的量子位频率，将在输入端口上接收的输入量子位信号的组合分配到不同的输出端口1-M。例如，信号分配器108被配置为以第一量子位频率fQ1(从端口1)向双工器112_1的以Q表示的低频输入端传输第一量子位信号。类似地，第二量子位频率fQ2的第二量子位信号(从量子位信号分配器108的端口2)传输到双工器112_2的低频输入Q。位于最后一个量子位频率fQM的最后一个量子位频率(从量子位信号分配器108的端口M)被传输到双工器112_M的低频输入Q。
类似于信号分配器108，信号分配器110被配置为在其(单个)输入端口在输入线106上接收输入读出信号的组合，并且将线107上的各个读出信号(从输出端口1-M)传输到分离的双工器112_1至112_M。输入读出信号的组合可以是第一读出信号至最后一个读出信号，每个信号都处于不同的频率。例如，位于第一读出频率的第一读出信号为fR1，位于第二读出频率的第二读出信号为fR2，并且位于最后一个读出频率的最后一个读出频率是fRM。假设fR1<fR2<fR3…<fRM。信号分配器110基于它们各自的读出频率，将在输入端口上接收的输入读出信号的组合分配给不同的输出端口1-M。例如，信号分配器110被配置为以第一读出频率fR1(从输出端口1)向双工器112_1的以R表示的高频输入传输第一读出信号。类似地，第二读出频率为fR2的第二读出信号(从读出信号分配器110的输出端口2)被传输到双工器112_2的高频输入R。位于最后一个量子位频率fQM的最后一个读出频率(从读出信号分配器110的输出端口M)被传输到双工器112_M的高频输入R。
双工器112_1至112_M的每一个都被配置为将在低频输入(Q)接收的量子位信号与在高频输入(R)接收的相应读出信号进行组合。例如，在低频端口Q，双工器112_1从信号分配器108的端口1以第一量子位频率fQ1接收第一量子位信号，并且在高频端口R，双工器112_1从信号分配器110的端口1以第一读出频率fR1接收第一读出信号。双工器112_1组合在端口Q和R接收的信号，并在端口Q+R将组合的量子位信号和读出信号输出到量子计算机150的量子位谐振器114_1。谐振器114_1至114_M都是单独的量子处理器。量子位谐振器114的每一个包括诸如量子位202的量子位和诸如图2所示的谐振器204的读出谐振器。
类似地，在低频端口Q，双工器112_2从信号分配器108的输出端口2以为第二量子位频率fQ2接收第二量子位信号，并且在高频端口R，双工器112_2从信号分配器110的输出端口2以第二读出频率fR2接收第二读出信号。双工器112_2组合在端口Q和R接收的信号，并在端口Q+R将组合的量子位信号和读出信号输出到量子计算机150的量子位谐振器114_2。同样地，在低频端口Q，双工器112_M从信号分配器108的输出端口M以最后一个量子位频率fQM接收最后一个量子位信号，并且在高频端口R，双工器112_M从信号分配器110的输出端口M以最后一个读出频率fRM接收最后一个读出信号。双工器112_M组合在端口Q和R接收的信号，并在端口Q+R将组合的量子位信号和读出信号输出到量子计算机150的量子位谐振器114_M。
路由器100在稀释制冷机102中，而输入线104和106是从制冷机102内部连接到路由器100的仅有的两条线。路由器100包括信号分配器108和110(一个用于分配量子位信号，一个用于分配读出信号)、传输线105和107以及双工器112_1至112_M。传输线109将双工器112连接到相应的量子位谐振器114。
在图1中，假设每个量子位谐振器114_1至114_M具有用于接收输入量子位和读出谐振器信号两者的单线和单端口。换句话说，量子位谐振器114_1至114_M的每一个在同一端口/线上接收其输入量子位信号和输入读出信号。在某些量子计算机/处理器中，量子位和读出谐振器的端口是分开的，使得输入的量子位信号与输入的读出谐振器信号在分开的线路和端口上被接收。
图2描绘了根据本发明实施例的路由器100的示意图。图2中的路由器100的配置与图1所示的配置略有不同。特别地，图2中的路由器100不使用双工器112_1至112_M，因为量子位谐振器114_1至114_M具有用于每个量子位202和每个读出谐振器204的单独的端口。因此，在量子位和读出信号被发送到图2的量子位谐振器114之前不需要用双工器112将他们组合到单个端口。因此，图2示出了路由器100可用于具有用于量子位谐振器114_1至114_M的量子位202和读出谐振器204的单独的端口和输入线的量子计算机150。
在图2中，两个信号分配器108和110被示为各自具有一个输入端口和M个输出端口(1→M)，并且信号分配器108被配置为在输入线104的输入端口上接收输入量子位信号的组合，并且将线105上的各个量子位信号传输到量子位谐振器114_1至114_M上分离的量子位端口。如上所述，输入量子位信号的组合可以是第一量子位信号至最后一个量子位信号，每个信号都处于不同的频率。位于第一量子位频率的第一量子位信号为fQ1，位于第二量子位频率的第二量子位信号为fQ2，一直到位于最后一个量子位频率fQM的最后一个量子位频率，并且假设fQ1<fQ2<fQ3…<fQM。再次，信号分配器108基于它们各自的量子位频率，将在输入端口上接收的输入量子位信号的组合分配到不同的输出端口1-M。然而，不同于图1，信号分配器108被配置为经由分离的量子位端口(直接)以第一量子位频率fQ1(从输出端口1)向量子位谐振器114_1的量子位202传输第一量子位信号。可以看出，在图2中不需要双工器112，因为量子位202和读出谐振器204具有连接到分离的输入线的分离的输入端口。类似地，经由分离的量子位端口(直接)以第二量子位频率fQ2(从输出端口2)向量子位谐振器114_2的量子位202传输第二量子位信号。经由单独的量子位端口(直接)将最后一个量子位频率fQM的最后一个量子位频率(从量子位信号分配器108的输出端口M)传输到量子位谐振器114_M的量子位202。
类似于信号分配器108，信号分配器110被配置为在其(单个)输入端口在输入线106上接收输入读出信号的组合，并且将线107上的各个读出信号传输到量子位谐振器114_1至114_M的读出谐振器的分离的端口。输入读出信号的组合可以是第一读出信号至最后一个读出信号，每个信号都处于不同的频率。如上所述，位于第一读出频率的第一读出信号为fR1，位于第二读出频率的第二读出信号为fR2，直到位于最后一个读出频率fRM的最后一个读出频率，并且fR1＜fR2＜fR3…＜fRM。再次，信号分配器110基于它们各自的读出频率，将在输入端口上接收的输入读出信号的组合分配给不同的输出端口1-M。然而，不同于图1，信号分配器110被配置为经由分离的读出端口(直接)以第一读出频率fR1(从输出端口1)向量子位谐振器114_1的读出谐振器204传输第一读出信号。类似地，位于第二读出频率fR2的第二读出信号(从信号分配器110的输出端口2)经由单独的读出端口(直接)被传输到量子位谐振器114_2的读出谐振器204。经由单独的读出端口(直接)将位于最后一个量子位频率fQM的最后一个读出频率(从信号分配器110的输出端口M)传输到量子位谐振器114_M的读出谐振器204。
图3描绘了根据本发明实施例的路由器100的示意图。图3的路由器可以利用图1和2中的路由器100的配置。这样，在图3中省略了路由器100的一些细节可以在图1和2中找到。
图3描绘了一个示例，其中单个输入线302在稀释制冷机102内并且连接到稀释制冷机102内的路由器或路由器架构100。单个输入线302(同时)承载输入量子位信号(fQ1，fQ2，fQ3，…fQM)和输入读出信号(fR1，fR2，fR3，…fRM)，代替稀释制冷机102内部的两条单独的输入线104和106。
单个输入线302在求和端口(Q+R)连接到宽带双工器304。这是宽带双工器304，这意味着双工器304具有包含量子处理器150中所有量子位的所有量子位频率，并且包含量子处理器中所有读出谐振器的所有读出谐振器频率(这里为简单起见，假设处理器中有M个量子位)的频带。宽带双工器304的低频端口，再次标记为Q，经由传输线104连接到信号分配器108的单个输入端口。宽带双工器304的高频端口，再次标记为R，通经由传输线106连接到信号分配器110的单个信号输入端口。尽管为了简单起见并为了避免混淆图3而被省略，但是信号分配器108和110以图1和2所示的方式连接到量子计算机150的量子位谐振器114。
下面讨论操作图3中的路由器100的示例。在求和输入端口Q+R，宽带双工器304被配置为在输入线302上以第一量子位频率fQ1接收第一量子位信号，以第二量子位频率fQ2接收第二量子位信号，一直到以最后一个量子位频率fQM接收最后一个量子位信号，以及上以第一读出频率fR1接收第一读出信号，以第二读出频率fR2接收第二读出信号，一直到最后一个读出频率fRM。在该示例中，量子位频率小于读出频率，例如，fQ1，fQ2，fQ3，...，fQM<fR1，fR2，fR3，...fRM。因此，宽带双工器304被配置为在低频输出Q上以量子位频率fQ1，fQ2，fQ3，...，fQM输出所有输入量子位信号。宽带双工器304被配置为在低频输出R上以读出频率fR1，fR2，fR3，…fRM输出所有输入读出信号。
(量子位)信号分配器108被配置为分别在量子位输入线104上以量子位频率fQ1，fQ2，fQ3，...，fQM接收第一至最后一个量子位信号。同样，(读出)信号分配器110被配置为在读出谐振器线106上分别以读出频率fR1，fR2，fR3，…fRM接收第一到最后一个读出信号。现在，信号分配器108和信号分配器110分别接收了输入量子位信号和输入读出信号，路由器100的操作与以上在图1或图2中讨论的相同方式继续，因此不再重复。
图4描绘了根据本发明的实施例的信号分配器/组合器108、110的示意图。信号分配器108、110被配置为利用频分复用将在公共端口120上输入的微波信号450_1至450_N分配给各个端口1至M，其中微波信号450_1至450_M根据各个带通滤波器405_1至405_M的通带被定向/分配。为了说明的目的，微波信号450_1至450_M表示可以同时应用于信号分配器108和信号分配器110的通用信号，并且(具有各自的频率f1，f2，f3，…fM的)微波信号450_1至450_M可以表示量子位为fQ1，fQ2，fQ3，...，fQM的量子位信号和/或读出频率为fR1，fR2，fR3，…fRM的读出信号。
在图4中，信号分配器108、110包括通常称为带通滤波器405的带通微波滤波器。不同的带通滤波器405被描绘为带通滤波器405_1至带通滤波器405_M。每个带通滤波器405具有不同的窄通带，具有特定窄通带中的频率的微波信号通过该窄通带传输(即，通过)，并且具有特定窄通带之外的频率的信号被反射(即，被阻挡)。带通滤波器405_1具有自己的具有带宽1(BW1)的窄通带，带通滤波器405_2具有自己的具有带宽2(BW2)的窄通带，并且带通滤波器405_M具有自己的具有带宽N(BWM)的窄通带。
例如，带通滤波器405_1配置具有通带(频带)，允许具有频率f1的微波信号450_1通过(传输)但阻挡(反射)位于带通滤波器405_1的通带之外的具有频率f2到fM的所有其他微波信号450_2到450_M。类似地，带通滤波器405_2配置具有通带(频带)，允许具有频率f2的微波信号450_2通过(传输)但阻挡(反射)在带通滤波器405_2的通带之外的具有频率f1、f3至fM的所有其他微波信号450_1、450_3至450_M。类似地，带通滤波器405_M配置具有通带(频带)，允许具有频率fM的微波信号450_M通过(传输)但阻挡(反射)位于带通滤波器405_M的通带之外的具有频率f1至fM-1的所有其他微波信号450_1至450_M-1。微波信号450_1至450_M通常被称为微波信号450。当腔量子位量子系统可操作地连接到信号分配器108、110时，微波信号450可以处于被指定为驱动特定量子位或被指定为(通过读出谐振器或腔)读出量子位的各个频率f1至fM，如本领域技术人员所理解的。
信号分配器108、110包括独立连接到各个带通滤波器405的端口410。特别地，不同的端口410被指定为端口410_1、端口410_2至端口410_M，其中端口M表示端口410的最后一个。类似地，M表示频率、微波信号405、带通滤波器405等等的最后一个。端口410_1至410_M通常表示图1-3中的输出端口1-M。在信号分配器108、110中，端口410_1连接到带通滤波器405_1，端口410_2连接到带通滤波器405_2，端口410_M连接到带通滤波器405_M。端口410_1至端口410_M的每一个分别连接到自己的带通滤波器405_1至405_N的一端。带通滤波器405_1至带通滤波器405_M的另一端经由公共节点415连接到公共端口420。公共节点415可以是公共连接点、公共传输线、公共线等，作为电气连接的相互位置。公共端口420连接到带通滤波器405_1至带通滤波器405_M的每一个，而单独的端口410则只连接到它们各自的带通滤波器405_1至带通滤波器405_M。
因为带通滤波器405_1至405_M仅在相应的通带中传输相应的微波信号450_1至450_M，所以信号分配器108、110被配置为使得每个带通滤波器405_1至带通滤波器405_M覆盖不同的频带(或子带)频率，使得(带通滤波器405的)通带都不重叠。因此，端口410_1、端口410_2至端口410_M的每一个由于连接到其相应的带通滤波器405_1至405_M而彼此隔离，使得微波信号450不会经由公共节点415通过任何一个端口410(无论进入还是离开)泄漏到另一个端口410中。因此，作为连接到自己的带通滤波器405的结果，每个端口410与其他端口410隔离，并且被设计成以预定义的频率(或在预定义的频带内)传输其自己的微波信号450。
各个端口410、带通滤波器405、公共节点415和公共端口420经由传输线430彼此连接。传输线430可以是带状线、微带线、共面波导等。微波带通滤波器405被设计用诸如超导谐振器、超导电感器、超导间隙电容器和/或平板电容器、无源超导元件的无损或低损耗集总元件实现。超导元件包括集总元件电感器、间隙电容器和/或平板电容器(具有低损耗电介质)。带通滤波器的其他可能实现包括耦合线滤波器和/或电容耦合串联谐振器。
各个端口410、带通滤波器405、公共节点415、公共端口420和传输线430由超导材料制成。此外，(图1、2、3、4和5的)路由器100可以由超导材料和/或低损耗材料制成。超导材料(在低温下，例如约10-100mK，或约4K)的例子包括铌、铝、钽等。
信号分配器108、110被配置为具有频率关系f1<f2<...<fM，其中，每个频率f1，f2，...，fM分别是带通滤波器405_1至405_M的中心频率。信号分配器108、110被配置为满足不等式
其中i，j＝1,2，...M和j≠i。这种不等式要求每对带通滤波器的中心频率fj和fi之间的频率间隔超过其平均带宽。换句话说，不等式确保没有带通滤波器具有重叠带宽(即，频率范围)。
在信号分配器108、110的一个实现中，同轴电缆可以连接到公共端口420的外端，使得连接到公共端口420的同轴电缆以不同的频率f1至fM输入微波信号450_1至450_M，而连接到输出端口410的其他同轴电缆输出各个微波信号450_1至450_N。可以用带状线、微带线、电线替代同轴电缆。对于在其各自的频率f1至fM的微波信号450_1至450_M的每一个，仅允许各个频率f1至fM穿过具有覆盖相应频率f1至fM的通带的各个带通滤波器405_1至405_M，因此穿过各个端口410_1至端口410_M。由于带通滤波器405_1至405_M的每一个没有重叠的通带，因此微波信号450_1至450_M的每一个具有预定义的自己的频率f1至fM，仅通过带通滤波器405_1至405_N中的一个。在自己的一个频率f1至fM的微波信号450通过公共端口420输入，并且微波信号450_1至450_M的每一个穿过公共节点415，通过各自的带通滤波器405_1至405_M传输，并根据频率f1到fM离开各个端口410_1-M。由于各个带通滤波器405_1至405_M的滤波，端口410_1-M的每一个(仅)输出各自的频率f1至fM。换句话说，端口410_1以频率f1输出微波信号450_1(通过带通滤波器405_1)，而带通滤波器405_1阻止频率f2至fM。端口410_2以频率f2输出微波信号450_2(通过带通滤波器405_2)，而带通滤波器405_2阻止频率f1、f3至fM。类似地，端口M以频率fM(经由带通滤波器405_M)输出微波信号450_M，而带通滤波器405_M阻止频率f1至fM-1。
图5描绘了根据本发明的实施例的示例性频分复用双工器112、304的示意图。双工器112、304是频率可选择的三端口微波设备。双工器可以在输出端口将具有不同频率的输入信号组合到输入端口，反之亦然。通常，量子位频率(fQ1，fQ2，fQ3，…fQM)例如位于3-5.5GHz频段，而读出频率(fR1，fR2，fR3，…fRM)例如位于6.5-10GHz频段。通过使用双工器112、304，其具有一个输入端口(Q)传递3-5.5GHz频带中的信号，另一个输入端口(R)传递6.5-10GHz频带中的信号，以及一个输出端口Q+R，也称为将位于这两个频带内的信号进行组合的公共端口。以类似的方式，注意到双工器304分离图3中的信号。每个双工器112_1至112_M可以根据其组合的量子位和读出信号而被分别设计和优化。备选地，所有双工器112_1至112_M可以被设计为与用于量子位和读出端口的频带相同，其分别覆盖使用中的所有量子位频率和使用中的所有读出频率。
在所有双工器是半相同的情况下，双工器112、304的Q侧可以包括截止频率大于所使用的最大量子位频率的低通滤波器(LPF)，和/或中心频率与平均量子位频率匹配的带通滤波器。双工器112、304的R侧可以包括截止频率小于所使用的最小读出频率的高通滤波器(HPF)，和/或中心频率与平均读出频率匹配的带通滤波器。
图6描绘了根据本发明的实施例的示例稀释制冷机102的图。该示例示出了具有五个阶段的稀释制冷机102，其中阶段1是最热的，阶段5是最冷的。应当理解，可以利用更多或更少的阶段。例如，阶段1可以为大约40K，阶段2为大约4K，阶段3为大约0.7K，阶段4为大约0.1K，阶段5为大约10mK。阶段5也称为混合室。应当理解，这些温度仅是示例值。例如，阶段5可以是4mK，10mK，15mK，20mK等。
在一种实施方式中，稀释制冷机102可具有从室温阶段(稀释制冷机顶部)延伸进入稀释制冷机102或进入稀释制冷机102内部的两条输入线104和106(一条用于量子位信号，一条用于读出信号)，如图1和2所示，另一实施方式可以具有从室温阶段(稀释制冷机顶部)延伸进入稀释制冷机102或进入稀释制冷机102内部的一条输入线302(同时用于量子位信号和读出信号)，如图3所示。虚线302表示如图3所示的带有双工器304的路由器100的示例选项。两条实线104和106表示从室温进入稀释制冷机102以在不存在双工器304时表示路由器100。
稀释制冷机102的阶段5是超导量子位所在的位置，即，具有量子位谐振器114_1至114_M的量子计算机150位于阶段5中。应注意，如果图1、2、3所示的路由器/路由体系结构的所有组件(例如，组件108、110、105、107、112_1-M)位于第5阶段，它们被组合为一个设备，可以在芯片上实现，也可以作为集成电路的一部分集成在一起，则该组合设备可以称为路由器。但是，如果某些部分(例如信号分配器108、110)位于较高的阶段，例如4K(阶段2)，而图1的双工器112_1至112_M位于阶段5(0.01K)，则由于对于组件之间的物理分离以及在不同阶段中间组件(例如衰减器和同轴线部分)的存在，将图1、2、3的电路图称为路由体系结构更为合适。
注意，在稀释制冷机102的每个阶段，表示为衰减器602的衰减器在输入线(例如，量子位输入线104和读出谐振器输入线106，或量子位和读出谐振器组合的输入线302)上。可以添加其他微波组件。如本领域技术人员所理解的，输入线(无论是量子位输入线104和读出谐振器输入线106，还是量子位和读出谐振器组合的输入线302)在稀释制冷机102中运行以最终耦合至超导量子计算机150。
应当理解，本发明的实施例通过减少用于向超导量子处理器馈电的稀释制冷机内部的输入线和微波组件的数量，来减少本文所讨论的不良影响。例如，通过在一组读出输入线106和一组量子位输入线104上使用1个输入-M个输出(1→M)信号分配器108、110，方案中的输入线总数为
其中N是量子处理器/量子计算机150中需要被驱动的量子位数。在上面利用的一些示例中，假设N＝M，其中M是信号分配器108、110的输出端口/线的数量。当N＝M时，可以存在量子位输入线104只需要一个信号分配器108并且读出输入线106只需要一个信号分配器110的路由器100。但是，可能存在N大于M的情况。在某些情况下，总量子位(N)大于信号分配器108、110的输出M。作为数值示例，假定N＝1000，对于并且输入线的总数将是2x(143)＝286。因此，存在用于读出集的143条输入线和用于量子位集的143条输入线，这意味着有143对输入线104和106。类似地，量子位信号分配器108的总数将是143，并且读出信号分配器110的总数将为143，这意味着将存在143对信号分配器108和110，每对具有1个输入端口和M＝7个输出端口。括号
表示该分数的解是四舍五入到下一个整数(即下一个整数)。这样，将142.857舍入为143，因为没有输入线的一部分，也没有信号分配器的一部分(即使可以使用或不使用所有输出端口M)。应当指出的是，在上述计算中出现的因数2是指如图1和2所示存在用于量子位驱动和读出音调的分离的输入线的的事实。
作为另一数值示例，N＝100并且M＝5，使得输入线的总数将是2*20＝40。因此，对于读出集将有20条读出输入线，对于量子位集将有20条量子位输入线，这意味着将有20对输入线104和106。类似地，量子位信号分配器108的总数将为20。读出信号分配器110的总数为20，这意味着将有20对信号分配器108和110，每对具有1个输入端口和M＝5个输出端口。
与本发明的实施例相比，现有技术将需要更多的输入线从外部进入稀释制冷机102。现有技术的需要量子处理器中的每个量子位需要一个输入线并且每个读出谐振器需要一个输入线(当它们具有单独的端口时)，以便这些输入线从外部进入稀释制冷机，经过不同的阶段到达量子处理器。如本领域技术人员所理解的，这些输入线在不同阶段包括不同的部分，并且在不同阶段连接到不同的衰减器和滤波器。为了将稀释制冷机中的各个阶段热隔离并且还可以将线良好地热锚定到不同阶段，需要输入线的不同部分。这样，如果有1000个量子位，那么在现有技术中就需要1000个量子位输入线。类似地，如果现有技术中的量子位和读出谐振器在量子处理器中具有单独的端口，则需要额外的1000条读出谐振器线。
此外，应注意，路由器100不使用任何控制线或控制信号。特别地，路由器100(仅)使用无源微波组件。路由器100允许优化衰减以及分别安装在读出输入线组和量子位输入线组上的组件。如上所述，路由器100减少了输入线的数量和从室温进入稀释制冷机102的噪声，并且减少了在输入线上使用的微波分量的数量，其中输入线上的分量包括衰减器、滤波器和红外滤波器。例如，如果每个输入线在稀释制冷机中的不同阶段具有六个部分，如图6所示，即室温(制冷机顶部)、40K(阶段1)、4K(阶段2)、0.7K(阶段3)、0.1K(阶段4)、0.01K(阶段5)，并且如果除室温温度以外的每个部分都连接到固定衰减器，则实施例每条输入线可以具有6个电缆部分和5个衰减器。因此，通过减少输入线的数量，本发明的实施例有效地减少了所使用的电缆部分和衰减器的数量。另外，值得注意的是，通过消除大量的这些组件(通过减少输入线的数量)，本发明的实施例减轻了制冷机的重量，降低了制冷机的接线成本，并减少了热质量。在需要冷却的制冷机内部(从而降低了制冷机所需的冷却功率，或为相同的冷却功率安装了更多的输入线)。
此外，路由器100的设置提供了可以放置路由器100(即其组件)的一个或多个阶段的选项。作为一个选项，路由器100被放置在稀释制冷机102的第5阶段认为是最佳位置。在阶段5中，路由器100最接近量子处理器150。因此，为了到达阶段5中的路由器，两条输入线104和106(假设N＝M)或一条输入线302(即使N>M)依次穿过阶段1-5。如果有1条输入线302从稀释制冷机102的外部馈入路由器100，则需要1x5＝5个衰减器。如果有2条输入线104和106从稀释制冷机102的外部馈入路由器100，则需要2x5＝10个衰减器。通过使路由器100处于阶段5，这意味着量子位信号分配器108处于阶段5，而读出信号分配器110处于阶段5。
作为其他选择，路由器100可以被放置在阶段1、2、3和/或4中。换句话说，信号分配器108、110，双工器112(如果使用)和双工器304(如果使用)可以共同地和/或单独地放置在阶段1、2、3、4和/或5中。在一种实施方式中，双工器304可以放置在比其他组件(例如信号分配器108、110、双工器112)更热的阶段中。
此外，路由器100可以被实现为芯片上的集成电路、印刷电路板等，并且芯片/印刷电路板可以被放置在期望的阶段，诸如阶段5。
应当注意，本文讨论的输入方案可以类似地应用于用于超导量子计算机的其他微波输入线，例如馈送量子受限的约瑟夫森放大器的泵浦线或其他基于微波的控制线。
存在各种类型的量子处理器。应当理解，本发明的实施例可以用于向使用表面代码架构(作为用于运行表面代码纠错算法的平台)或任何不同的纠错架构的量子处理器馈电。对于表面代码体系结构，主要要求是该体系结构使用cQED(电路量子电动力学)构建块，并且使用相同的馈线将量子位和读出信号馈送到每个量子位读出系统(后者是可选的)。另一个要求是量子位频率是可区分的或位于M个或更多个不同的频带内。可能存在这样一种情况，其中量子处理器中使用的量子门基于交叉共振门(或交叉共振门的变体)，其中量子位可以接收在其量子位谐振或相邻量子位谐振具有频率的量子位信号(其中相邻的量子位是通过总线/耦合器耦合在一起的量子位，并且可能经受交叉共振门)；在这种情况下，可以使用路由器100的这种可伸缩性方案，在相邻量子位的馈线和不同信号分配器之间进行匹配，以便在量子位信号和指定的量子位之间提供一对一的映射。以下是使用/配置路由器100以与具有表面代码架构的量子计算机150一起使用并且使用交叉谐振门的示例。1)可以将表面代码的单位单元中的相邻量子位设计为具有位于五个不同频段之一内的量子位频率，例如4-4.2GHz、4.3-4.5GHz、4.6-4.8GHz、4.9-5.1GHz、5.2-5.4GHz。2)量子位线上的信号分配器具有5个输出物理端口，每个物理端口都传输这些频段之一内的量子位信号，即，第一输出在4-4.2GHz频段内传输，第二输出在4.3-4.5GHz频段内传输，第三输出在4.6-4.8GHz频带内传输，第四端口在4.9-5.1GHz频带内传输，第五端口在5.2-5.4GHz频带内传输。然后，每个信号分配器的输出端口基于它们的公共频带连接到不同单位单元中的非相邻量子位。
路由器100的并且连接到路由器100的电路元件可以由超导材料制成。各个谐振器和传输/馈送/泵浦线由超导材料或损耗极低的普通金属(例如铜、银、金等)制成。混合耦合器可由超导材料制成。超导材料的示例(在低温下，例如约10-100毫开尔文(mK)或约4K)包括铌、铝、钽等。例如，约瑟夫森结由超导材料制成，并且它们的隧道结可以由薄的隧道势垒如氧化物制成。电容器可由被低损耗介电材料隔开的超导材料制成。连接各种元件的传输线(即电线)由超导材料或损耗极低的普通金属制成，例如铜、银、金等。
图7描绘了根据本发明的实施例的配置路由器100的方法的流程图700。在框702，提供一个或多个量子位信号分配器108(示出了一个量子位信号分配器108，但是可以存在多个量子位信号分配器108)和一个或多个读出信号分配器110(示出了一个读出信号分配器110，但是可以存在多个提供了读出信号分配器110)。在框704，双工器112_1至112_M被配置为连接到(一个或多个)量子位信号分配器108和(一个或多个)读出信号分配器110，如图1所示。
量子位信号分配器108被配置为连接到量子位输入线104。读出信号分配器110被配置为连接至读出输入线106。
双工器112_1至112_M被配置为将量子位信号分配器108和读出信号分配器110连接到量子处理器150。与没有量子位信号和读出信号分配器的量子处理器连接相比，量子位信号分配器108和读出信号分配器110需要更少的量子位输入和读出输入线104、106。
如图3所示，宽带双工器304被配置为连接到量子位信号分配器108和读出信号分配器110的输入侧。宽带双工器304被配置为连接到组合的量子位输入和读出输入线107。
图8描绘了根据本发明的实施例的配置路由器100的方法的流程图800。在框802，提供一个或多个量子位信号分配器108(示出了一个量子位信号分配器108，但是可以存在多个量子位信号分配器108)和一个或多个读出信号分配器110(示出了一个读出信号分配器110，但是可以存在多个提供了读出信号分配器110)。在框804，将量子位信号分配器108和读出信号分配器110配置为可分别连接到量子处理器，如图2所示。
量子位信号分配器108被配置为连接到量子位输入线104，并且读出信号分配器110被配置为连接至读出输入线106。与连接到没有量子位信号分配器和读出信号分配器的量子处理器150相比，量子位信号分配器108和读出信号分配器110需要较少的量子位输入和读出输入线。
宽带双工器304连接到量子位信号分配器108和读出信号分配器110的输入侧。宽带双工器配置成连接到量子位输入和读出输入线302的组合，以接收两个量子位输入信号(需要驱动量子处理器150中的量子位)和读出输入信号(需要驱动量子处理器150中的读出谐振器)。
图9是根据本发明的实施例的用于路由器100的方法的流程图900。在框902，由量子位信号分配器108接收量子位信号。在框904，由读出信号分配器110接收读出信号。在框906，由量子位信号分配器108和读出信号分配器110分配量子位信号和读出信号给量子处理器150。
将量子位信号和读出信号分配给量子处理器150包括：将量子位信号分配器108和读出信号分配器110两者中的量子位信号和读出信号分配给双工器112_1至112_M，使得双工器112提供量子位信号和读出信号到量子处理器。宽带双工器304接收的量子位信号和读出信号的组合，以使得宽带双工器304将量子位信号分配给量子位信号分配器108，并且将读出信号分配给读出信号分配器110。
在此参考相关附图描述了本发明的各种实施例。在不脱离本发明范围的情况下，可以设计出替代实施例。尽管在以下描述和附图中在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，在上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，本文所述的许多位置关系是取向-即使更改了方向，在保持所描述的功能时也可以独立使用。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，并且本发明并不意图在这方面进行限制。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，在本说明书中提及在层“B”上形成层“A”包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”和层之间的情况。只要中间层基本不改变层“A”和层“B”的相关特征和功能，就可以使用“B”。
以下定义和缩写将用于权利要求书和说明书的解释。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他包容。例如，包括一系列元素的组合物、混合物、过程、方法、物品或设备不一定仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出或此类组合物、混合物、过程、方法、物品或设备所固有的其他元素。
另外，术语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括。大于或等于2任何整数，即两个，三个，四个，五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
在说明书中对“一个实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以或可以不包括特定的特征、结构或特征。而且，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合其他实施例影响该特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内，不论这些实施例是否明确描述。
为了下文描述的目的，术语“上部”、“下部”、“右侧”、“左侧”，“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词应与以附图为导向的描述的结构和方法关联。术语“覆盖”、“顶部”、“在顶部”、“位于...之上”或“位于顶部”是指第一元件(例如第一结构)存在于第二元件(例如第二结构)上，其中在第一元件和第二元件之间可以存在诸如界面结构的中间元件。术语“直接接触”是指第一元件(例如第一结构)和第二元件(例如第二结构)在两个元件的界面处没有任何中间导电、绝缘或半导体层的情况下被连接。
短语“对……有选择性”，例如“对第二元素有选择性的第一元素”，是指第一元素可以被蚀刻，第二元素可以用作蚀刻停止层。
术语“约”、大约”、“基本上”及其变体意在包括与基于可用在提交申请时的设备的特定数量的测量相关的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％，或2％的范围。
如前所述，为简洁起见，本文中可能会或可能不会详细描述与超导器件和集成电路(IC)制造相关的常规技术。然而，通过背景技术，现在将提供可用于实现本发明的一个或多个实施例的超导器件制造工艺的更一般的描述。尽管可以单独知道用于实现本发明的一个或多个实施例的特定制造操作，但是所描述的本发明的操作和/或所得结构的组合是独特的。因此，结合根据本发明的半导体或超导器件的制造所描述的操作的独特组合利用了在电介质(例如，硅)衬底上的超导上执行的各种单独已知的物理和化学过程。紧接在以下各段中对此进行了描述。
通常，用于形成将被封装到IC中的微芯片的各种工艺属于一般类别，包括膜沉积、去除/蚀刻和图案形成/光刻。沉积是将材料生长，涂覆或以其他方式转移到晶片上的任何过程。可用的技术包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延(MBE)以及最近的原子层沉积(ALD)等。去除/蚀刻是从晶片去除材料的任何过程。示例包括蚀刻工艺(湿法或干法)和化学机械平面化(CMP)等。导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)的膜都用于连接和隔离组件。光刻是在半导体衬底上形成三维浮雕图像或图案，以便随后将图案转移到衬底上。在光刻中，图案是由称为光致抗蚀剂的感光聚合物形成的。为了建立电路的复杂结构，光刻和蚀刻图案转移步骤被重复多次。印刷在晶片上的每个图案都与先前形成的图案对齐，然后慢慢地将导体，绝缘体和其他区域组装起来，以形成最终的器件。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各个实施例的制造和/或操作方法的可能的实施方式。该方法的各种功能/操作在流程图中由框表示。在一些替代实施方式中，方框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，连续示出的两个方框实际上可以基本上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
本发明的各种实施例的描述是为了说明的目的，但并不意在穷举或限制于本文描述的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释实施例的原理，实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域其他技术人员能够理解本文所述的实施例。
Claims (25)
1.一种路由器，包括：
量子位信号分配器；
读出信号分配器；和
双工器通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器。
2.根据权利要求1的所述的路由器，其中，量子位信号分配器被配置为通信地耦合至量子位输入线。
3.根据前述权利要求中任一项的所述的路由器，其中，读出信号分配器被配置为通信地耦合至读出输入线。
4.根据前述权利要求中任一项的所述的路由器，其中，双工器被配置为将量子位信号分配器和读出信号分配器通信地耦合至量子处理器。
5.根据前述权利要求中任一项的所述的路由器，其中与不使用量子位信号和读出信号分配器相比，量子位信号分配器和读出信号分配器需要通信地耦合到量子处理器的量子位输入和读出输入线更少。
6.根据前述权利要求中任一项的所述的路由器，还包括：宽带双工器，通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器的输入侧。
7.根据权利要求6所述的路由器，其中，宽带双工器被配置为通信地耦合至组合的量子位输入和读出输入线。
8.一种配置路由器的方法，该方法包括：
提供量子位信号分配器和读出信号分配器；和
配置双工器以通信方式耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，量子位信号分配器被配置为通信地耦合至量子位输入线。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，读出信号分配器被配置为通信地耦合至读出输入线。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其中，双工器被配置为将量子位信号分配器和读出信号分配器通信地耦合至量子处理器。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，与通信耦合到没有量子位信号和读出信号分配器的量子处理器相比，量子位信号分配器和读出信号分配器需要更少的量子位输入和读出输入线。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其中，宽带双工器被配置为通信地耦合至量子位信号分配器和读出信号分配器的输入侧。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，宽带双工器被配置为连接到组合的量子位输入和读出输入线。
15.一种路由器，包括：
量子位信号分配器；和
读出信号分配器，其中量子位信号分配器和读出信号分配器分别通信耦合到相应的量子处理器。
16.根据权利要求15所述的路由器，其中：
量子位信号分配器被配置为可通信地耦合至量子位输入线；和
读出信号分配器被配置为通信地耦合到读出输入线。
17.根据权利要求15或16所述的路由器，其中，与不使用量子位信号和读出信号分配器相比，量子位信号分配器和读出信号分配器需要通信地耦合到量子处理器的量子位输入和读出输入线更少。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的路由器，还包括：宽带双工器，通信耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器的输入侧，其中，宽带双工器被配置成通信地耦合到组合量子位的输入和读出输入线。
19.一种配置路由器的方法，所述方法包括：
提供量子位信号分配器和读出信号分配器；和
将量子位信号分配器和读出信号分配器配置为可分别连接到各个量子处理器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
量子位信号分配器被配置为可通信地耦合至量子位输入线；和
读出信号分配器被配置为通信地耦合到读出输入线。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，与不使用量子位信号和读出信号分配器相比，量子位信号分配器和读出信号分配器需要通信耦合到量子处理器的量子位输入和读出输入线更少。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中：
宽带双工器通信地耦合到量子位信号分配器和读出信号分配器的输入侧；和
宽带双工器配置为可通信地耦合至组合的量子位输入和读出输入线。
23.一种用于路由器的方法，该方法包括：
通过量子位信号分配器接收量子位信号；
通过读出信号分配器接收读出信号；和
将量子位信号和读出信号分配给量子处理器。
24.根据权利要求23所述的方法，其中将量子位信号和读出信号分配给量子处理器包括：将来自量子位信号分配器和读出信号分配器的量子位信号和读出信号分配给双工器，使得双工器将量子位信号和读出信号提供给量子处理器。
25.根据权利要求23或24所述的方法，还包括：通过宽带双工器接收量子位信号和读出信号的组合，以使得宽带双工器将量子位信号分配给量子位信号分配器，并且将读出信号分配给读出信号分配器。
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