CN113646779A - 用于稀释制冷机内使用低频率微波信号的超导量子位测量方案 - Google Patents

用于稀释制冷机内使用低频率微波信号的超导量子位测量方案 Download PDF

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CN113646779A CN202080024970.9A CN202080024970A CN113646779A CN 113646779 A CN113646779 A CN 113646779A CN 202080024970 A CN202080024970 A CN 202080024970A CN 113646779 A CN113646779 A CN 113646779A
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Abstract

提供了在稀释制冷机内使用低频率微波信号来测量超导量子位的技术。在一个实例中，一种用于使用微波信号测量超导量子位的低温微波系统包括用于量子处理器的稀释制冷机系统。稀释制冷机系统基于位于稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路将与量子位信息相关联的微波信号转换成降低频率的微波信号。降低频率的微波信号包括低于量子位频率的频率和与量子处理器相关联的读出谐振器频率。

Description

用于稀释制冷机内使用低频率微波信号的超导量子位测量 方案
背景技术
本主题涉及量子硬件，更具体地，涉及用于量子计算的超导设备。
发明内容
以下呈现了概述以提供对本发明的一个或多个实施例的基本理解。该概述不旨在标识特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围的关键或重要元素。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。在本文描述的一个或多个实施例中，描述了促进在稀释制冷机内使用低频率微波信号的超导量子位的测量方案的设备、系统、方法、装置和/或计算机程序产品。
根据一个实施例，一种用于使用微波信号的测量超导量子位的低温微波系统可以包括用于量子处理器的稀释制冷机系统。稀释制冷机系统可以基于位于稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路将与量子位信息相关联的微波信号转换成降低频率的微波信号。该降低频率的微波信号可以包括低于量子位频率的频率和与量子处理器相关联的读出谐振器频率。
根据另一实施例，一种系统可以包括用于量子处理器的稀释制冷机系统。稀释制冷机系统可以降低和增加与量子位读出相关联的微波信号的频率，以提供与量子处理器相关联的量子位测量。
根据又一实施例，提供了一种方法。该方法可以包括通过与量子处理器相关联的稀释制冷机系统，基于位于该稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路，将微波信号转换成降低频率的微波信号。该方法还可以包括通过该稀释制冷机系统，将该降低频率的微波信号数字化为包括与该量子处理器相关联的量子位信息的数字信号。此外，该方法可以包括通过稀释制冷机系统将数字信号传输至经典计算系统。
根据又一实施例，系统可以包括约瑟夫逊混频器电路和快速单通量子(RSFQ)模数转换器(ADC)。约瑟夫逊混频器电路可以将与由量子处理器生成的量子信息相关联的第一微波信号转换成第二微波信号，其中与第一微波信号相关联的第一频率大于与第二微波信号相关联的第二频率。RSFQ ADC可以基于超导设备来数字化第二微波信号以生成用于经典计算系统的数字信号。
根据又一实施方案，一种系统可以包括量子处理器和稀释制冷机系统。稀释制冷机系统可以经由约瑟夫逊混频器电路降低与量子位读出相关联的第一微波信号的频率以生成第二微波信号。稀释制冷机系统还可以经由快速单通量子(RSFQ)模数转换器(ADC)数字化第二微波信号以生成用于经典计算系统的数字信号。
附图说明
图1示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的示例性非限制性系统。
图2示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的另一示例性非限制性系统。
图3示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的又一示例性非限制性系统。
图4示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的又一示例性非限制性系统。
图5示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的又一示例性非限制性系统。
图6示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的又一示例性非限制性系统。
图7示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与稀释制冷机系统、量子处理器以及经典计算系统相关联的又一示例性非限制性系统。
图8示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与经典计算系统相关联的示例性非限制性系统。
图9示出了根据本文描述的一个或多个实施例的与基于约瑟夫逊的混频器相关联的示例性非限制性系统。
图10示出了根据本文描述的一个或多个实施例的用于提供用于超导量子处理器的改进的稀释制冷机的示例性非限制性计算机实现的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式仅是说明性的，并且不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，并不意图受前面的背景技术或发明内容部分或具体实施方式部分中呈现的任何明示或暗示的信息的约束。
现在参考附图描述一个或多个实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的更透彻理解。然而，在各种情况下，显然可以在没有这些特定细节的情况下实践一个或多个实施例。
超导体设备可以是在低于某一温度下提供零电阻的设备。例如，超导设备可以被采用作为用于超导量子处理器的量子位。可以使用一个或多个微波信号来控制和/或测量超导量子处理器，该微波信号在例如4千兆赫兹(GHz)与10GHz之间的频率范围内。此外，超导量子处理器可以被安装在稀释制冷机上，该稀释制冷机可以被冷却到毫开尔文温度。在一个实施例中，超导量子处理器可以安装在稀释制冷机的基础阶段上。超导量子处理器可以被冷却到毫开尔文温度，以便例如在超导状态下操作超导量子处理器。例如，为了有效地操作，超导量子处理器的温度需要低于在超导量子处理器中采用的超导材料的临界温度。在一个实施例中，采用铝基约瑟夫逊结的超导量子处理器需要被冷却到铝的临界温度(例如，近似等于1.2开尔文(K)的温度)以下以便有效地操作。附加地或备选代地，超导量子处理器可以被冷却到毫开尔文温度，以便例如将超导量子处理器的超导微波电路中的热噪声抑制到低于该超导微波电路的微波光子激发的能级(energy level)。为了实现用于超导量子处理器的这种超低温，黑体辐射噪声和/或电磁噪声需要被阻挡到达该超导量子处理器。黑体辐射噪声和/或电磁噪声可以来自稀释制冷机外部(例如，来自室温环境)和/或来自稀释制冷机内较高温度阶段(例如，稀释制冷机内4K阶段)。通常，为了减小黑体辐射噪声和/或电磁噪声，多个电磁和/或黑体辐射屏蔽被并入稀释制冷机内。附加地或备选地，为了降低黑体辐射噪声和/或电磁噪声，稀释制冷机的不同阶段可以被热隔离。附加地或备选地，为了减少黑体辐射噪声和/或电磁噪声，稀释制冷机内的输入线(例如，将微波信号从室温电子器件运载到超导量子处理器的输入线)可以并入损耗的同轴电缆、衰减器和/或滤波器。附加地或备选地，为了减少黑体辐射噪声和/或电磁噪声，稀释制冷机内的输出线(例如，将微波信号从超导量子处理器运载到稀释制冷机外的室温电子器件的输出线)可以并入滤波器和/或定向设备，诸如隔离器、循环器、基于半导体的晶体管等。然而，减少与稀释制冷机相关联的超导量子处理器的黑体辐射噪声和/或电磁噪声通常需要大的硬件开销。此外，减少与稀释制冷机相关联的超导量子处理器的黑体辐射噪声和/或电磁噪声通常在稀释制冷机内引入大量的热负荷。减少与稀释制冷机相关联的超导量子处理器的黑体辐射噪声和/或电磁噪声通常消耗大量的功率。这样，减少与稀释制冷机相关联的超导量子处理器的黑体辐射噪声和/或电磁噪声可以被改进。
为了解决这些和/或其他问题，本文描述的实施例包括促进改进用于超导量子处理器的稀释制冷机系统的系统、方法、和/或计算机程序产品。例如，本文提供了一种用于在稀释制冷机内使用低频率微波信号的超导量子位的新颖的测量方案。在一个实施例中，携带量子位信息的高频率输出读出微波信号可以被降频转换为相对低频率的微波信号。如本文所使用的，“高频率”微波信号可以是大约8GHz或更高。此外，如本文所使用的，“低频率”微波信号可以近似在0.5GHz与2GHz之间的频率范围内(例如，低于量子位频率和/或读出谐振器频率)，高频输出读出微波信号可以是由与量子处理器(例如，超导量子处理器)相关联的稀释制冷机接收的微波信号。用于高频率输出读出微波信号的降频转换过程可以是无损的和/或相干的。此外，可以使用一组约瑟夫逊混频器来执行用于高频率输出读出微波信号的降频转换处理。该组约瑟夫逊混频器可以是例如无耗散三波约瑟夫逊混频器。由读出谐振器传送的量子位读出信号也可以被放大，使用例如，量子限制放大器或在稀释制冷机的基础阶段处的近量子限制放大器。量子位读出信号的放大可以在原始量子位读出信号上执行(例如，在降频转换过程之前)。备选地，可以在降频转换的量子位读出信号(例如，在降频转换过程之后)上执行量子位读出信号的放大。可以使用例如采用通量偏置和/或微波驱动的约瑟夫逊定向放大器来放大原始量子位读出信号。例如，可以使用采用直流(DC)和/或通量偏置的直流超导量子干涉设备(DC-SQUID)放大器来放大降频转换的量子位读出信号。在某些实施例中，基于约瑟夫逊的隔离器或基于约瑟夫逊的循环器可以在量子位-谐振器系统和稀释制冷机的定向放大器之间实现，以例如阻止量子位上的定向放大器的过度反作用。基于约瑟夫逊的隔离器和/或基于约瑟夫逊的循环器可以采用通量偏置和/或微波驱动。在某些实施例中，带通滤波器和/或高通滤波器可以在稀释制冷机的输出线上量子位-谐振器系统和降频转换阶段之间实现。带通滤波器和/或高通滤波器以最小的插入损耗传送高频率读出信号。带通滤波器和/或高通滤波器还可以阻止DC信号和低于阈值频率的微波信号，其中阈值频率低于高频率读出信号。在某些实施例中，低通滤波器和/或频率相关衰减器可以在稀释制冷机的输出线上实现，该稀释制冷机在稀释制冷机的基础阶段和稀释制冷机的4K阶段之间的一个或多个不同阶段。这样，可以通过具有很小衰减或没有衰减的输出链来传送降频转换的量子位读出信号。在降频转换的量子位读出信号的频率以上的频率处的信号和/或噪声也可以被衰减。
在一个实施例中，快速单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)可以在稀释制冷机的4K阶段中实现。RSFQ ADC可以采样并且数字化降频转换读出信号。在一个方面中，RSFQ ADC的输出可以是被传送到经典计算系统的数字信号。经典计算系统可以包括用于经典信号处理和/或经典信号分析的室温处理单元。附加地或备选地，数字信号可以被传送到位于稀释制冷机4K阶段处的RSFQ逻辑。在某些实施例中，附加地或备选地，可以在稀释制冷机的4K阶段中实现节能RSFQ(ERSFQ)电路。在某些实施例中，附加地或备选地，可以在稀释制冷机的4K级别中实现节能的单通量量子(eSFQ)电路。在某些实施例中，在高频率微波读出信号近似等于稀释制冷机系统内的量子位的读出谐振器的谐振频率的实施例中，用于稀释制冷机的输入线可以并入微波衰减器和/或滤波器。在某些实施例中，稀释制冷机的输入线可以结合微波衰减器和/或滤波器，在高频率微波信号和/或噪声相对于稀释制冷机的读出谐振器的谐振频率失谐的实施例中，微波衰减器和/或滤波器衰减高于阈值频率的高频率微波信号和/或噪声。阈值频率可以低于读出谐振器的谐振频率。在某些实施例中，增频转换阶段可以被实现到基于稀释制冷的基础阶段以将低频率微波量子位读出信号增频转换为高频率微波量子位读出信号，该高频率微波量子位读出信号近似等于稀释制冷机的读出谐振器的谐振器频率。与增频转换阶段相关联的增频转换处理可以使用一组约瑟夫逊混频器来执行。该组约瑟夫逊混频器可以是例如采用通量偏置和微波驱动的无耗散三波约瑟夫逊混频器。在一个示例中，该组约瑟夫逊混频器可以采用耦合到集总元件微波谐振器和表面声波(SAW)谐振器的约瑟夫逊环调制器。在某些实施例中，可以采用用于量子位控制的分离的输入线。在某些实施例中，稀释制冷机内的微波泵浦线由于频率高于或低于相应泵浦频率的噪声而衰减。微波泵浦线可以承载约瑟夫逊混频器、基于约瑟夫逊的定向放大器、基于约瑟夫逊的隔离器，和/或基于约瑟夫逊的循环器在稀释制冷机内的操作所需的微波驱动。在某些实施例中，可以通过在这些泵浦线上采用带通滤波器来衰减这些泵浦线，这些带通滤波器使泵浦信号(例如，带内信号)衰减最小并且使其他信号(例如，带外信号)衰减严重。这样，与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销可以被减少。例如，与量子处理器相关联的稀释制冷机系统可以在没有基于磁的低温循环器、隔离器和/或晶体管(例如，高电子迁移率晶体管)时实现。此外，在读出线上的室温处不需要微波混频器。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，可以减少稀释制冷机内的热负荷和/或质量负荷。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功率消耗。此外，用于稀释制冷机的输入线和/或用于稀释制冷机的输出线可以包括衰减器，该衰减器衰减黑体辐射噪声和/或电磁噪声。在与量子处理器相关联的稀释制冷机系统中的低频率微波信号的合成和/或采样还可以减少稀释制冷机系统的复杂性。此外，可以提供一种改进的超导设备、一种改进的量子处理器(例如，一种改进的超导量子处理器)、和/或改进的量子计算系统。
图1示出了根据本文描述的一个或多个实施例的提供用于超导量子处理器的改进的稀释制冷机的示例性、非限制性系统100的框图。例如，根据本文描述的一个或多个实施例，系统100可以在稀释制冷机内使用低频率微波信号来提供用于超导量子位的新颖的测量方案。在一个实施例中，系统100可以是量子计算系统。在另一实施例中，系统100可以附加地或替代地是低温微波系统。在各种实施例中，系统100可以与诸如但不限于量子计算技术、超导技术、量子硬件技术、量子计算机技术、量子电路技术、量子处理器技术、低温微波技术、稀释制冷机技术、量子放大器技术、超导量子位技术、微波设备技术、量子信息处理技术、人工智能技术、机器学习技术和/或其他技术的技术相关联。系统100可以利用硬件和/或软件来解决本质上是高度技术性的、非抽象的、以及不能由人作为一组精神来执行的问题。此外，所执行的一些过程可以由用于执行定义过程的一个或多个专用计算机(例如，一个或多个专用电路、一个或多个专用硬件等)来执行，和/或要求与量子计算和/或稀释制冷机系统相关的过程。系统100和/或系统的部件可以用于解决通过上述技术的进步而出现的新问题，诸如量子计算技术、超导技术、量子硬件技术、量子计算机技术、量子电路技术、量子处理器技术、稀释制冷机技术、低温微波技术、量子放大器技术、超导量子位技术、微波器件技术、量子信息处理技术、人工智能技术、机器学习技术等。系统100的一个或多个实施例可以向量子计算系统、超导系统、量子硬件系统、量子计算机系统、量子电路系统、量子处理器系统、稀释制冷机系统、低温微波系统、量子放大器系统、超导量子位系统、微波设备系统、量子信息处理系统、人工智能系统、机器学习系统和/或其他技术系统提供技术改进。系统100的一个或多个实施例还可通过减少稀释制冷机中的热负荷和/或减少稀释制冷机的功耗来提供稀释制冷机的技术改进。另外或可替代地，系统100的一个或多个实施方案还可以通过改进量子处理器的性能和/或改进量子处理器的准确度来提供对量子处理器的技术改进。
在图1所示的实施例中，系统100可以包括稀释制冷机系统102、量子处理器104和/或经典计算系统106。稀释制冷机系统102可以是用于冷却量子处理器104的稀释制冷机。例如，稀释制冷机系统102可以是用于将量子处理器104冷却到毫开尔文温度的稀释制冷机。在一个实施例中，稀释制冷机系统102可以容纳量子处理器104。在另一实施例中，量子处理器104可以被安装到稀释制冷机系统102上。在一个实施例中，量子处理器104可以被安装到稀释制冷机系统102的一个基础阶段上。该基础阶段可以是例如稀释制冷机系统102的一个最冷的一部分。量子处理器104可以是被配置为用于量子计算的操纵量子状态的设备(例如，量子计算机、量子电路等)。在一个实施例中，量子处理器104可以是超导量子处理器。在一个方面中，量子处理器104可以是基于量子物理原理执行一组计算的机器。例如，量子处理器104可以使用量子位来编码和/或处理信息。在一个实施例中，量子处理器104可以是硬件量子处理器(例如，硬件超导量子处理器)，该硬件量子处理器可以使用量子位来编码和/或处理信息。例如，量子处理器104可以是硬件量子处理器，该硬件量子处理器执行与量子位相关联的一组指令线程。在一个非限制性实施例中，量子处理器104可以是量子位-谐振器。经典计算系统106可以执行使用比特(例如，“0”值比特和“1”值比特)来存储和/或处理信息的经典计算。在一方面，经典计算系统106可以在接近室温(例如，约273K)下实现。经典计算系统106可以附加地或备选地管理数据(例如，比特)的存储。此外，经典计算系统106可以包括在近似室温下操作的一个或多个电子器件。
在一个实施例中，经典计算系统106可以向稀释制冷机系统102提供微波信号108。微波信号108可以是与电压和/或电流的振荡变化相关联的射频信号。此外，微波信号108可以包括一个或多个微波信号。微波信号108可以被用来控制量子处理器104。附加地或备选地，微波信号108可以被用来测量与量子处理器104相关联的量子信息。在一个方面，微波信号108可以是在例如4GHz和10GHz之间的频率范围中的高频率微波信号。在一个实施例中，微波信号108可以是量子位读出信号。例如，微波信号108可以承载量子位信息，诸如量子位读出信息。
稀释制冷机系统102可以修改微波信号108以生成用于在稀释制冷机系统102内传输的修改频率的微波信号109。例如，修改频率的微波信号109可以是具有降低频率的微波信号108的修改版本。在另一示例中，频率的微波信号109可以是具有增加的频率的微波信号108的修改版本。在一个实施例中，修改频率的微波信号109可以是在例如0.5GHz和2GHz之间的频率范围中的低频率微波信号。例如，修改频率的微波信号109可以包括低于与量子处理器104相关联的量子位频率的频率。附加地或备选地，修改频率微波信号109可以包括低于与量子处理器104相关联的读出谐振器频率的频率。在实施例中，稀释制冷机系统102可以执行与微波信号108相关联的降频转换过程以生成修改频率的微波信号109。由稀释制冷机系统102执行的降频转换过程可以是无损的和相干的。此外，在某些实施例中，稀释制冷机系统102可以采用一组约瑟夫逊混频器来对微波信号108进行降频转换并且生成修改频率的微波信号109。该组约瑟夫逊混频器可以是例如无耗散三波约瑟夫逊混频器。在一个实现中，在微波信号108是低频率信号的实施例中，可以采用该组约瑟夫逊混频器用于增频转换。例如，在一个实施例中，可以使用经典计算系统106内的一个或多个电子器件(例如，室温下的一个或多个电子器件)来合成微波信号108。在备选实施例中，稀释制冷机系统102内的一个或多个RSFQ电路(例如，4K级别处的一个或多个电子器件)可以将微波信号108合成为低频率信号。在另一实施例中，微波信号108可以使用经典计算系统106内的一个或多个电子器件(例如，室温下的一个或多个电子器件)被合成为高频率信号。备选地，稀释制冷机系统102内的一个或多个RSFQ电路(例如，4K级处的一个或多个电子器件)可以将微波信号108合成为高频率信号。在又一实施例中，稀释制冷机系统102可以减小和增大微波信号108的频率以提供修改频率的微波信号109。例如，稀释制冷机系统102可以降低微波信号108的频率以生成微波信号108的降低频率版本。稀释制冷机系统102还可以将微波信号108的降低频率版本的频率增加到低于微波信号108的原始频率的特定频率。在某些实施例中，微波信号108的频率可以被增频转换到与量子处理器104相关联的读出谐振器的读出频率。在一个方面，可以采用修改频率的微波信号109来向经典计算系统106提供量子位测量(例如，与量子处理器104相关联的量子位测量)。在另一实施例中，稀释制冷机系统102可以将频率降低的微波信号11转换成数字信号112。数字信号112可以包括与量子处理器104相关联的量子位测量。例如，数字信号112可以将与量子处理器104相关联的量子位测量编码为二进制值的序列。此外，稀释制冷机系统102可以将数字信号112提供给经典计算系统106。这样，经典计算系统106可以执行数字信号112的经典信号处理以获取与量子处理器104相关联的量子位测量。
应当理解，与常规稀释制冷机系统相比，系统100可以提供各种优点。例如，通过采用系统100，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统100，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。在一个实例中，采用修改频率的微波信号109(例如，降低频率的微波信号)可以改进该量子处理器104的性能和/或准确度。在另一实施例中，稀释制冷机系统102可以减小和增大稀释制冷机系统102内的微波信号108的频率，以改进量子处理器104的相干性和/或减少量子处理器104的硬件开销。
图2示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统200的框图。为了简洁，省略了在本文描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统200可以包括稀释制冷机系统102、量子处理器104和/或经典计算系统106。在图2所示的实施例中，稀释制冷机系统102可以包括定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、约瑟夫逊定向放大器206、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209和/或快速单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)210。在实施例中，定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、约瑟夫逊定向放大器206、带通滤波器208和/或基于约瑟夫逊的混频器209可以被安装在稀释制冷机系统102的10mK阶段上。附加地或备选地，RSFQ ADC 210可以被安装在稀释制冷机系统102的4K阶段上。由经典计算系统106生成的微波信号108可以经由用于稀释制冷机系统102的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102。在某些实施例中，稀释制冷机系统102的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。在一个实施例中，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于与量子处理器104相关联的量子位谐振频率和/或读出谐振频率。例如，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于量子处理器104的一个超导量子位的量子位谐振频率。附加地或可替代地，微波信号108可以包括对应于量子处理器104的读出谐振器的频率。在某些实施例中，微波信号108可以是附加地或备选地控制量子处理器104的一个或多个部分。例如，可以控制量子处理器104的一个或多个部分的微波信号108，可以控制量子处理器104的超导量子位。附加地或备选地，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的一个或多个量子测量。例如，微波信号108促进与量子处理器104相关联的量子位信息的测量。在一个实例中，量子位信息可以包括关于量子处理器104的超导量子位的量子位状态(例如，激发态、基态、或叠加态)的信息。
微波信号108可以由稀释制冷机系统102的定向耦合器202接收。定向耦合器202可以是一个电路，该电路促进经典计算系统106、量子处理器104、和/或基于约瑟夫逊的隔离器204之间的连接。在一方面中，微波信号108可以由定向耦合器202的第一端口接收。微波信号108的一部分可以经由冷负载耗散，该冷负载经由定向耦合器202的第二端口耦合到定向耦合器202。冷负载可以是例如50欧姆负载。此外，微波信号108的剩余部分可以经由定向耦合器202的第三端口提供给量子处理器104。例如，微波信号108的剩余部分可以经由第三端口被提供给量子处理器104。此外，微波信号108的剩余部分可以反射离开量子处理器104(例如，离开量子处理器104的量子位谐振器)，以提供与量子位信息(例如，量子位测量)相关联的读出输出信号212，该量子位信息与量子处理器104相关联。在一个实施例中，微波信号108可以经由电路量子电动力学(cQED)反射离开量子处理器104。例如，量子处理器104的超导量子位可以被分散地耦合到量子处理器104的量子位谐振器上。此外，量子位状态可以基于施加到量子处理器104的微波信号108的测量相位移动而被确定。这样，由量子处理器104提供的读出输出信号212可以包括量子位信息，诸如量子位测量、量子位状态，和/或其他量子位信息。
基于约瑟夫逊的隔离器204、约瑟夫逊定向放大器206、和/或带通滤波器208可以进一步处理由量子处理器104提供的读出输出信号212(例如，与微波信号108相关联的读出输出信号212)在一个方面中，该读出输出信号212可以经由定向耦合器202的第四端口被传输到基于约瑟夫逊的隔离器204。基于约瑟夫逊的隔离器204可以允许读出输出信号212在稀释制冷机系统102内无衰减地传送。基于约瑟夫逊的隔离器204还可以允许读出输出信号212在朝向约瑟夫逊定向放大器206的单个方向上被传送。在实施例中，基于约瑟夫逊的隔离器204可以包括经由分束器耦合的两个有源约瑟夫逊混频器。基于约瑟夫逊的隔离器204的两个有源约瑟夫逊混频器可以例如经由微波泵浦源信号来驱动。在另一实施例中，基于约瑟夫逊的隔离器204可以限制提供给量子处理器104的噪声(例如，来自稀释制冷机系统102内的输出链的噪声)。约瑟夫逊定向放大器206可以放大稀释制冷机系统的读出输出信号212。约瑟夫逊定向放大器206可以是量子限制放大器或近量子限制放大器。在实施例中，约瑟夫逊定向放大器206可以包括耦合在一起的两个约瑟夫逊参数转换器，以促进读出输出信号212的放大。在某些实施例中，读出输出信号212可以附加地由以特定频率为中心的带通滤波器208滤波。例如，带通滤波器208可以允许与读出输出信号212相关联的特定频带通过基于约瑟夫逊的混频器209。在一方面中，带通滤波器208以最小损耗传送读出输出信号212，并且可以阻挡低于阈值频率的DC信号和/或微波信号。基于约瑟夫逊的混频器209可以将读出输出信号212转换成降低频率的微波信号110。降低频率的微波信号110可以包括低于读出输出信号212的频率和微波信号108的频率。例如，该降低频率的微波信号110可以包括一个频率，该频率低于量子处理器104的超导量子位的频率以及量子处理器104的量子位谐振器的频率。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器209可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将与微波信号108相关联的读出输出信号212降频转换为降低频率的微波信号110。因此，降低频率的微波信号110可以是降频转换的读出输出信号(例如，读出输出信号212的降频转换的版本)，在一个实施例中，由基于约瑟夫逊的混频器209生成的降低频率的微波信号110可以由低通滤波器滤波。例如，稀释制冷机系统102的10mK阶段与稀释制冷机系统102的4K阶段之间的输出线可以包括基于约瑟夫逊的混频器209与RSFQ ADC 210之间的低通滤波器。低通滤波器可以抑制低通滤波器的截止频率以上的高频率信号和/或噪声。例如，低通滤波器可以以最小损耗传送频率降低的微波信号110，以便由RSFQ ADC210处理。此外，低通滤波器可以抑制与稀释制冷机系统102内的输出链相关联的高频率噪声。此外，RSFQ ADC 210可以生成数字信号112。例如，RSFQ ADC 210可以采样和/或数字化降低频率的微波信号110以生成数字信号112。在一个实施例中，RSFQ ADC 210可以基于超导设备将降低频率的微波信号110数字化以生成数字信号112。这样，数字信号112可以包括被包括在读出输出信号212中的量子位信息的编码版本，其中被包括在数字信号112中的量子位信息使用二进制比特的序列被编码。在一个实施例中，RSFQ ADC 210可以采用由约瑟夫逊结生成的单通量量子电压脉冲，以将频率降低的微波信号110转换成数字信号112。由RSFQ ADC 210生成的数字信号112可以经由用于稀释制冷机系统102的输出传输线被提供给经典计算系统106。在某些实施例中，RSFQ ADC 210可以是能量高效的RSFQ(ERSFQ)ADC或能量高效的单通量量子(eSFQ)ADC。在某些实施例中，RSFQ ADC 210和/或对频率降低的微波信号110进行滤波的低通滤波器可以位于稀释制冷机系统102的输出传输线上。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统200可提供各种优点。例如，通过采用系统200，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统200，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图3示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统300的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统300可以包括制冷机系统102'、量子处理器104和/或经典计算系统106。稀释制冷机系统102'可以是稀释制冷机系统102的备选实施例。在图3所示的实施例中，稀释制冷机系统102'可以包括定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209、直流超导量子干涉设备(DC-SQUID)放大器302和/或RSFQ ADC 210。在实施例中，定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混合器209和/或DC-SQUID放大器302可以被安装在稀释制冷机系统102'的10mK阶段上。附加地或备选地，RSFQ ADC 210可以被安装在稀释制冷机系统102'的4K阶段上。由经典计算系统106生成的微波信号108可以经由用于稀释制冷机系统102'的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102'。在某些实施例中，用于稀释制冷机系统102'的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。在一个实施例中，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于与量子处理器104相关联的量子位谐振频率和/或读出谐振频率。例如，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于量子处理器104的超导量子位的量子位谐振频率。附加地或备选地，微波信号108可以包括对应于量子处理器104的读出谐振器的频率。在某些实施方案中，微波信号108可以附加地或备选地控制量子处理器104的一个或多个部分。例如，可以控制量子处理器104的一个或多个部分的微波信号108，可以控制量子处理器104的超导量子位。附加地或备选地，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的一个或多个量子测量。例如，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的量子位信息的测量。在一个实施例中，量子位信息可以包括关于量子处理器104的超导量子位的量子位状态(例如，激发态、基态、或叠加态)的信息。
微波信号108可以由稀释制冷机系统102'的定向耦合器202接收。定向耦合器202可以是一个电路，该电路促进经典计算系统106、量子处理器104、和/或基于约瑟夫逊的隔离器204之间的连接。在一方面中，微波信号108可以由定向耦合器202的第一端口接收。微波信号108的一部分可以经由冷负载耗散，该冷负载经由定向耦合器202的第二端口耦合到定向耦合器202。冷负载可以是例如50欧姆负载。此外，微波信号108的剩余部分可以经由定向耦合器202的第三端口提供给量子处理器104。例如，微波信号108的剩余部分可以经由第三端口提供给量子处理器104。此外，微波信号108的剩余部分可以反射离开量子处理器104(例如，离开量子处理器104的量子位谐振器)以提供与量子位信息(例如，量子位测量)相关联的读出输出信号212，该量子位信息与量子处理器104相关联。在一个实施例中，微波信号108可以经由cQED反射离开量子处理器104。例如，量子处理器104的超导量子位可以被分散地耦合到量子处理器104的量子位谐振器上。此外，量子位状态可以基于施加到量子处理器104的微波信号108的测量相位移动而被确定。这样，由量子处理器104提供的读出输出信号212可以包括量子位信息，诸如量子位测量、量子位状态，和/或其他量子位信息。
基于约瑟夫逊的隔离器204和/或带通滤波器208可以进一步处理由量子处理器104提供的读出输出信号212(例如，与微波信号108相关联的读出输出信号212)。在一方面，读出输出信号212可以经由定向耦合器202的第四端口被传送到基于约瑟夫逊的隔离器204。基于约瑟夫逊的隔离器204可以允许读出输出信号212在稀释制冷机系统102'内无衰减地传送。基于约瑟夫逊的隔离器204还可以允许读出输出信号212在朝向带通滤波器208的单个方向上被传送。在实施例中，基于约瑟夫逊的隔离器204可以包括经由分束器耦合的两个有源约瑟夫逊混频器。基于约瑟夫逊的隔离器204的两个有源约瑟夫逊混频器可以例如经由微波泵浦源信号来驱动。在某些实施例中，读出输出信号212可以另外由以特定频率为中心的带通滤波器208滤波。例如，带通滤波器208可以允许与读出输出信号212相关联的特定频带通过基于约瑟夫逊的混频器209。在一方面中，带通滤波器208可以最小损耗传送读出输出信号212，并且可以阻挡低于阈值频率的DC信号和/或微波信号。基于约瑟夫逊的混频器209可以将读出输出信号212转换成降低频率的微波信号110。降低频率的微波信号110可以包括低于读出输出信号212的频率和微波信号108的频率。例如，该降低频率的微波信号110可以包括一个频率，该频率低于量子处理器104的超导量子位的频率以及量子处理器104的量子位谐振器的频率。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器209可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将与微波信号108相关联的读出输出信号212降频转换为降低频率的微波信号110。因此，降低频率微波信号110可以是降频转换的读出输出信号(例如，读出输出信号212的下变频版本)，DC-SQUID放大器302可以放大降低频率的微波信号110。DC-SQUID放大器302可以是量子限制放大器或近量子限制放大器。在一个实施例中，DC-SQUID放大器302可以包括在超导环路中并联的两个约瑟夫逊结，该超导环路被耦合到芯片上的微波电路以促进降低频率的微波信号110的放大。在一个实施例中，由DC-SQUID放大器302生成的降低频率的微波信号110的放大版本可以由低通滤波器滤波。例如，稀释制冷机系统102的10mK阶段和稀释制冷机系统102的4K阶段之间的输出线可以包括DC-SQUID放大器302和RSFQ ADC 210之间的低通滤波器。低通滤波器可以抑制低通滤波器的截止频率以上的高频率信号和/或噪声。此外，RSFQ ADC 210可以基于降低频率的微波信号110的放大版本生成数字信号112。例如，RSFQ ADC 210可以采样和/或数字化降低频率的微波信号110的放大版本以生成数字信号112。这样，数字信号112可以包括被包括在读出输出信号212中的量子位信息的编码版本，其中被包括在数字信号112中的量子位信息使用二进制比特序列被编码。在一个实施例中，RSFQ ADC 210可以采用由约瑟夫逊结生成的单通量量子电压脉冲来将降低频率的微波信号110的放大版本转换成数字信号112。由RSFQ ADC 210生成的数字信号112可以经由用于稀释制冷机系统102'的输出传输线被提供给经典计算系统106。在某些实施例中，RSFQ ADC210可以是ERSFQ ADC或eSFQ ADC。在某些实施例中，RSFQ ADC 210和/或对降低频率的微波信号110进行滤波的低通滤波器可以位于稀释制冷机系统102'的输出传输线上。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统300可提供各种优点。例如，通过采用系统300，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统300，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图4示出了根据本文所述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统400的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似素件的重复描述。
系统400可以包括稀释制冷机系统102、量子处理器104、经典计算系统106、RSFQ逻辑402和/或RSFQ数模转换器(DAC)404。稀释制冷机系统102可以包括定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、约瑟夫逊定向放大器206、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209和/或RSFQ ADC 210。在图4所示的实施例中，RSFQ DAC404生成微波信号108。由RSFQDAC 404生成的微波信号108可以经由用于稀释制冷机系统102的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102。在某些实施例中，稀释制冷机系统102的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。RSFQ DAC 404和/或RSFQ DAC 404可以通信地耦合到经典计算系统106。例如，RSFQDAC 404和/或RSFQ DAC 404可以通信地耦合到经典计算系统106的一个或多个电子器件。在一个实施例中，RSFQ DAC 404和/或RSFQ DAC 404可以位于稀释制冷机系统102的4K阶段中。数字信号112可以被提供给经典计算系统106和RSFQ逻辑402。RSFQ逻辑402可以包括用于促进将数字信号112转换为微波信号108的逻辑。例如，RSFQ逻辑402可以包括用于促进将数字信号112转换为微波信号108的反馈版本或顺序版本的逻辑。在某些实施例中，RSFQ逻辑402可以包括用于基于数字信号112的结果促进将数字信号112转换成微波信号108的反馈版本或顺序版本的逻辑。这样，在某些实施例中，微波信号108可以由稀释制冷机系统102内的设备生成。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统400可以提供各种优点。例如，通过采用系统400，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统400，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图5示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统500的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统500可以包括稀释制冷机系统102'、量子处理器104、经典计算系统106、RSFQ逻辑402和/或RSFQ DAC 404。稀释制冷机系统102'可以包括定向耦合器202、基于约瑟夫逊的隔离器204、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209、DC-SQUID放大器302和/或RSFQADC 210。在图5所示的实施例中，RSFQ DAC 404可以生成微波信号108。由RSFQ DAC 404生成的微波信号108可以经由用于稀释制冷机系统102的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102'。在某些实施例中，用于稀释制冷机系统102'的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。RSFQ DAC 404和/或RSFQ DAC404可以通信地耦合到经典计算系统106。例如，RSFQ DAC404和/或RSFQ DAC 404可以通信地耦合到经典计算系统106的一个或多个电子器件。在一个实施例中，RSFQ DAC 404和/或RSFQ DAC 404可以位于稀释制冷机系统102'的4k阶段中。数字信号112可以被提供给经典计算系统106和RSFQ逻辑402。RSFQ逻辑402可以包括用于促进将数字信号112转换为微波信号108的逻辑。例如，RSFQ逻辑402可以包括用于促进将数字信号112转换为微波信号108的反馈版本或顺序版本的逻辑。在某些实施例中，RSFQ逻辑402可以包括用于基于数字信号112的结果促进将数字信号112转换成微波信号108的反馈版本或顺序版本的逻辑。因此，在某些实施例中，微波信号108可以由稀释制冷机系统102'内的设备生成。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统500可以提供各种优点。例如，通过采用系统500，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统500，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图6示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例非限制系统600的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统600可以包括制冷机系统102”、量子处理器104和/或经典计算系统106。稀释制冷机系统102”可以是稀释制冷机系统102的备选实施例。在图6所示的实施例中，稀释制冷机系统102”可以包括基于约瑟夫逊的混频器602、带通滤波器604、基于约瑟夫逊的循环器606、约瑟夫逊定向放大器206、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209和/或RSFQADC210。在一个实施例中，基于约瑟夫逊的混频器602、带通滤波器604、基于约瑟夫逊的循环器606、约瑟夫逊定向放大器206、带通滤波器208，和/或基于约瑟夫逊的混频器209可以被安装在稀释制冷机系统102”的10mK阶段上。附加地或替代地，RSFQ ADC 210可以被安装在稀释制冷机系统102”的4K阶段上。由经典计算系统106生成的微波信号108可以经由稀释制冷机系统102”的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102”。在某些实施例中，稀释制冷机系统102”的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。在一个实施例中，微波信号108可以包括低于与量子处理器104相关联的量子位谐振频率和/或读出谐振频率的低频率。例如，微波信号108可以包括一个频率，该频率低于量子处理器104的超导量子位的量子位谐振频率。附加地或备选地，微波信号108可以包括在量子处理器104的读出谐振器之下的频率。在某些实施例中，微波信号108可以附加地或备选地控制量子处理器104的一个或多个部分。例如，可以控制量子处理器104的一个或多个部分的微波信号108，可以控制量子处理器104的超导量子位。附加地或备选地，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的一个或多个量子测量。例如，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的量子位信息的测量。在一个实例中，量子位信息可以包括关于量子处理器104的超导量子位的量子位状态(例如，激发态、基态、或叠加态)的信息。微波信号108可以由稀释制冷机系统102”的基于约瑟夫逊的混频器602接收。基于约瑟夫逊的混频器602可以基于具有特定频率的泵浦信号来促进微波信号108的传输和/或生成。在一方面中，基于约瑟夫逊的混频器602可以将微波信号108增频转换成增加频率的微波信号。例如，基于约瑟夫逊的混频器602可以将微波信号108增频转换为读出信号213。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器602可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将微波信号108增频转换为增加频率的微波信号。因此，读出信号213可以是增频转换的读出输出信号。在某些实施例中，微波信号108可以附加地由以特定频率为中心的带通滤波器604滤波。例如，带通滤波器604可以允许与微波信号108相关联的特定频带穿过以到达基于约瑟夫逊的循环器606。在一方面中，带通滤波器604可以最小损耗来传送微波信号108，并且可以阻挡低于阈值频率的DC信号和/或微波信号。
基于约瑟夫逊的循环器606可以是一个电路，该电路促进经典计算系统106、量子处理器104、和/或约瑟夫逊定向放大器206之间的连接。在一个方面中，基于约瑟夫逊的循环器606可以是非互易性微波设备。在一个实现中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括三个端口。在另一实现中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括四个端口。在示例中，进入基于约瑟夫逊的循环器606的端口的信号可以基于预定义的循环方向以低损耗被路由到基于约瑟夫逊的循环器606的另一端口。在一个实现中，微波信号108可以由基于约瑟夫逊的循环器606的第一端口接收。此外，量子处理器104可以被耦合到基于约瑟夫逊的循环器606的第二端口上。微波信号108的一部分可以经由第二端口反射离开量子处理器104(例如，离开量子处理器104的量子位谐振器)，以提供与量子位信息(例如，量子位测量)相关联的读出输出信号，该量子位信息与该量子处理器104相关联。读出输出信号可以经由基于约瑟夫逊的循环器606的第三端口发送。在某些实施例中，冷负载可以经由基于约瑟夫逊的循环器606的第四端口耦合到基于约瑟夫逊的循环器606。冷负载可以是例如50欧姆负载。在一个实施例中，微波信号108可以经由cQED反射离开量子处理器104。例如，量子处理器104的超导量子位可以被分散地耦合到量子处理器104的量子位谐振器上。此外，量子位状态可以基于施加到量子处理器104的微波信号108的测量的相位移动而被确定。这样，由量子处理器104提供的读出输出信号可以包括量子位信息，诸如量子位测量、量子位状态，和/或其他量子位信息。在一个方面中，基于约瑟夫逊的循环器606可以阻止约瑟夫逊定向放大器206对与读出输出信号相关联的量子位信息的过度反作用。在一个实施例中，基于约瑟夫逊的环行器606可以在没有磁性材料和/或强磁场的情况下实现。在另一实施例中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括一组约瑟夫逊参数转换器。
约瑟夫逊定向放大器206和/或带通滤波器208可以进一步处理由量子处理器104提供的读出输出信号(例如，与微波信号108相关联的读出输出信号)。在一个方面中，可以将该读出输出信号传送到约瑟夫逊定向放大器206。约瑟夫逊定向放大器206可以放大读出输出信号。约瑟夫逊定向放大器206可以是量子限制放大器或近量子限制放大器。在实施例中，约瑟夫逊定向放大器206可以包括耦合在一起的两个约瑟夫逊参数转换器，以促进读出输出信号的放大。在某些实施例中，读出输出信号可以另外由以特定频率为中心的带通滤波器208滤波。例如，带通滤波器208可以允许与读出输出信号相关联的特定频带穿过以到达基于约瑟夫逊的混频器209。在一个方面中，带通滤波器208可以以最小损耗传送读出输出信号，并且可以阻挡低于阈值频率的DC信号和/或微波信号。基于约瑟夫逊的混频器209可以将读出输出信号转换成降低频率的微波信号110。降低频率的微波信号110可以包括低于读出输出信号的频率和微波信号108的频率。例如，该降低频率的微波信号110可以包括一个频率，该频率低于量子处理器104的超导量子位的频率以及量子处理器104的量子位谐振器的频率。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器209可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将与微波信号108相关联的读出输出信号降频转换为降低频率的微波信号110。因此，降低频率的微波信号110可以是降频转换的读出输出信号(例如，读出输出信号的降频转换版本)在实施例中，由基于约瑟夫逊的混频器209生成的降低频率的微波信号110可以由低通滤波器滤波。例如，稀释制冷机系统102的10mK阶段与稀释制冷机系统102的4K阶段之间的输出线可以包括基于约瑟夫逊的混频器209与RSFQ ADC 210之间的低通滤波器。低通滤波器可以抑制低通滤波器的截止频率以上的高频率信号和/或噪声。此外，RSFQ ADC 210可以生成数字信号112。例如，RSFQ ADC210可以采样和/或数字化降低频率的微波信号110以生成数字信号112。这样，数字信号112可以包括被包括在读出输出信号中的量子位信息的编码版本，其中被包括在数字信号112中的量子位信息使用二进制比特序列被编码。在一个实施例中，RSFQADC 210可以采用由约瑟夫逊结生成的单通量量子电压脉冲来将降低频率的微波信号110转换成数字信号112。由RSFQ ADC 210生成的数字信号112可以经由用于稀释制冷机系统102”的输出传输线被提供给经典计算系统106。在某些实施例中，RSFQ ADC 210可以是ERSFQ ADC或eSFQ ADC。在某些实施例中，RSFQ ADC 210和/或对降低频率的微波信号110进行滤波的低通滤波器可以位于稀释制冷机系统102”的输出传输线上。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统600可以提供各种优点。例如，通过采用系统600，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统600，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图7示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统700的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统700可以包括稀释制冷机系统102”'、量子处理器104和/或经典计算系统106。稀释制冷机系统102”'可以是稀释制冷机系统102'的备选实施例。在图7所示的实施例中，稀释制冷机系统102”'可以包括基于约瑟夫逊的混频器602、带通滤波器604、基于约瑟夫逊的循环器606、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209、DC-SQUID放大器和/或RSFQ ADC210。在一个实施例中，基于约瑟夫逊的混频器602、带通滤波器604、基于约瑟夫逊的循环器606、带通滤波器208、基于约瑟夫逊的混频器209、和/或DC-SQUID放大器可以被安装在稀释制冷机系统102”'的10mK阶段上。附加地或备选地，RSFQ ADC 210可以被安装在稀释制冷机系统102”'的4K阶段上。由经典计算系统106生成的微波信号108可以经由用于稀释制冷机系统102”'的输入传输线被提供给稀释制冷机系统102”'。在某些实施例中，用于稀释制冷机系统102”'的输入传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器(例如，一个或多个低通滤波器)以衰减和/或滤波微波信号108。在一个实施例中，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于与量子处理器104相关联的一个量子位谐振频率和/或一个读出谐振频率。例如，微波信号108可以包括一个频率，该频率对应于量子处理器104的超导量子位的量子位谐振频率。附加地或备选地，微波信号108可以包括对应于量子处理器104的读出谐振器的频率。在某些实施例中，微波信号108可以附加地或备选地控制量子处理器104的一个或多个部分。例如，可以控制量子处理器104的一个或多个部分的微波信号108，可以控制量子处理器104的超导量子位。附加地或备选地，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的一个或多个量子测量。例如，微波信号108可以促进与量子处理器104相关联的量子位信息的测量。在一个实施例中，量子位信息可以包括关于量子处理器104的超导量子位的量子位状态(例如，激发态、基态、或叠加态)的信息。微波信号108可以由稀释制冷机系统102”'的基于约瑟夫逊的混频器602接收。基于约瑟夫逊的混频器602可以基于具有特定频率的泵浦信号来促进微波信号108的传输和/或生成。在一个方面中，基于约瑟夫逊的混频器602可以将微波信号108增频转换成增加频率的微波信号。例如，基于约瑟夫逊的混频器602可以将微波信号108增频转换为读出信号213。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器602可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将微波信号108增频转换为增加频率的微波信号。因此，读出信号213可以是增频转换的读出输出信号。在某些实施例中，微波信号108可以附加地由以特定频率为中心的带通滤波器604滤波。例如，带通滤波器604可以允许与微波信号108相关联的特定频带穿过以到达基于约瑟夫逊的循环器606。在一个方面中，带通滤波器604可以以最小损耗传送微波信号108，并且可以阻挡DC信号和/或低于阈值频率的微波信号。
基于约瑟夫逊的循环器606可以是一个电路，该电路促进经典计算系统106、量子处理器104、和/或约瑟夫逊定向放大器206之间的连接。在一个方面中，基于约瑟夫逊的循环器606可以是非互易性微波设备。在一个实现中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括三个端口。在另一实现中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括四个端口。在示例中，进入基于约瑟夫逊的循环器606的端口的信号可以基于预定义的循环方向以低损耗被路由到基于约瑟夫逊的循环器606的另一端口。在一个实现中，微波信号108可以由基于约瑟夫逊的循环器606的第一端口接收。此外，量子处理器104可以被连接到基于约瑟夫逊的循环器606的第二端口上。微波信号108的一部分可以经由第二端口反射离开量子处理器104(例如，离开该量子处理器104的量子位谐振器)，以提供与量子位信息(例如，量子位测量)相关联的读出输出信号，该量子位信息与量子处理器104相关联。读出输出信号可以经由基于约瑟夫逊的循环器606的第三端口传送。在某些实施例中，冷负载可以经由基于约瑟夫逊的循环器606的第四端口耦合到基于约瑟夫逊的循环器606。冷负载可以是例如50欧姆负载。在一个实施例中，微波信号108可以经由cQED反射离开量子处理器104。例如，量子处理器104的超导量子位可以被分散地耦合到量子处理器104的量子位谐振器上。此外，量子位状态可以基于施加到量子处理器104的微波信号108的测量的相位移动而被确定。这样，由量子处理器104提供的读出输出信号可以包括量子位信息，诸如量子位测量、量子位状态，和/或其他量子位信息。在一个方面中，基于约瑟夫逊的循环器606可以阻止DC-SQUID放大器302对与读出输出信号相关联的量子位信息的过度反作用。在一个实施例中，基于约瑟夫逊的循环器606可以在没有磁性材料和/或强磁场的情况下实现。在另一实施例中，基于约瑟夫逊的循环器606可以包括一组约瑟夫逊参数转换器。
带通滤波器208可以进一步处理由量子处理器104提供的读出输出信号(例如，与微波信号108相关联的读出输出信号)。在一个方面中，该读出输出信号可以附加地由以特定频率为中心的带通滤波器208进行滤波。例如，带通滤波器208可以允许与读出输出信号相关联的特定频带穿过基于约瑟夫逊的混频器209。在一个方面中，带通滤波器208可以以最小损耗传送读出输出信号，并且可以阻挡低于阈值频率的DC信号和/或微波信号。基于约瑟夫逊的混频器209可以将读出输出信号转换成降低频率的微波信号110。降低频率的微波信号110可以包括低于读出输出信号的频率和微波信号108的频率。例如，降低频率的微波信号110可以包括一个频率，该频率低于量子处理器104的超导量子位的频率以及量子处理器104的量子位谐振器的频率。在实施例中，基于约瑟夫逊的混频器209可以包括耦合到一个或多个集总元件谐振器和/或一个或多个表面声波谐振器的一组约瑟夫逊环调制器，以促进将与微波信号108相关联的读出输出信号降频转换为降低频率的微波信号110。因此，降低频率微波信号110可以是降频转换的读出输出信号(例如，读出输出信号的降频转换版本)，DC-SQUID放大器302可以放大降低频率的微波信号110。DC-SQUID放大器302可以是量子限制放大器或近量子限制放大器。在一个实施例中，DC-SQUID放大器302可以包括在超导环路中并联的两个约瑟夫逊结，以促进对降低频率的微波信号110进行放大。在一个实施例中，由DC-SQUID放大器302生成的降低频率的微波信号110的放大版本可以由低通滤波器滤波。例如，稀释制冷机系统102的10mK阶段和稀释制冷机系统102的4K阶段之间的输出线可以包括DC-SQUID放大器302和RSFQ ADC 210之间的低通滤波器。低通滤波器可以抑制低通滤波器的截止频率以上的高频率信号和/或噪声。此外，RSFQ ADC 210可以基于降低频率的微波信号110的放大版本生成数字信号112。例如，RSFQ ADC 210可以采样和/或数字化降低频率的微波信号110的放大版本以生成数字信号112。这样，数字信号112可以包括被包括在读出输出信号中的量子位信息的一编码版本，其中被包括在数字信号112中的量子位信息使用二进制比特序列被编码。在一个实施例中，RSFQ ADC 210可以采用由约瑟夫逊结生成的单通量量子电压脉冲来将降低频率的微波信号110的放大版本转换为数字信号112。由RSFQ ADC 210生成的数字信号112可以经由用于稀释制冷机系统102的输出传输线被提供给经典计算系统106。在某些实施例中，用于稀释制冷机系统102"'的输出传输线可以包括一个或多个衰减器和/或一个或多个滤波器，以衰减和/或滤波数字信号112。在某些实施例中，RSFQ ADC 210可以是ERSFQ ADC或eSFQ ADC。
在某些实施例中，RSFQ ADC 210和/或对频率降低的微波信号110进行滤波的低通滤波器可以位于稀释制冷机系统102"'的输出传输线上。
应该理解，与传统的稀释制冷机系统相比，系统700可以提供各种优点。例如，通过采用系统700，可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的硬件开销。减少的硬件开销还可以促进稀释制冷机系统的可扩展性。另外，稀释制冷机系统内的热负荷和/或质量负荷可以被减小。还可以减少与量子处理器相关联的稀释制冷机系统的功耗。此外，通过采用系统700，可以改进与稀释制冷机系统相关联的量子处理器的性能和/或准确度。
图8示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统800的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统800包括经典计算系统106。经典计算系统106可以通信地耦合到稀释制冷机系统102、稀释制冷机系统102'、稀释制冷机系统102”或稀释制冷机系统102”'。在图8所示的实施例中，经典计算系统106可以包括经典信号管理802和/或一个或多个电子器件804。经典信号管理802可以通信地耦合到一个或多个电子器件804。经典信号管理802和/或一个或多个电子器件804可以例如在室温(例如，在大约273K)的计算环境中操作。经典信号管理802可以执行与数字信号112相关联的经典信号处理。经典信号管理802可以附加地或备选地执行与数字信号112相关联的信号分析。此外，经典计算系统106可以附加地或备选地管理与数字信号112相关联的数据(例如，比特)的存储。一个或多个电子器件804可以生成微波信号108和/或可以将微波信号108传送到稀释制冷机系统102、稀释制冷机系统102'、稀释制冷机系统102”或稀释制冷机系统102”'。在实施例中，一个或多个电子器件804可以是一个或多个信号发生器。在某些实施例中，经典信号管理802和一个或多个电子设备804可以交换一个或多个模拟信号和/或一个或多个数字信号。在某些实施例中，经典信号管理802和/或一个或多个电子器件804可以控制与RSFQ逻辑402和/或RSFQ DAC 404相关联的一个或多个功能。在某些实施例中，经典信号管理802和/或一个或多个电子器件804可以向RSFQ逻辑402和/或RSFQ DAC 404传送一个或多个模拟信号。
图9示出了根据本文描述的一个或多个实施例的示例性非限制性系统900的框图。为了简洁，省略了在这里描述的其它实施例中采用的类似元素的重复描述。
系统900包括基于约瑟夫逊的混频器901。例如，基于约瑟夫逊的混频器901可以对应于基于约瑟夫逊的混频器209。然而，在另一示例中，基于约瑟夫逊的混频器901可以对应于基于约瑟夫逊的混频器602。基于约瑟夫逊的混频器901可以包括微波谐振器902、表面声波谐振器904和约瑟夫逊环调制器906。微波谐振器902可以是能够在特定微波频率下谐振的微波谐振器。表面声波谐振器904可以是机电谐振器，其可以谐振一个或多个与微波谐振器不同的微波频率。在一个方面中，微波谐振器902可以包括第一谐振频率，并且表面声波谐振器904可以包括第二谐振频率。约瑟夫逊环调制器906可以包括一组约瑟夫逊隧道结。例如，约瑟夫逊环调制器906可以包括以惠斯通电桥配置布置的一组约瑟夫逊结。附加地或备选地，约瑟夫逊环调制器906可以包括一组分流结。在实施例中，泵浦信号908可以被利用以控制读出输出信号212经由例如微波谐振器902、表面声波谐振器904和约瑟夫逊环调制器906到降低频率的微波信号110的频率降频转换。在某些实施例中，基于约瑟夫逊的混频器901可以包括耦合电容器910、耦合电容器912、耦合电容器914和/或耦合电容器916，以促进微波谐振器902、表面声波谐振器904和/或约瑟夫逊环形调制器906之间的一个或多个耦合。耦合电容器910、耦合电容器912、耦合电容器914和/或耦合电容器916可以附加地或备选地促进读出输出信号212、降低频率的微波信号110和/或泵浦信号908的处理。例如，耦合电容器916可以将携带降低频率的微波信号110的外部传输线耦合到表面声波谐振器904。耦合电容器910可以将携带读出输出信号212的外部传输线耦合到微波谐振器902。例如，耦合电容器912和/或耦合电容器914可以将携带输入和输出泵浦驱动的传输线918耦合到约瑟夫逊环调制器。
图10示出了用于提供一种改进的稀释制冷机的一个示例性非限制性方法1000的流程图，该稀释制冷机用于根据本文描述的一个或多个实施例的超导量子处理器。在1002处，由与量子处理器相关联的稀释制冷机系统，基于位于稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路，将微波信号转换成降低频率的微波信号。在1004处，由稀释制冷机系统将降低频率的微波信号数字化为包括与量子处理器相关联的量子位信息的数字信号。在1004处，数字信号由稀释制冷机系统传送至经典计算系统。在某些实施例中，方法1000可以附加地或备选地包括由稀释制冷机系统从经典计算系统接收微波信号。在某些实施例中，方法1000可以附加地或备选地包括由稀释制冷机系统经由位于稀释制冷机系统内的约瑟夫逊定向放大器来放大微波信号。在某些实施例中，方法1000可以附加地或备选地包括由稀释制冷机系统经由位于稀释制冷机系统内的基于约瑟夫逊的隔离器隔离量子处理器免受噪音。在某些实施例中，方法1000可以附加地或备选地包括由稀释制冷机系统，使用位于稀释制冷机系统内的基于约瑟夫逊的隔离器，来保护量子处理器免受与稀释制冷机系统的输出链相关联的噪声的影响。
为了解释的简单，主题知识被描绘和描述为一系列动作。可以理解和明白，本发明不受所示动作和/或动作顺序的限制，例如，动作可以按各种顺序和/或并行地发生，并且可以与本文未呈现和描述的其它动作一起发生。此外，根据所公开的主题，并非所有示出的动作都是实现主题的过程所需要的。此外，本领域技术人员将理解和意识到，主题知识库可以备选地经由状态图或事件被表示为一系列相互关联的状态。
此外，因为将微波信号至少转换成降低频率的微波信号、数字化降低频率的微波信号等，这些由电气和机械部件和电路的组合来建立，人类不能复制或执行由本文公开的系统和/或装置执行的处理。例如，人不能将微波信号转换成降低频率的微波信号。此外，人类不能数字化降低频率的微波信号。
此外，术语“或”旨在表示包含性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另外指定，或者从上下文中清楚，否则“X采用A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或者X采用A和B两者，则在任何前述实例下都满足“X采用A或B”。此外，除非另外指定或从上下文中清楚是指单数形式，否则如在本说明书和附图中使用的冠词“一个(a)”和“一个(an)”一般应被解释为表示“一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例”和/或“示例性的”用于表示用作示例、实例或说明。为了避免疑惑，本文公开的主题不受这些示例限制。此外，本文中描述为“示例”和/或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计优选或有利，也不意味着排除本领域普通技术人员已知的等效示例性结构和技术。
以上描述的内容包括系统和计算机实现的方法的示例。当然，不可能为了描述本公开而描述组件或计算机实现的方法的每个可想到的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到，本公开的许多进一步的组合和置换是可能的。此外，就在详细描述、权利要求书、附录和附图中使用术语“包括”、“具有”、“拥有”等来说，这些术语旨在以与术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所解释的类似的方式为包含性的。
已经出于说明的目的呈现了对各种实施例的描述，但是不旨在是穷举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明显的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、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公开的实施例。

Claims (25)

1.一种用于使用微波信号测量超导量子位的低温微波系统，包括：
用于量子处理器的稀释制冷机系统，所述稀释制冷机系统基于位于所述稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路，将与量子位信息相关联的微波信号转换为降低频率的微波信号，其中所述降低频率的微波信号包括低于量子位频率的频率以及与所述量子处理器相关联的读出谐振器频率。
2.根据权利要求1所述的低温微波系统，其中用于所述稀释制冷机系统的输入传输线包括衰减器和低通滤波器以对所述微波信号进行衰减和滤波。
3.根据权利要求1所述的低温微波系统，其中用于所述稀释制冷机系统的输出传输线包括低通滤波器以拒绝特定频率信号和噪声，并且其中所述输出传输线包括模数转换器和低通滤波器以对所述降低频率的微波信号进行数字化和滤波。
4.根据权利要求1所述的低温微波系统，其中所述稀释制冷机系统包括模数转换器，所述模数转换器基于超导设备将所述降低频率的微波信号数字化以生成用于经典计算系统的数字信号。
5.根据权利要求1所述的低温微波系统，其中采用所述降低频率的微波信号改进所述量子处理器的性能。
6.一种系统，包括：
用于量子处理器的稀释制冷机系统，所述稀释制冷机系统减小和增大与量子位读出相关联的微波信号的频率以提供与所述量子处理器相关联的量子位测量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述微波信号是第一微波信号，并且其中所述稀释制冷机系统包括约瑟夫逊混频器电路，所述约瑟夫逊混频器电路将所述第一微波信号转换为第二微波信号，并且其中与所述第一微波信号相关联的第一频率大于与所述第二微波信号相关联的第二频率。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括快速单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)，所述快速单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)基于超导设备将所述第二微波信号数字化以生成用于经典计算系统的数字信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括近量子限制放大器，所述近量子限制放大器放大所述第二微波信号以产生用于被所述RSFQ ADC处理的所述第二微波信号的放大版本。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括量子限制放大器，所述量子限制放大器放大所述第一微波信号以生成用于被所述约瑟夫逊混频器电路处理的所述第一微波信号的放大版本。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括基于约瑟夫逊的隔离器，所述基于约瑟夫逊的隔离器包括一组约瑟夫逊混频器以限制噪声，所述噪声被所述稀释制冷机系统内的输出链提供给所述量子处理器。
12.根据权利要求7所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括带通滤波器，所述带通滤波器基于频带对所述第一微波信号进行滤波以生成用于被所述约瑟夫逊混频器电路处理的所述第一微波信号的滤波版本。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述稀释制冷机系统包括低通滤波器，所述低通滤波器以最小损耗来传输用于被所述RSFQ ADC处理的所述第二微波信号。
14.根据权利要求6所述的系统，其中所述系统还包括：
包括生成所述微波信号的电子设备的经典计算系统。
15.根据权利要求6所述的系统，其中所述稀释制冷机系统减小和增大所述稀释制冷机系统内的所述微波信号的所述频率以改进所述量子处理器的相干性。
16.一种方法，包括：
由与量子处理器相关联的稀释制冷机系统，基于位于所述稀释制冷机系统内的约瑟夫逊混频器电路，将微波信号转换成降低频率的微波信号；
由所述稀释制冷机系统将所述降低频率的微波信号数字化为包括与所述量子处理器相关联的量子位信息的数字信号；以及
由所述稀释制冷机系统将所述数字信号传送至经典计算系统。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述稀释制冷机系统从所述经典计算系统接收所述微波信号。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述稀释制冷机系统经由位于所述稀释制冷机系统内的约瑟夫逊定向放大器来放大所述微波信号。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述稀释制冷机系统，使用位于所述稀释制冷机系统内的基于约瑟夫逊的隔离器，来保护所述量子处理器免受与所述稀释制冷机系统的输出链相关联的噪声的影响。
20.一种系统，包括：
约瑟夫逊混频器电路，所述约瑟夫逊混频器电路将与由量子处理器生成的量子信息相关联的第一微波信号转换成第二微波信号，其中与所述第一微波信号相关联的第一频率大于与所述第二微波信号相关联的第二频率；以及
快速单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)，所述快速单通量量子模数转换器基于超导设备将所述第二微波信号数字化以生成用于经典计算系统的数字信号。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括：
量子限制放大器，所述量子限制放大器放大所述第二微波信号以生成用于被所述RSFQADC处理的所述第二微波信号的放大版本。
22.根据权利要求20所述的系统，还包括：
量子限制放大器，所述量子限制放大器放大所述第一微波信号以生成用于被所述约瑟夫逊混频器电路处理的所述第一微波信号的放大版本。
23.一种系统，包括：
量子处理器；以及
稀释制冷机系统，所述稀释制冷机系统经由约瑟夫逊混频器电路，降低与量子位读出相关联的第一微波信号的频率以生成第二微波信号，并且经由单通量量子(RSFQ)模数转换器(ADC)数字化所述第二微波信号以生成用于经典计算系统的数字信号。
24.根据权利要求23所述的系统，还包括：
近量子限制放大器，所述近量子限制放大器放大所述第二微波信号以生成用于被所述RSFQ ADC处理的所述第二微波信号的放大版本。
25.根据权利要求23所述的系统，还包括：
量子限制放大器，所述量子限制放大器放大所述第一微波信号以生成用于被所述约瑟夫逊混频器电路处理的所述第一微波信号的放大版本。
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