CN111373659A - 使用具有非重叠带宽的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器的频率复用的微波信号的选择性隔离 - Google Patents

使用具有非重叠带宽的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器的频率复用的微波信号的选择性隔离 Download PDF

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Abstract

级联的选择性微波隔离器包括约瑟夫逊器件(110)的集合，该集合中的每个约瑟夫逊器件(110)具有微波频率的相应操作带宽。不同的操作带宽具有不同的相应中心频率。串联耦合形成在来自该集合的第一约瑟夫逊器件(110)与来自该集合的第n约瑟夫逊器件之间。串联耦合使得第一约瑟夫逊器件在通过该串联耦合的第一信号流方向上隔离来自频率复用的微波信号的第一频率的信号，并且使得第n约瑟夫逊器件在通过串联的第二信号流方向上隔离第n频率的信号，其中第二信号流方向与第一信号流方向相反。

Description

使用具有非重叠带宽的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器的频 率复用的微波信号的选择性隔离
技术领域
本发明总体上涉及对于在量子计算中可与超导量子比特一起使用的频率复用的微波光隔离器的器件、制造方法和制造系统。更具体地说，本发明涉及一种用于使用非重叠带宽中的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器来选择性隔离频率复用的微波信号的器件、方法和系统，其中该隔离器基于非简并三波混频约瑟夫逊器件。
背景技术
在下文中，短语单词中的“Q”前缀表示该单词或短语在量子计算上下文中的引用，除非在使用时明确区分。
分子和亚原子粒子遵循量子力学定律，量子力学是物理学的一个分支，探索物理世界如何在最基本的层面上工作。在这个层面上，粒子以奇怪的方式运行，同时呈现出一种以上的状态，并与非常遥远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。
我们今天使用的计算机被称为经典计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点或“CN”)。传统计算机使用通过使用半导体材料和技术制造传统的处理器，半导体存储器，以及磁性或固态存储设备，这就是众所周知的冯诺依曼体系结构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。
量子处理器(q-处理器，quantum processor)利用纠缠的量子比特器件(在这里简称为“量子比特”，复数“多个量子比特”)的奇特性质来执行计算任务。在量子力学运作的特定领域，物质粒子可以以多种状态存在——诸如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算仅限于使用开和关状态(相当于二进制代码中的1和0)的情况下，量子处理器利用物质的这些量子状态来输出可用于数据计算的信号。
传统计算机用比特来编码信息。每个比特可以取值1或0。这些1和0充当最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机是基于量子比特的，量子比特根据量子物理学的两个关键原理运作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子比特可以同时代表1和0。纠缠意味着处于叠加的量子比特可以以非经典的方式相互关联；也就是说，一个量子比特的状态(无论是1还是0或者两者都是)取决于另一个量子比特的状态，并且当两个量子比特纠缠在一起时，可以确定的信息比单独处理它们时要多。
利用这两个原理，量子比特作为更复杂的信息处理器运行，使量子计算机能够以某种方式运行，从而允许它们解决传统计算机难以解决的难题。IBM已经成功地构建并演示了使用超导量子比特的量子处理器的可操作性。(IBM是在美国和其他国家的国际商用机器公司的注册商标。)
超导量子比特包括约瑟夫逊结。约瑟夫逊结是通过用非超导材料隔离两个薄膜超导金属层而形成的。当超导层中的金属被变成超导时，例如通过将金属的温度降低到特定的低温温度，电子对可以从一个超导层通过非超导层隧穿到另一超导层。在量子比特中，约瑟夫逊结(其用作分散非线性电感器)与形成非线性微波振荡器的一个或多个电容性器件并联电耦合。振荡器具有由量子比特电路中的电感和电容的值确定的谐振/跃迁频率。对术语“量子比特”的任何引用是对采用约瑟夫逊结的超导量子比特电路的引用，除非在使用时明确地进行区分。
由量子比特处理的信息以微波频率范围内的微波信号/光子的形式被携带或传输。捕获、处理和分析微波信号，以便解密在其中编码的量子信息。读出电路是与量子比特耦合的电路，用于捕获、读取和测量量子比特的量子态。读出电路的输出是可由q处理器使用以执行计算的信息。
超导量子比特具有两个量子态–|0>和|1>。这两个状态可以是原子的两个能态，例如，超导人工原子(超导量子比特)的基态((|g>)和第一激发态(|e>)。其它示例包括核或电子自旋的自旋向上(spin-up)和自旋向下(spin-down)、晶体缺陷的两个位置和量子点的两个状态。由于系统具有量子性质，因此两个状态的任何组合都是允许的和有效的。
为了使用量子比特的量子计算是可靠的，例如量子比特本身、与量子比特相关联的读出电路、以及量子处理器的其它部分，必须不以任何显著的方式改变量子比特的能态，诸如通过注入或耗散能量，或者影响量子比特的|0>与|1>状态之间的相对相位。在利用量子信息操作的任何电路上的这种操作约束需要在制造在这样的电路中使用的半导体和超导结构时的特殊考虑。
微波隔离器是一种允许微波光波在一个方向上通过它而没有明显的幅度衰减(传播)，并且当试图在相反方向上通过它时禁止或显著衰减微波光波的器件。这里提到的“隔离器”是指微波隔离器。换句话说，隔离器作为微波光的定向门操作，这意味着该器件的响应取决于微波光通过该器件传播的方向。隔离器在量子计算中用于引导微波信号以特定的流方向进出量子处理器。
基于非简并三波混频约瑟夫逊器件的多路干涉约瑟夫逊隔离器在下文中简洁且可互换地称为多路干涉约瑟夫逊隔离器(Multi-Path Interferometric Josephsonisolator，MPIJIS)。MPIJIS器件可以作为超导量子电路中的微波隔离器实施。通过消除驱动该器件的两个泵浦音之间的相位差，可以在原位反转MPIJIS中的隔离方向。
通过以频率转换(无光子增益)模式操作超导非简并三波混频器件，该混频器件可用作MPIJIS的一部分。非简并三波混频器可以是约瑟夫逊参量转换器(Josephsonparametric converter，JPC)。
超导非简并三波混频器具有3个端口，即信号端口(S)，通过其可以输入频率为fs的微波信号，空闲端口(I)，通过其可以输入频率为fI的空闲微波信号，以及泵浦端口(P)，通过其可以输入频率为fp和相位为
Figure BDA0002500074150000032
的微波信号。在一个配置(不失一般性)中，当相对于彼此比较fp、fs和fI时，fI是高频，fp是低频，fs是中频(即，fI>fs>fp)。超导非简并三波混频器的特征在于非简并，因为它具有两种模式，即S和I，它们在空间和频谱上都不同。
从空闲端口到信号端口，空闲微波信号以频率f2进入空闲端口，被下变频，并以频率f1离开信号端口。从信号端口到空闲端口，信号微波信号以频率f1进入信号端口，被上变频，并以频率f2离开空闲端口。泵浦微波信号为上变频和下变频提供能量。泵浦频率为fP，其中fP＝fI-fS＝f2-f1。
在谐振时，非简并三波混频器(例如JPC)当在无噪声频率转换下操作时满足以下散射矩阵：
Figure BDA0002500074150000031
非简并三波混频器在50:50的分束器工作点下操作，其中：
Figure BDA0002500074150000041
这种模式取决于泵浦振幅，为了使这种模式变得可操作，必须适当地设置泵浦振幅。根据本文描述的实施例，将利用泵浦
Figure BDA0002500074150000042
的相位(其对于进入两个不同的非简并三波混频器的两个泵浦信号，稍后被表示为
Figure BDA0002500074150000043
和
Figure BDA0002500074150000044
)。相位
Figure BDA0002500074150000045
被加到从端口S传播到端口I的信号上，相位
Figure BDA0002500074150000046
被从从端口I传播到端口S的信号中减去。
根据说明性实施例，非简并三波混频器的两个适当表现形式被用作MPIJIS中的一个组件，其中每个表现形式以50:50的分束模式操作。JPC就是这样一种非限制性的表现形式。
在量子电路中，微波信号可以包括多于一个频率。通常，微波信号跨过一个频带。MPIJIS通常在围绕中心频率的相对窄的频带中操作，MPIJIS针对该频带进行调谐。说明性实施例认识到需要一种新的隔离器设计，其能够隔离所有或一些具有不同的信号的频率、即使信号的频率位于单个MPIJIS的操作频带之外的微波信号。
发明内容
说明性实施例提供了一种超导器件及其制造方法和系统。实施例的超导器件形成级联的选择性微波隔离器(级联)，其包括：约瑟夫逊器件的集合，该集合中的每个约瑟夫逊器件具有微波频率的相应操作带宽，其中不同的操作带宽具有不同的相应中心频率；以及在来自该集合的第一约瑟夫逊器件与来自该集合的第n约瑟夫逊器件之间的串联耦合，其中该串联耦合使得第一约瑟夫逊器件在通过该串联耦合的第一信号流方向上隔离来自频率复用的微波信号(复用的信号)的第一频率的信号，并且使得该第n约瑟夫逊器件在通过该串联的第二信号流方向上隔离第n频率的信号，其中该第二信号流方向与该第一信号流方向相反。
在另一个实施例中，该级联还包括来自该集合的、该串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在第一约瑟夫逊器件与第n约瑟夫逊器件之间的串联耦合中，并且其中第(n-1)约瑟夫逊器件在第一信号流方向上隔离来自复用的信号的第(n-1)频率的信号。
在另一个实施例中，该级联还包括来自该集合的、该串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在第一约瑟夫逊器件与第n约瑟夫逊器件之间的串联耦合中，并且其中第(n-1)约瑟夫逊器件在第二信号流方向上隔离来自复用的信号的第(n-1)频率的信号。
在另一个实施例中，该串联耦合使得第一约瑟夫逊器件在通过该串联耦合的第一信号流方向上传播来自复用的信号的第n频率的信号，并且使得第n约瑟夫逊器件在通过该串联的第二信号流方向上传播第一频率的信号。
在另一个实施例中，该串联耦合使得第一约瑟夫逊器件在通过该串联耦合的第一信号流方向上、从复用的信号中传播除了第一频率的信号之外的进入第一约瑟夫逊的所有频率的信号，并且其中该串联耦合使得第n约瑟夫逊器件在通过该串联耦合的第二信号流方向上、从复用的信号中传播除了第n频率的信号之外的进入第n约瑟夫逊的所有频率的信号。
在另一个实施例中，对应于第一约瑟夫逊器件的微波频率的第一操作带宽对于至少一些频率与对应于第n约瑟夫逊器件的微波频率的第n操作带宽不重叠。
在另一个实施例中，该级联的总隔离带宽包括第一操作带宽和第n操作带宽。
在另一个实施例中，该级联还包括该约瑟夫逊器件的集合中的第一约瑟夫逊器件是MPIJIS，该第一约瑟夫逊器件包括：第一非简并微波混频器器件(第一混频器)；第二非简并微波混频器器件(第二混频器)；第一输入/输出(I/O)端口，其耦合到第一混频器的输入端口和第二混频器的输入端口；以及第二I/O端口，其耦合到第一混频器的输入端口和第二混频器的输入端口，其中在第一I/O端口与第二I/O端口之间传送的第一频率的信号当在通过第一混频器和第二混频器的、第一I/O端口与第二I/O端口之间的第一方向上传播时被透射，并且当在通过第一混频器和第二混频器的、第二I/O端口与第一I/O端口之间的第二方向上传播时被阻挡，并且其中第一频率在第一约瑟夫逊器件的第一操作带宽中。
在另一个实施例中，该级联还包括：第一微波泵浦，其以第一泵浦频率和第一泵浦相位将第一微波驱动注入到第一混频器中，其中第一微波泵浦被配置成使得第一混频器在50:50分束工作点处操作；以及第二微波泵浦，其以该泵浦频率和第二泵浦相位将第二微波驱动注入到第二混频器中，其中第二微波泵浦被配置为使得第二混频器在50:50分束工作点处操作，并且其中第一泵浦相位和第二泵浦相位之间的相位差确定隔离方向。
在另一个实施例中，第一混频器和第二混频器各自为非简并三波混频器。
在另一个实施例中，第一混频器和第二混频器各自为约瑟夫逊参量转换器(JPC)，并且其中第一混频器和第二混频器名义上相同。
实施例包括用于制造超导器件的制造方法。
实施例包括用于制造超导器件的制造系统。
附图说明
在所附权利要求中阐述了被认为是本发明的特性的新颖特征。然而，通过参考以下结合附图对说明性实施例的详细描述，将最好地理解本发明本身及其优选使用模式、进一步的目的和优点，其中：
图1描绘了根据说明性实施例的可在级联中使用的MPIJIS的示例配置的框图；
图2描绘了根据说明性实施例的可在级联中使用的MPIJIS的另一替代配置；
图3描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例配置和非隔离操作的框图；
图4描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例隔离操作的框图；
图5描绘了根据说明性实施例的使用具有非重叠带宽的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器来传播或隔离频率复用的微波输入内的频率的所有信号的示例过程的流程图；
图6描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例配置和选择性隔离操作的框图；
图7描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例选择性传播操作的框图；
图8描绘了根据说明性实施例的使用具有非重叠带宽的级联的多径干涉约瑟夫逊隔离器来传播或隔离频率复用的微波信号中的一些而非所有频率的信号的示例过程的流程图。
具体实施方式
用于描述本发明的说明性实施例一般地处理和解决了上述隔离一些或所有频率复用的微波信号的需要。说明性实施例提供了一种隔离器器件，包括具有非重叠带宽的级联的多路干涉约瑟夫逊隔离器，其中该隔离器基于非简并三波混频约瑟夫逊器件。这种级联的隔离器器件在此被简称为级联的MPIJIS。
本文描述的关于频率或多个频率发生的操作应当被解释为关于该频率或多个频率的信号发生。除非在使用时明确区分，否则所有对“信号”的提及均是对微波信号的提及。
术语“频率复用的信号”是指包括各种频率的多个信号的复合信号，因此与术语“多个频率复用的信号”没有不同，频率复用的信号是指各种频率复用在一起的信号。因此，这两个术语可互换地使用，以表示被复用或一起呈现给器件或在操作中的不同频率的多于一个的信号。
实施例提供了级联的MPIJIS的配置。另一个实施例提供一种级联的MPIJIS的制造方法，使得该方法可以作为软件应用来实现。实现制造方法实施例的应用可以被配置为与现有的半导体制造系统(诸如光刻系统)结合操作。
为了描述的清楚，并且不暗示对其的任何限制，使用一些示例配置来描述说明性实施例。根据本公开，本领域的普通技术人员将能够构思出用于实现所描述的目的的所描述的配置的许多改变、改编和修改，并且同样被认为在说明性实施例的范围内。
此外，在附图和说明性实施例中使用了示例混频器、混合器和其他电路组件的简图。在实际制造或电路中，在不脱离说明性实施例的范围的情况下，可以存在在本文未示出或描述的附加结构或组件，或者不同于本文示出但用于描述目的的结构或组件。
此外，说明性实施例仅作为示例针对具体的实际或假设组件进行描述。由各种说明性实施例描述的步骤可适用于使用各种组件来制造电路，这些组件可被用于或重新用于在级联的MPIJIS内提供所描述的功能，并且这种适用被认为在说明性实施例的范围内。
说明性实施例仅作为示例针对某些类型的材料、电特性、步骤、数量、频率、电路、组件和应用来描述。这些和其他类似人工制品的任何具体表现形式都不旨在限制本发明。可以在说明性实施例的范围内选择这些和其它类似人工制品的任何适当表现。
本公开中的示例仅用于描述的清晰性，并不限于说明性实施例。本文列出的任何优点仅是示例，并不旨在限制说明性实施例。通过特定的说明性实施例可以实现附加的或不同的优点。此外，特定的说明性实施例可以具有上面列出的一些、全部或没有优点。
参考图1，该图描绘了根据说明性实施例的可在级联中使用的MPIJIS的示例配置的框图。MPIJIS配置100包括一对102非简并三波混频器102A和非简并三波混频器102B。非简并三波混频器102A和非简并三波混频器102B中的每一个都在分束器工作点处操作。
非简并三波混频器102A配置有物理端口a1(对应于信号端口S)、b1(对应于信号端口I)、p1(对应于信号端口P)和b1’(对应于信号端口I)。根据表达式108，泵浦频率(fP)是空闲频率(f2)和输入信号频率(f1)之间的差。物理端口b1’使用冷端接器端接。例如，端口b1’的冷端接可以是50欧姆端接。
非简并三波混频器102B以类似方式配置有物理端口a2、b2、p2和b2’、泵浦频率(fP)以及冷端接器。混频器102A的端口b1和混频器102B的端口b2使用传输线103耦合在一起。
90度混合器104的端口1和2分别形成MPIJIS 100的端口1和2，如本文所述。非简并三波混频器102A的端口a1与混合器104的端口3耦合。非简并三波混频器102B的端口a1与混合器104的端口4耦合。
非简并三波混频器102A和102B的这种配置100以及使用所描述的组件的其它可能类似目的的配置被简洁地表示为符号110。例如，图2描绘了使用所描述的组件的另一可能的类似目的的配置。符号110的块内的圆形箭头表示符号110中的信号从端口1到端口2的非隔离(传播)方向。换句话说，MPIJIS 110隔离信号从端口2到端口1，但是将信号从端口1传递到端口2。
这种MPIJIS器件的串联连接不是直观的。在电气或电子元件的正常串联耦合中，串联的参数(例如，串联的带宽)受串联链中的参数的最弱/最小/最低值限制。整个串联的元件以该最弱/最小/最低值操作。相反，MPIJIS器件的级联，由于其中使用的MPIJIS器件的特殊性质，带外信号(不在器件的带宽中的频率的信号)不被作用并且被允许简单地通过，并且每个器件仅作用于(隔离)位于其自身带宽中的信号的那部分，因此在带宽中提供非直观的附加跨度。
参考图2，该图描绘了根据说明性实施例的可在级联中使用的MPIJIS的另一替代配置。混合器204是90度混合器，并且以基本上如图1中混合器104配置有非简并三波混频器102A和102B的方式配置有无混合的JPC 202A和无混合的JPC 202B。配置200使用单个泵浦驱动器与混合器206结合以向无混合的JPC 202A和无混合的JPC 202B提供泵浦输入。配置200也由符号110表示。
图3-图5描述了级联的配置及其操作方式，以传播或隔离具有不同频率的所有频率复用的微波信号。图6-图8描述了不同的级联的配置及其操作方式，以选择性地传播或隔离一些但不是所有频率复用的微波信号。
参考图3，该图描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例配置和非隔离操作的框图。这种级联的配置传播具有不同频率的所有频率复用的微波信号。MPIJIS器件3021,3022…302N中的每一个是根据符号110的MPIJIS。MPIJIS器件3021-302N表示在配置300中级联的N个MPIJIS器件(N＞1)。
MPIJIS器件的级联是MPIJIS器件的串联连接，由此第一MPIJIS(3021)的端口1耦合到用于接收微波信号输入的外部电路(假设级联300在非隔离方向上操作，如圆形箭头所示)；第一MPIJIS(3021)的端口2耦合到下一MPIJIS(3022)的端口1；下一MPIJIS(3022)的端口2耦合到下一MPIJIS的端口1，依此类推，直到第N-1MPIJIS的端口2耦合到最后MPIJIS(302N)的端口1，并且最后MPIJIS(302N)的端口2耦合到级联300向其提供微波信号输出的外部电路。
每个MPIJIS 3021-302N被配置在级联300中，使得每个MPIJIS 3021-302N在相同方向(它们各自符号中的圆形箭头的方向，这些圆形箭头都面向相同方向)上传递输入信号，并且在相同的相反方向(与它们各自符号中的圆形箭头的方向相反)上隔离。
此外，级联300中的每个MPIJIS 3021-302N在基本非重叠的频带中操作。例如，MPIJIS 3021在中心频率为f1的窄带宽(BW1)中操作，即，一半的BW1低于f1并且包括f1，一半的BW1高于f1。因此，BW1为[f1-BW1/2到f1+BW1/2]。类似地，MPIJIS 3022具有中心频率f2，BW2为[f2-BW2/2到f2+BW2/2]。并且以类似的方式限定该集合中的MPIJIS器件，直到MPIJIS 302N具有中心频率fN，以及[fN-BWN/2到fN+BWN/2]的BWN。BW1…BWN不重叠，或重叠微不足道的量。
级联的配置300中的MPIJIS仅对其被调谐的频率带宽中的信号进行操作。换句话说，MPIJIS将隔离(在从端口2到端口1的方向上流动的)那些落入其操作带宽内的频率的信号。MPIJIS将以基本无损耗的方式在两个方向上传递该MPIJIS的操作带宽之外的频率的信号。
例如，如果从MPIJIS 3022的端口2到MPIJIS 3022的端口1流动，则MPIJIS 3022将仅隔离BW2中的频率的信号(基本上防止信号通过MPIJIS 3022)，但是将允许BW1、BW3、BW4、…、BWN中的频率的信号在隔离方向以基本上无损耗的方式通过。MPIJIS 3022将允许不仅在BW2中而且也在BW1、BW3、BW4…、BWN中的频率的信号以基本上无损耗的方式在非隔离方向上通过。配置300中的每个MPIJIS 3021-302N以类似的方式相对于其相应操作带宽和其操作带宽之外的频率进行操作。
在配置300中，MPIJIS 3021允许频率f1的信号在非隔离方向上通过，因为MPIJIS3021传递BW1中的频率的信号而f1在BW1中。MPIJIS 3021允许频率f2…fN通过，因为这些频率在BW1之外。类似地，MPIJIS 3022允许频率f2的信号在非隔离方向通过，因为MPIJIS 3022传递BW2中的频率的信号而f2在BW2中。MPIJIS 3022允许频率f1、fi…fN的信号通过，因为这些频率在BW2之外。MPIJIS 302N允许频率fN的信号在非隔离方向上通过，因为MPIJIS 302N传递BWN中的频率的信号，而fN在BWN中。MPIJIS 302N允许频率f1…fN-1的信号通过，因为这些频率在BWN之外。因此，如该图所描绘的，复用频率f1、f2、…fN的信号的输入信号在参与的MPIJIS器件3021…302N的非隔离方向上以基本上无损耗的方式(零衰减或可忽略衰减)通过级联300。
配置300被简洁地表示为级联的MPIJIS 302。因此级联的MPIJIS 302可以操作的有效带宽是，
BW＝{[f1-BW1/2到f1+BW1/2]，[f2-BW2/2到f2+BW2/2]，…[fN-BWN/2到fN+BWN/2]}
级联的MPIJIS 302的通过带宽BW大于配置300中的任何单个MPIJIS的通过带宽。因此，级联的MPIJIS 302可以在比单个MPIJIS的操作带宽更宽的带宽上操作。级联的MPIJIS 302的非隔离操作示出了频率f1、f2…fN的复用的信号从级联的MPIJIS 302的端口1(级联中第一MPIJIS的端口1)通过到级联的MPIJIS 302的端口2(级联中最后MPIJIS的端口2)。
参考图4，该图描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例隔离操作的框图。这种级联的配置隔离在任何级联的MPIJIS器件的带宽内的所有频率复用的微波信号。级联300、MPIJIS器件3021,3022…302N和级联的MPIJIS 302与图3中的相同。频率f1在MPIJIS3021的BW1中，f2在MPIJIS 3022的BW2中…fN在MPIJIS 302N的BWN中。
在该图的隔离操作中，频率f1、f2、…fN的信号在级联300的端口2输入，即，在级联300中的最后MPIJIS(302N)的端口2输入。在级联300中，MPIJIS 302N阻挡频率fN的信号，允许带宽BWN之外的频率fN-1…f1的信号在隔离方向上通过，因为MPIJIS 302N仅阻挡BWN中的信号频率，而fN在BWN中。以这种方式操作，MPIJIS 302N已经有效地从复用的输入微波信号中滤除频率fN的信号。同样地，第N-1MPIJIS阻挡频率fN-1的信号，允许带宽BWN-1之外的频率fN-2…f1的信号在隔离方向上通过。MPIJIS 302N已经滤除频率fN的信号，现在第N-1MPIJIS已经滤除fN-1的信号。
以这种方式操作，每个MPIJIS滤除或阻挡在该MPIJIS带宽内的频率的信号。因此，MPIJIS 3022有效地从复用的输入微波信号中滤除频率f2的信号，MPIJIS 3021有效地从复用的输入微波信号中滤除频率f1的信号，使得频率f1…fN的复用的输入信号中没有信号到达级联300的端口1。因此，如该图所描绘的，频率f1,f2…fN的频率复用的输入信号基本上由级联300在参与的MPIJIS器件3021,3022…302N的隔离方向上隔离(完全隔离或具有可忽略的通过的隔离)。
根据配置300的级联的MPIJIS 302具有级联的MPIJIS 302可以隔离的有效带宽，为BW＝{[f1-BW1/2到f1+BW1/2]，[f2-BW2/2到f2+BW2/2]，…[fN-BWN/2到fN+BWN/2]}
同样，级联的MPIJIS 302的隔离带宽BW大于配置300中的任何单个MPIJIS的隔离带宽。因此，级联的MPIJIS 302可操作用于隔离跨过比单个MPIJIS的操作带宽更宽的带宽的频率复用的信号。级联的MPIJIS 302的隔离操作示出了从级联的MPIJIS 302的端口2(级联中最后MPIJIS的端口2)到级联的MPIJIS 302的端口1(级联中第一MPIJIS的端口1)隔离的频率f1、f2…fN的频率复用的信号。
参考图5，该图描绘了根据说明性实施例的使用具有非重叠带宽的级联的多径干涉约瑟夫逊隔离器来传播或隔离频率复用的微波输入内的频率的所有信号的示例过程的流程图。过程500可以使用级联的MPIJIS 302来实现，以用于图3和图4中描述的操作。
约瑟夫逊器件的集合中的每个约瑟夫逊器件被配置为MPIJIS(框502)。通过将一个MPIJIS器件与另一个MPIJIS器件在串联连接中连接，从而将MPIJIS器件级联连接(框504)。串联连接中的MPIJIS器件被配置成使得串联中的所有MPIJIS器件在级联中的信号流的相反方向上隔离其各自频率的微波信号。通过以这种方式串联地添加来自该集合的所有MPIJIS器件来构建级联(框506)。
级联操作以传递(如图3中)或隔离(如图4中)输入微波信号，其中该信号处于与串联中的任何MPIJIS器件的带宽相对应的频率(框508)。
图6-图8现在描述了不同的级联的配置和操作该级联的配置的方式，以选择性地传播或隔离频率复用的微波信号中的一些但不是全部的信号。
参考图6，该图描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例配置和选择性隔离操作的框图。这种级联的配置仅隔离频率复用的微波信号中的某些频率的信号。MPIJIS器件6021,6022…602N中的每一个是根据符号110的MPIJIS。MPIJIS器件6021-602N表示在配置600中级联的N个MPIJIS器件(N＞1)。
MPIJIS器件的级联是MPIJIS器件的串联连接，由此串联中的MPIJIS可以被连接，使得通过MPIJIS的非隔离(传播)方向与通过串联的信号流方向匹配，或者使得通过MPIJIS的隔离(阻挡)方向与通过串联的信号流方向匹配。例如，通过将第一MPIJIS(6021)的端口1耦合到用于接收频率复用的微波信号输入的外部电路来形成非限制性示例级联600，在这种情况下，通过MPIJIS 6021的传播方向与图6中的信号流方向匹配。第一MPIJIS(6021)的端口2耦合到下一MPIJIS(6022)的端口2，在这种情况下，通过MPIJIS 6022的隔离方向与图6中的信号流方向匹配。MPIJIS 6022的端口1耦合到下一MPIJIS的端口1，在这种情况下，通过下一MPIJIS的传播方向与图6中的信号流方向匹配；依此类推，直到第N-1MPIJIS的端口2耦合到最后MPIJIS(602N)的端口1，并且最后MPIJIS(602N)的端口2耦合到级联600向其提供微波信号输出的外部电路。
不意味着任何限制，并且仅为了描述的清楚，示例配置600被描绘为仅具有一个反向连接的MPIJIS(6022)(该MPIJIS的传播方向与通过级联的信号流方向相反)。任何数量的MPIJIS器件可以以它们各自的传播方向与信号流方向对齐的方式串联耦合，并且任何数量的MPIJIS器件可以以它们各自的传播方向与信号流方向相反的方式串联耦合，以构建选择性地过滤某些频率的信号的级联。以这种方式构建的级联滤除(阻挡或隔离)其频率对应于其传播方向与信号流方向相反的MPIJIS器件的那些信号，并且以这种方式构建的级联传递(传播)其频率对应于其传播方向与信号流方向对齐的那些MPIJIS器件的那些信号。
因此，根据必须传播哪组频率复用的微波信号，在级联600中配置具有与这些频率相对应的频带的一个或多个MPIJIS 6021-602N，使得一些MPIJIS 6021-602N在信号流方向(它们各自符号中的圆形箭头的方向，这些圆形箭头都与信号流方向面向相同的方向)上传递输入信号中的这些频率的信号。并且根据必须隔离哪组频率复用的微波信号，在级联600中配置具有与这些频率相对应的频带的一个或多个MPIJIS 6021-602N，使得这些MPIJIS在信号流方向上隔离(在它们各自符号中的圆形箭头的方向与信号流方向相反)。
此外，级联600中的每个MPIJIS 6021-602N在基本上非重叠的频带中操作。例如，MPIJIS 6021在相对窄的带宽(BW1)中操作，其中中心频率为f1，即，一半的BW1低于f1并且包括f1，一半的BW1高于f1。因此，BW1为[f1-BW1/2到f1+BW1/2]。类似地，MPIJIS 6022具有中心频率f2，BW2为[f2-BW2/2到f2+BW2/2]。并以类似方式定义该集合中的MPIJIS器件，直到第(N-1)MPIJIS具有中心频率fN-1，和[fN-1-BWN-1/2到fN-1+BWN-1/2]的BWN-1；MPIJIS 602N具有中心频率fN，和[fN-BWN/2到fN+BWN/2]的BWN。BW1…BWN不重叠，或者仅重叠微不足道的量。
级联的配置600中的MPIJIS仅隔离位于其被调谐的频率的带宽内的信号。换句话说，MPIJIS将隔离(在从该MPIJIS的端口2到端口1的方向上流动的)频率落入其操作带宽内的那些信号。MPIJIS将以基本无损耗的方式在两个方向上传递该MPIJIS的操作带宽之外的频率的信号。
例如，在从MPIJIS 6022的端口2到MPIJIS 6022的端口1流动的情况下，MPIJIS6022将仅隔离在BW2中的频率的信号(基本上防止或显著衰减该频率的信号通过MPIJIS6022)，但是将允许BW1、BW3、BW4…、BWN-1、BWN中的频率的信号在隔离方向上以基本上无损耗的方式通过。MPIJIS 6022将允许不仅在BW2中而且在BW1、BW3、BW4…、BWN-1、BWN中的频率的信号以基本上无损耗的方式在非隔离方向上(端口1到端口2)通过。配置600中的每个MPIJIS6021-602N以类似的方式相对于其各自的操作带宽和其操作带宽之外的频率进行操作。
在配置600中，MPIJIS 6021允许频率f1的信号在非隔离方向上通过，因为MPIJIS6021传递BW1中的频率的信号，而f1在BW1中。MPIJIS 6021允许频率f2…fN的信号通过，因为这些频率在BW1之外。然而，MPIJIS 6022在隔离方向(箭头604的方向与箭头606的方向相反)上被配置在级联600中，并且因此隔离频率f2的信号，因为MPIJIS 6022隔离从端口2到端口1的、BW2中的频率的信号，而f2在BW2中。MPIJIS 6022允许频率f1、fi…fN-1、fN的信号通过，因为这些频率在BW2之外。假设级联600中的所有其它MPIJIS器件都配置在传播方向上，具有f1、f3…fi…fN-1、fN(无f2)的复用的信号到达MPIJIS 602N。MPIJIS 602N允许频率fN的信号在非隔离方向上通过，因为MPIJIS 602N传递BWN中的频率的信号，而fN在BWN中。MPIJIS 602N允许频率f1、f3…fi…fN-1的信号通过，因为这些频率在BWN之外。因此，如该图所描绘的，频率f1、f2…fN的输入信号以基本上无损耗的方式(零衰减或可忽略衰减)以选定频率f1、f3…、fi…fN通过级联600，其中f2的信号频率已被选择性地从输入信号中隔离。
一般地，如果输入信号(在级联的端口1)具有频率fA、fB、fC、fD、fE、fF、fG和fH，则MPIJIS A(隔离fA的信号)、C(隔离fC的信号)、E(隔离fE的信号)、G(隔离fG的信号)在级联中被定向为使得它们在信号流方向上传播，并且MPIJIS B(隔离fB的信号)、D(隔离fD的信号)、F(隔离fF的信号)和H(隔离fH的信号)在级联中被定向为使得它们在信号流方向隔离，则输出信号(在级联的端口2)将仅包含fA、fC、fE和fG的信号。
级联600可以选择性地隔离某些频率的信号的有效带宽因此是，
BW＝{[f1-BW1/2到f1+BW1/2]，[f2-BW2/2到f2+BW2/2]，…[fN-BWN/2到fN+BWN/2]}
级联600的通过或隔离带宽BW大于配置600中任何单个MPIJIS的通过或隔离带宽。因此，级联600可以利用跨过比单个MPIJIS的操作带宽更宽的带宽的频率复用的信号来操作。
参考图7，该图描绘了根据说明性实施例的级联的MPIJIS的示例选择性传播操作的框图。这种级联的配置选择性地传播一些但不是所有频率复用的微波信号。级联600和MPIJIS器件6021,6022…602N与图6中的相同。频率f1是在MPIJIS 6021的BW1中，f2是在MPIJIS 6022的BW2中…fN-1是在第(N-1)MPIJIS的BWN-1中，并且fN是在MPIJIS 602N的BWN中。
在该图的选择性传播操作中，频率f1、f2…fN的信号在级联600的端口2处，即在级联600中最后MPIJIS(602N)的端口2处，以所示的信号流方向输入。在级联600的这种操作中，MPIJIS 602N阻挡频率fN的信号，允许带宽BWN之外的频率fN-1…f1的信号在隔离方向上通过，因为MPIJIS 602N阻挡频率仅在BWN中的信号，而fN在BWN中。以这种方式操作，MPIJIS602N已经有效地从复用的输入微波信号中滤除频率fN的信号。类似地，第N-1MPIJIS阻挡频率fN-1的信号，允许带宽BWN-1之外的频率fN-2…f1的信号在隔离方向上通过。MPIJIS 602N已经滤除频率fN的信号，现在第N-1MPIJIS已经滤除fN-2的信号。
以这种方式操作，根据级联600中MPIJDA的定向，每个MPIJIS滤除或阻挡在该MPIJIS的带宽内的频率的信号。因为MPIJIS 6022在信号流方向上传播，所以MPIJIS 6022传播频率f2的信号。MPIJIS 6022传播在BW2之外的f1的信号。MPIJIS 6021从剩余的频率复用的输入微波信号中有效地滤除频率f1的信号，并传播BW1之外的f2的信号。因此，级联600的端口1处的输出信号，即MPIJIS 6021的端口1处的输出信号，仅是频率f2的信号，该频率f2的信号已经从频率f1…fN的频率复用的输入信号中被选择性地传播。因此，如该图所描绘的，频率f1、f2…fN的输入信号由级联600在参与的MPIJIS器件6021…602N的选择性传播方向选择性地传播(仅有一些频率通过)。
级联600具有级联的MPIJIS 602可以选择性地在其上传播的有效带宽，
BW＝{[f1-BW1/2到f1+BW1/2]，[f2-BW2/2到f2+BW2/2]，…[fN-BWN/2到fN+BWN/2]}
同样，级联600的选择性传播带宽BW大于配置600中的任何单个MPIJIS的传播带宽。因此，级联600可操作用于选择性地从频率复用的信号中传播一些频率的信号，该频率复用的信号跨过比单个MPIJIS的操作带宽更宽的带宽。
同样，不意味着任何限制，并且仅为了描述的清楚，示例配置600被描绘为仅具有一个MPIJIS(6022)，其与通过级联的信号流方向对齐的传播方向连接。任何数量的MPIJIS器件可以以它们各自的传播方向与信号流方向对齐的方式串联耦合，并且任何数量的MPIJIS器件可以串联耦以它们各自的传播方向与信号流方向相反的方式串联耦合，以构建选择性地传播特定频率的信号的级联。以这种方式构建的级联滤除(阻挡或隔离)与传播方向与信号流方向相反的MPIJIS器件相对应的频率的那些信号，并且传递(传播)与传播方向与信号流方向对齐的那些MPIJIS器件相对应的那些频率的信号。
一般地，如果输入信号(在级联的端口2处)具有频率fA、fB、fC、fD、fE、fF、fG和fH的信号，则MPIJIS A(隔离fA的信号)、C(隔离fC的信号)、E(隔离fE的信号)、G(隔离fG的信号)在级联中被定向为使得它们在信号流方向上传播，并且MPIJIS B(隔离fB的信号)、D(隔离fD的信号)、F(隔离fF的信号)和H(隔离fH的信号)在级联中被定向为使得它们在信号流方向上隔离，则输出信号(在级联的端口1处)将仅包含fA、fC、fE和fG的信号。
参考图8，该图描绘了根据说明性实施例的用于使用具有非重叠带宽的级联的多径干涉约瑟夫逊隔离器来传播或隔离频率复用的微波信号中的一些而不是所有频率的信号的示例过程的流程图。过程800可以使用级联600来实现，以用于图6和图7中描述的操作。
将约瑟夫逊器件的集合中的每个约瑟夫逊器件配置为MPIJIS(框802)。通过将一个MPIJIS器件与另一个MPIJIS器件在串联连接中连接，从而将MPIJIS器件级联连接(框804)。串联连接中的MPIJIS器件被配置成使得串联中的至少一些MPIJIS器件(反向的MPIJIS器件)在级联中的信号流方向上隔离其各自频率的微波信号。通过以这种方式串联地添加来自该集合的所有MPIJIS器件来构建级联(框806)。
级联操作以选择性地隔离(如图6中)或选择性地传播(如图7中)频率复用的输入微波信号，其中该信号包含对应于该串联中的任何反向的MPIJIS器件的频率的信号(框808)。
MPIJIS器件的电路元件及其连接可由超导材料制成。各个谐振器和传输/馈送/泵浦线可以由超导材料制成。混合耦合器可以由超导材料制成。超导材料的示例(在低温下，诸如大约10-100毫开尔文(mK)或大约4K)包括铌、铝、钽等。例如，约瑟夫逊结由超导材料制成，并且它们的隧道结可以由薄隧道势垒制成，诸如氧化铝。电容器可以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，导线)可以由超导材料制成。
在本文中参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，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)，但是本领域技术人员将认识到，当即使改变了取向也保持了所描述的功能时，本文描述的许多位置关系是与取向无关的。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。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位置关系。作为间接位置关系的一个示例，本说明书中提到在层“B”上形成层“A”包括这样的情况，其中一个或多个中间层(例如层“C”)在层“A”和层“B”之间，只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被(多个)中间层改变。
以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他要素。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“一个实施例”、“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特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而不管是否明确描述。
术语“约”、“基本上”、“接近于”及其变体旨在包括与基于提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。
已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所公开的实施例。在不背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的普通技术人员将是显而易见的。例选择本文所使用的术语以最好地解释实施的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所描述的实施例。

Claims (20)

1.一种级联的选择性微波隔离器(级联)，包括：
约瑟夫逊器件的集合，所述集合中的每个约瑟夫逊器件具有微波频率的相应操作带宽，其中不同的操作带宽具有不同的相应中心频率；以及
串联耦合，所述串联耦合在来自所述集合的第一约瑟夫逊器件与来自所述集合的第n约瑟夫逊器件之间，其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上隔离来自频率复用的微波信号(复用的信号)的第一频率的信号，并且使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第二信号流方向上隔离第n频率的信号，其中，所述第二信号流方向与所述第一信号流方向相反。
2.根据权利要求1所述的级联，还包括：
来自所述集合的、所述串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在所述第一约瑟夫逊器件与所述第n约瑟夫逊器件之间的所述串联耦合中，并且其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件在所述第一信号流方向上隔离来自所述复用的信号的第(n-1)频率的信号。
3.根据权利要求1所述的级联，还包括：
来自所述集合的、所述串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在所述第一约瑟夫逊器件与所述第n约瑟夫逊器件之间的所述串联耦合中，并且其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件在所述第二信号流方向上隔离来自所述复用的信号的第(n-1)频率的信号。
4.根据权利要求1所述的级联，
其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上传播来自所述复用的信号的第n频率的信号，并且使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联的第二信号流方向上传播所述第一频率的信号。
5.根据权利要求1所述的级联，
其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上、从所述复用的信号中传播除了所述第一频率的信号之外的进入所述第一约瑟夫逊器件的所有频率的信号，以及
其中，所述串联耦合使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第二信号流方向上、从所述复用的信号中传播除了所述第n频率的信号之外的进入所述第n约瑟夫逊器件的所有频率的信号。
6.根据权利要求1所述的级联，
其中，对应于所述第一约瑟夫逊器件的微波频率的第一操作带宽对于至少一些频率与对应于所述第n约瑟夫逊器件的微波频率的第n操作带宽不重叠。
7.根据权利要求6所述的级联，
其中，所述级联的总隔离带宽包括所述第一操作带宽和所述第n操作带宽。
8.根据权利要求1所述的级联，其中，所述约瑟夫逊器件的集合中的第一约瑟夫逊器件是MPIJIS，包括：
第一非简并微波混频器器件(第一混频器)；
第二非简并微波混频器器件(第二混频器)；
第一输入/输出(I/O)端口，其耦合到所述第一混频器的输入端口和所述第二混频器的输入端口；以及
第二I/O端口，其耦合到所述第一混频器的输入端口和所述第二混频器的输入端口，其中当在所述第一I/O端口与所述第二I/O端口之间传送的第一频率的信号在通过所述第一混频器和所述第二混频器的、所述第一I/O端口与所述第二I/O端口之间的第一方向上传播时被透射，并且当在通过所述第一混频器和所述第二混频器的、所述第二I/O端口与所述第一I/O端口之间的第二方向上传播时被阻挡，并且其中所述第一频率在所述第一约瑟夫逊器件的第一操作带宽中。
9.根据权利要求8所述的级联，还包括：
第一微波泵浦，其以第一泵浦频率和第一泵浦相位将第一微波驱动注入到所述第一混频器中，其中所述第一微波泵浦被配置为使得所述第一混频器在50:50分束工作点处操作；以及
第二微波泵浦，其以所述泵浦频率和第二泵浦相位将第二微波驱动注入到所述第二混频器中，其中所述第二微波泵浦被配置为使得所述第二混频器在所述50:50分束工作点处操作，并且其中所述第一泵浦相位和所述第二泵浦相位之间的相位差确定隔离方向。
10.根据权利要求8所述的级联，其中，所述第一混频器和所述第二混频器各自是非简并三波混频器。
11.根据权利要求8所述的级联，其中，所述第一混频器和所述第二混频器各自是约瑟夫逊参量转换器(JPC)，并且其中，所述第一混频器和所述第二混频器名义上相同。
12.一种形成级联的选择性微波隔离器(级联)的方法，所述方法包括：
制造约瑟夫逊器件的集合，所述集合中的每个约瑟夫逊器件具有微波频率的相应操作带宽，其中不同的操作带宽具有不同的相应中心频率；以及
在来自所述集合的第一约瑟夫逊器件与来自所述集合的第n约瑟夫逊器件之间形成串联耦合，其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上隔离来自频率复用的微波信号(复用的信号)的第一频率的信号，并且使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联的第二信号流方向上隔离第n频率的信号，其中，所述第二信号流方向与所述第一信号流方向相反。
13.一种超导体制造系统，当其被操作以制造级联的选择性微波隔离器(级联)时，执行包括以下步骤的操作：
制造约瑟夫逊器件的集合，所述集合中的每个约瑟夫逊器件具有微波频率的相应操作带宽，其中不同的操作带宽具有不同的相应中心频率；以及
在来自所述集合的第一约瑟夫逊器件与来自所述集合的第n约瑟夫逊器件之间形成串联耦合，其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上从频率复用的微波信号(复用的信号)中隔离第一频率的信号，并且使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联的第二信号流方向上隔离第n频率的信号，其中，所述第二信号流方向与所述第一信号流方向相反。
14.根据权利要求13所述的超导体制造系统，还包括：
来自所述集合的、所述串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在所述第一约瑟夫逊器件与所述第n约瑟夫逊器件之间的所述串联耦合中，并且其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件在所述第一信号流方向上隔离来自所述复用的信号的第(n-1)频率的信号。
15.根据权利要求13所述的超导体制造系统，还包括：
来自所述集合的、所述串联耦合中的第(n-1)约瑟夫逊器件，其中n大于1，其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件被包括在所述第一约瑟夫逊器件与所述第n约瑟夫逊器件之间的所述串联耦合中，并且其中所述第(n-1)约瑟夫逊器件在所述第二信号流方向上隔离来自所述复用的信号的第(n-1)频率的信号。
16.根据权利要求13所述的超导体制造系统，
其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上传播来自所述复用的信号的第n频率的信号，并且使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联的第二信号流方向上传播所述第一频率的信号。
17.根据权利要求13所述的超导体制造系统，
其中，所述串联耦合使得所述第一约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第一信号流方向上、从所述复用的信号中传播除了所述第一频率的信号之外的进入所述第一约瑟夫逊器件的所有频率的信号，以及
其中，所述串联耦合使得所述第n约瑟夫逊器件在通过所述串联耦合的第二信号流方向上、从所述复用的信号中传播除了所述第n频率的信号之外的进入所述第n约瑟夫逊器件的所有频率的信号。
18.根据权利要求13所述的超导体制造系统，
其中，对应于所述第一约瑟夫逊器件的微波频率的第一操作带宽对于至少一些频率与对应于所述第n约瑟夫逊器件的微波频率的第n操作带宽不重叠。
19.根据权利要求18所述的超导体制造系统，
其中，所述级联的总隔离带宽包括所述第一操作带宽和所述第n操作带宽。
20.根据权利要求13所述的超导体制造系统，其中，所述约瑟夫逊器件的集合中的所述第一约瑟夫逊器件是MPIJIS，包括：
第一非简并微波混频器器件(第一混频器)；
第二非简并微波混频器器件(第二混频器)；
第一输入/输出(I/O)端口，其耦合到所述第一混频器的输入端口和所述第二混频器的输入端口；以及
第二I/O端口，其耦合到所述第一混频器的输入端口和所述第二混频器的输入端口，其中在所述第一I/O端口与所述第二I/O端口之间传送的第一频率的信号当在通过所述第一混频器和所述第二混频器的、所述第一I/O端口与所述第二I/O端口之间的第一方向上传播时被透射，并且当在通过所述第一混频器和所述第二混频器的、所述第二I/O端口与所述第一I/O端口之间的第二方向上传播时被阻挡，并且其中所述第一频率在所述第一约瑟夫逊器件的第一操作带宽中。
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