CN114731138A - 基于约瑟夫逊环调制器的超导量子位和谐振器系统 - Google Patents

基于约瑟夫逊环调制器的超导量子位和谐振器系统 Download PDF

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CN114731138A CN202080079063.4A CN202080079063A CN114731138A CN 114731138 A CN114731138 A CN 114731138A CN 202080079063 A CN202080079063 A CN 202080079063A CN 114731138 A CN114731138 A CN 114731138A
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Abstract

一种超导量子力学装置包括在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接的第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结。该装置还包括第一电容器焊盘和第二电容器焊盘。第一电容器焊盘和第二电容器焊盘以及电桥电路形成具有对应于第一谐振本征模式的谐振频率的超导量子位。该装置还包括第一谐振器部分和第二谐振器部分。第一谐振器部分和第二谐振器部分以及电桥电路形成具有对应于第二谐振本征模式的谐振频率的谐振器。该装置还包括布置在电桥电路附近的磁通量源。磁通量源被配置为在操作期间提供通过电桥电路的磁通量，以在第三谐振本征模式被激发时引起第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式之间的耦合。

Description

基于约瑟夫逊环调制器的超导量子位和谐振器系统
技术领域
本发明的当前要求保护的实施例涉及超导量子力学装置，并且更具体地涉及一种具有耦合到在同一装置内的超导谐振器的超导量子位的超导量子力学装置。
背景技术
电路量子电动力学(cQED)是量子处理器架构中的基本且常见的构建块。cQED包括耦合到超导谐振器的超导量子位。量子位和谐振器的谐振频率通常是不同的。例如，量子位频率可以是大约5GHz，而谐振器频率可以是大约7GHz。当频率不同时，耦合被称为色散耦合。存在可以使用的各种类型的量子位，包括例如传输子(transmon)、磁通量子(fluxonium)、电容分路(capacitively-shunted)量子位等。还存在可以使用的各种几何形状的超导谐振器，包括例如共面波导谐振器、带状线谐振器、微带谐振器、三维空腔等。可以用于谐振器的超导材料的示例包括但不限于Nb、Al、TiN、NbTiN、NbN等。可以采用各种机制来将量子位耦合到谐振器，包括电容性耦合(例如，通过电容器)和电感性耦合(例如，通过互感)。
cQED用于许多应用，包括：1)谐振器用作量子位和外部电路之间的带通滤波器，以滤除在量子位频率处通过线路进入的噪声；2)通过经由谐振器端口注入量子位脉冲，可以驱动和控制量子位；以及3)通过检测受量子位状态影响的谐振器频率的变化，可以测量量子位状态。
为了使用cQED架构测量量子位的状态，将接近读出谐振器频率的读出信号发送到谐振器。由于量子位和谐振器之间的耦合(电容性或电感性)，谐振器频率取决于量子位状态。换句话说，读出谐振器的谐振频率在量子位处于基态时与在量子位处于激发态时不同。由于读出谐振器谐振频率与量子位状态的相关性，读出信号的频率被设置为在这两个谐振频率之间的中间。通过监测或测量反射的读出信号的相移，可以确定量子位状态，因为相移将取决于读出谐振器的谐振频率而不同，所述谐振频率取决于量子位状态。
因此，在cQED中，读出谐振器可以保护量子位免受来自外部环境的电磁噪声。cQED还允许使用谐振器相对精确和灵敏地测量量子位状态。cQED允许执行量子位状态的量子非破坏测量。总之，cQED的理论得到了很好的发展，并且cQED架构相对容易实现和放大。
然而，在cQED中，量子位与读出谐振器之间的耦合总是接通的。因此，读出谐振器中存在的任何噪声光子(热或非热)都可能导致量子位状态失相并失去其相位相干性。避免这个问题的一种方法是增加谐振器的带宽以减少其测量量子位所花费的时间。然而，增加谐振器的带宽以减少其测量量子位所花费的时间也可能导致减少量子位的寿命(由于Purcell效应)。为了对抗Purcell效应并且仍然提供相对快速的读出，通常将Purcell滤波器添加到读出谐振器。Purcell滤波器是在读出频率具有几乎为一的传输但在量子位频率具有大的衰减的微波滤波器。因此，这种解决方案给量子处理器架构增加了硬件复杂性。
对于耦合到相对慢(具有窄带宽)的读出谐振器的量子位，通过使用施加到读出谐振器的特定脉冲序列(例如CLEAR方法)快速清空光子的读出谐振器，可以减少由长寿命读出光子(其是读出脉冲的一部分)引起的量子位失相。这种解决方案也给量子处理器架构增加了软件、脉冲和定时复杂性。
在常规装置中，为了减少读出谐振器内部的光子布居并因此减少量子位失相，量子位与读出谐振器之间的耦合以及噪声光子的存在对量子位设置提出了严格的要求。例如，读出谐振器被很好地热化到基础温度级，所施加的脉冲的功率尽可能低以防止热效应，耦合到读出谐振器的环境中的热耗散也应当被最小化，并且低温隔离器和循环器被添加到输出线路以保护免受包括诸如放大噪声之类的电磁噪声或诸如读出频率处的黑体辐射之类的热噪声的噪声。这些低温循环器和隔离器体积大、难以热化、昂贵、重，并且使用了可能对超导电路具有负面影响的磁性材料和强磁场。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种超导量子力学装置。该超导量子力学装置包括第一约瑟夫逊结(Josephson junction)、电连接到第一约瑟夫逊结的第二约瑟夫逊结、电连接到第二约瑟夫逊结的第三约瑟夫逊结、以及电连接到第三约瑟夫逊结和第一约瑟夫逊结的第四约瑟夫逊结，使得第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接。该超导量子力学装置还包括在第一约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到第一约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结的第一电容器焊盘，以及在第二约瑟夫逊结和第三约瑟夫逊结之间的节点处电连接到第二约瑟夫逊结和第三约瑟夫逊结的第二电容器焊盘，使得第一电容器焊盘、第二电容器焊盘和电桥电路形成超导量子位，该超导量子位具有与电桥电路的第一谐振本征模式对应的谐振频率。该超导量子力学装置还包括第一谐振器部分和第二谐振器部分，第一谐振器部分在第一约瑟夫逊结与第二约瑟夫逊结之间的节点处电连接至第一约瑟夫逊结和第二约瑟夫逊结，第二谐振器部分在第三约瑟夫逊结与第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接至第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结，使得第一谐振器部分、第二谐振器部分和电桥电路形成具有与第二谐振本征模式对应的谐振频率的谐振器。超导量子力学装置还包括被布置在电桥电路附近的磁通量源。磁通量源被配置为在操作期间提供通过电桥电路的磁通量，以在第三谐振本征模式被激发时引起第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式之间的耦合。
在一个实施例中，磁通量源是载流元件，以提供对电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。在一个实施例中，磁通量源是磁性材料，以提供对电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。在一个实施例中，磁通量源是可控制的。在一个实施例中，磁通量源提供一半的通量量子
Figure BDA0003641651180000041
在一个实施例中，超导量子位是类传输子量子位。在一个实施例中，第一谐振器部分和第二谐振器部分都是基本等长的谐振器线路。在一个实施例中，第一谐振器部分和第二谐振器部分包括布置在电接地焊盘之间的谐振器线路。
在一个实施例中，超导量子力学装置还包括谐振器馈线，该谐振器馈线被配置为电磁耦合到谐振器，以便在操作期间提供第二谐振本征模式的激发。在一个实施例中，谐振器馈线与谐振器分离，以便在谐振器馈线与谐振器之间限定电容器。
在一个实施例中，该超导量子力学装置还包括量子位馈线，该量子位馈线被配置为电磁耦合到超导量子位，以便在操作期间提供第一谐振本征模式的激发。在一个实施例中，量子位馈线与超导量子位分离，以便在量子位馈线与超导量子位之间限定电容器。在一个实施例中，超导量子位和谐振器形成在同一基底上，并且电桥电路基本上位于超导量子位和谐振器的共同中心处。
在一个实施例中，第一谐振器部分、第二谐振器部分、第一约瑟夫逊结、第二约瑟夫逊结、第三约瑟夫逊结和第四约瑟夫逊结包括从由Al、Nb、NbTiN、NbN和TiN组成的组中选择的超导材料。
在一个实施例中，使用施加到超导量子位或谐振器的控制驱动来激发第三谐振本征模式。在一个实施例中，控制驱动的频率被设置为超导量子位的量子位频率和谐振器的谐振频率之间的差。在一个实施例中，控制驱动的幅度被设置为在超导量子位与谐振器之间产生全频率转换。在一个实施例中，控制驱动的幅度被设置为产生50:50分束，其中量子位信息的一半与谐振器信息的一半交换。在一个实施例中，控制驱动的频率被设置为超导量子位的量子位频率与谐振器的谐振器频率之和，并且控制驱动的幅度被设置为产生量子位模式和谐振器模式的双模压缩。在一个实施例中，控制驱动的频率在微波频率范围内。
本量子力学装置具有许多益处，包括在量子位初始化、单量子位门和/或多量子位门期间保护量子位免于由于谐振器中的光子或光子噪声而失相。这是因为量子位模式(X模式)和谐振器模式(Y模式)是正交的。X模式与Y模式正交，并且这两个模式仅当控制驱动信号为接通时才可以被耦合或者能够经由第三模式(Z模式)交互。因此，该保护特征允许该装置减少输出线路上所需的低温隔离器和循环器的数量。此外，量子位在电路的公共第三模式(Z模式)中可能易受光子噪声的影响。然而，因为Z模式处于与读出谐振器频率(Y模式)不同的频率，所以可以在该唯一频率附近的频带内对输入线路和输出线路进行滤波，而不使用循环器和/或隔离器。
附图说明
通过参考附图考虑下面的描述和所附权利要求，本发明的概念以及操作的方法和结构的相关元件的功能、以及部件的组合和制造的经济性将变得更加清楚，所有这些附图形成本说明书的一部分，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示对应的部件。然而，应当清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，而不旨在作为对本发明的限制的定义。
图1是根据本发明的一个实施例的超导量子力学装置的示意图；
图2是根据本发明的另一个实施例的超导量子力学装置的示意图；以及
图3A-图3C示出了根据本发明的一个实施例的具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的超导量子力学装置100的示意图。超导量子力学装置100包括第一约瑟夫逊结102、电连接至第一约瑟夫逊结102的第二约瑟夫逊结104、电连接至第二约瑟夫逊结104的第三约瑟夫逊结106、以及电连接至第三约瑟夫逊结106和第一约瑟夫逊结102的第四约瑟夫逊结108，使得第一约瑟夫逊结102、第二约瑟夫逊结104、第三约瑟夫逊结106、以及第四约瑟夫逊结108在电桥电路110中连接。电桥电路110具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式。电桥电路110类似于传统的惠斯通电桥。然而，代替传统惠斯通电桥中的电阻器，电桥电路110具有以类似配置布置的至少四个约瑟夫逊结。
图3A-图3C示出了根据本发明的实施例的具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路110。例如，图3A-图3C示出了电桥节点上对应于第一本征模式、第二本征模式和第三本征模式的rf电压极性。图3A示出了在第一本征模式(X模式)下操作的电桥电路110。图3B示出了在第二本征模式(Y模式)下操作的电桥电路110。图3C示出了在第三本征模式(Z模式)下操作的电桥电路110。在一些实施例中，第一本征模式、第二本征模式和第三本征模式彼此相互正交。在一些实施例中可以是约瑟夫逊环调制器(JRM)的电桥电路110是基于约瑟夫逊隧道结(例如，四个约瑟夫逊结)的非线性色散电路，该非线性色散电路可以在量子限制下执行电磁信号(例如，微波信号)的三波混合。然而，本发明的广义概念不限于仅四个约瑟夫逊结。根据一些实施例，额外的约瑟夫逊结可以被包括在电桥电路110的一个或多个支路中。
超导量子力学装置100还包括在第一约瑟夫逊结102和第四约瑟夫逊结108之间的节点1处电连接到第一约瑟夫逊结102和第四约瑟夫逊结108的第一电容器焊盘112。超导量子力学装置100还包括在第二约瑟夫逊结104和第三约瑟夫逊结106之间的节点2处电连接到第二约瑟夫逊结104和第三约瑟夫逊结106的第二电容器焊盘114。第一电容器焊盘112、第二电容器焊盘114和电桥电路110形成超导量子位116。超导量子位116具有与电桥电路110的第一谐振本征模式(X模式)对应的谐振频率(fQ)。
超导量子力学装置100还包括在第一约瑟夫逊结102和第二约瑟夫逊结104之间的节点3处电连接到第一约瑟夫逊结102和第二约瑟夫逊结104的第一谐振器部分120。超导量子力学装置100还包括在第三约瑟夫逊结106和第四约瑟夫逊结108之间的节点4处电连接到第三约瑟夫逊结106和第四约瑟夫逊结108的第二谐振器部分122。第一谐振器部分120、第二谐振器部分122和电桥电路110形成具有与电桥电路110的第二谐振本征模式(Y模式)对应的谐振频率(fR)的谐振器126。
超导量子力学装置100还包括被布置在电桥电路110附近的磁通量源128。磁通量源128被配置为在操作期间提供通过电桥电路110的磁通量，以当第三谐振本征模式(Z模式)被外部驱动激发时，引起第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式(X模式、Y模式和Z模式)之间的耦合。
在一个实施例中，磁通量源128是载流元件，以提供对电桥电路(回路)110进行通量偏置的电磁磁通量源。在另一实施例中，磁通量源128是磁性材料，以提供对电桥电路(回路)110进行通量偏置的电磁磁通量源。磁通量源128并不仅限于这些特定示例。它可以是一个或多个载流元件和/或一个或多个由磁性材料形成的磁体的组合。在一个实施例中，磁通量源128可以被控制并且可以被设置为提供零通量。当没有磁通量穿过电桥电路(环路)110时，三个本征模式之间的耦合常数消失。在另一个实施例中，磁通量源128可以被设置为提供一半的通量量子
Figure BDA0003641651180000071
在这种情况下在三个本征模式之间产生耦合。
在一个实施例中，超导量子位116是类传输子量子位。例如，超导量子位116可以是类传输子量子位。
在一个实施例中，第一谐振器部分120包括谐振器线路120A，并且第二谐振器部分122包括谐振器线路122A。在一个实施例中，线路120A和122A具有基本相等的长度。在一个实施例中，第一谐振器部分120和第二谐振器部分122是共面的。在一个实施例中，第一谐振器部分120和第二谐振器部分122包括微带或带状线。在一个实施例中，第一谐振器部分120和第二谐振器部分122包括布置在电接地焊盘130之间的谐振器线路120A和122A。
在一个实施例中，第一谐振器部分120、第二谐振器部分122、第一约瑟夫逊结102、第二约瑟夫逊结104、第三约瑟夫逊结106和第四约瑟夫逊结108包括超导材料，诸如但不限于Al、Nb、NbTiN、NbN和TiN。
在一个实施例中，超导量子位116和谐振器126形成在同一基底上，并且电桥电路110基本上位于超导量子位116和谐振器126的共同中心处并且被结合到超导量子位116和谐振器126中。
在一个实施例中，超导量子力学装置100还包括谐振器馈线132，该谐振器馈线被配置为电磁耦合到谐振器126并且以激发第二谐振本征模式(Y模式)的读出频率承载输入和输出读出信号。在一个实施例中，谐振器馈线132与谐振器126分离，以便在谐振器馈线132与谐振器126之间限定电容器134。在一个实施例中，电容器134由谐振器馈线132和谐振器126的第一谐振器部分120之间的间隔限定。电容器134可以将谐振器馈线132电磁耦合到谐振器126。第二谐振本征模式(Y模式)的激发可以通过将驱动信号通过谐振器馈线132发送到谐振器126中来实现。例如，在一个实施例中，驱动信号可以具有微波范围内的频率。然而，驱动信号也可以具有较高频率范围或较低频率范围内的频率。
在一个实施例中，超导量子力学装置100还包括量子位馈线136，该量子位馈线被配置为电磁耦合到超导量子位116，以便在操作期间提供第一谐振本征模式(X模式)的激发。在一个实施例中，量子位馈线136与超导量子位116分离，以便在量子位馈线136与超导量子位116之间限定电容器138。在一个实施例中，电容器138是由量子位馈线136与量子位116的电容器焊盘114之间的间距限定的。电容器138可以将量子位馈线136电磁耦合到量子位116。第一谐振本征模式(X模式)的激发可以通过将驱动信号通过量子位馈线136发送到量子位116中来完成。第一本征模式、第二本征模式或第三本征模式的激发可以通过施加驱动信号(例如，微波频率范围内的驱动信号)经由谐振器馈线132或量子位馈线136来实现。
在一个实施例中，使用通过量子位馈线136施加到超导量子位116或者通过谐振器馈线132施加到谐振器126的控制驱动信号来激发第三谐振本征模式(Z模式)。在一个实施例中，控制驱动的频率被设置为超导量子位116的量子位频率(fQ)和谐振器126的谐振器频率(fR)之间的差。在一个实施例中，控制驱动的幅度被设置为在超导量子位116和谐振器126之间产生全频率转换。在另一个实施例中，控制驱动的幅度被设置为产生50:50分束，其中量子位信息的一半与谐振器信息的一半交换。
图2是根据本发明的另一个实施例的超导量子力学装置200的示意性电路图。超导量子力学装置200在许多方面类似于以上段落中描述的超导量子力学装置100。因此，在图2中使用相同的附图标记来指示超导量子力学装置100和200之间的共同部件，并且在以下段落中仅突出不同的特征。
在一个实施例中，超导量子力学装置200还包括连接到电桥电路110的节点3和第一谐振器部分120的焊盘202以及连接到电桥电路110的节点4和第二谐振器部分122的焊盘204。例如，焊盘202可以被提供并连接到第一谐振器部分120的线路120A的与节点3邻接的端部，并且焊盘204可以被连接到第二谐振器部分122的线路122A的与节点4邻接的端部。在另一实施例中，代替使用焊盘202和204，可以使线路120A的端部的宽度和线路122A的端部的宽度更大。提供焊盘202和204或扩大线路120A和122A的端部允许通过增加跨越约瑟夫逊结102、104、106和108的分路电容器来减少节点3和4处的电荷分散。
超导量子力学装置100和200具有多个益处，包括在量子位初始化、单量子位门、和/或多量子位门期间保护量子位116免于由于谐振器126中的光子或光子噪声而失相。这是因为量子位模式(X模式)和谐振器模式(Y模式)是正交的。X模式与Y模式正交，并且这两个模式仅在控制驱动信号为接通时可以被耦合或者能够经由Z模式交互。因此，该保护特征允许减少输出线路上的低温隔离器和循环器的数量。此外，量子位116可能在电路的公共模式(Z模式)中易受光子噪声的影响。然而，因为Z模式处于与读出谐振器频率(Y模式)不同的频率，所以可以在该唯一频率附近的频带内对输入线路和输出线路进行滤波，而不使用循环器和/或隔离器。
如以上段落所述，在一个实施例中，控制驱动的频率(fD)可被设置为超导量子位116的量子位频率(fQ)和谐振器126的谐振器频率(fR)之间的差，fD＝|fQ-fR|，并且驱动幅度/功率可被设置为在量子位和谐振器之间产生全频率转换。这种操作模式可以用于测量量子位状态。通过施加控制驱动(激发或没有激发)，量子位状态与谐振器读出光子交换。通过测量输出读出光子，可以推断量子位状态。值得注意的是，可以将谐振器120用作存储谐振器(即，存储器)而不是读出谐振器。
如以上段落所述，在另一个实施例中，控制驱动的幅度可以被设置为产生50:50分束，其中量子位信息的一半与谐振器信息的一半交换。在这种情况下，控制驱动频率仍然是fD＝|fQ-fR|。然而，幅度或功率被设置为产生50:50的分束器点，其中量子位信息的一半与谐振器信息的一半交换，而另一半在量子位和谐振器中保留。通过测量输出读出光子，可以使量子位状态与飞行光子即输出读出光子纠缠。因此，通过测量输出读出光子，可以推断量子位状态。
在另一个实施例中，控制驱动频率fD可以被替代地设置为等于量子位频率fQ和谐振器频率fR之和。fD＝|fQ+fR|并且驱动幅度或功率可以被设置为产生量子位模式和谐振器模式的双模压缩。由于谐振器和量子位之间的纵向耦合，这种操作模式可提供量子位状态的非常快速的高保真度的读出(比使用横向耦合的cQED更快)。这种操作模式可消除对读出链中的量子限制约瑟夫逊放大器的需要以及必要的中间级的开销和损耗。
在又一实施例中，可以实现完全转换模式，随后是四波混合操作(单模压缩或放大)。在这种模式中，量子位和谐振器信息被交换，并且然后通过在谐振器频率fR(或在谐振器频率的两倍，2fR)处向谐振器施加相对强的泵浦(相对高功率)，反射的读出信号可以被压缩或放大，这可以导致提高测量信噪比(SNR)。这种单模压缩或放大在实现某些纠错玻色子码时是有用的。在另一个实施例中，在四波操作(单模压缩)中，在执行量子位和谐振器之间的信息交换之前，压缩读出谐振器内部的真空噪声。
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清楚的。本文所使用的术语被选择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 (20)

1.一种超导量子力学装置，包括：
第一约瑟夫逊结、电连接到所述第一约瑟夫逊结的第二约瑟夫逊结、电连接到所述第二约瑟夫逊结的第三约瑟夫逊结、以及电连接到所述第三约瑟夫逊结和所述第一约瑟夫逊结的第四约瑟夫逊结，使得所述第一约瑟夫逊结、所述第二约瑟夫逊结、所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结在具有第一谐振本征模式、第二谐振本征模式和第三谐振本征模式的电桥电路中连接；
第一电容器焊盘和第二电容器焊盘，所述第一电容器焊盘在所述第一约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第一约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结，所述第二电容器焊盘在所述第二约瑟夫逊结和所述第三约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第二约瑟夫逊结和所述第三约瑟夫逊结，使得所述第一电容器焊盘、所述第二电容器焊盘和所述电桥电路形成超导量子位，所述超导量子位具有与所述电桥电路的所述第一谐振本征模式对应的谐振频率；
第一谐振器部分和第二谐振器部分，所述第一谐振器部分在所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第一约瑟夫逊结和所述第二约瑟夫逊结，所述第二谐振器部分在所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结之间的节点处电连接到所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结，使得所述第一谐振器部分、所述第二谐振器部分和所述电桥电路形成谐振器，所述谐振器具有与所述第二谐振本征模式对应的谐振频率；以及
磁通量源，所述磁通量源被布置在所述电桥电路附近，
其中，所述磁通量源被配置为在操作期间提供通过所述电桥电路的磁通量，以在所述第三谐振本征模式被激发时引起所述第一谐振本征模式、所述第二谐振本征模式和所述第三谐振本征模式之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是载流元件，以提供对所述电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是磁性材料，以提供对所述电桥电路进行通量偏置的电磁磁通量源。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源是可控制的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述磁通量源提供一半的通量量子
Figure FDA0003641651170000021
6.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中，所述超导量子位是类传输子量子位。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述第一谐振器部分和所述第二谐振器部分都是基本等长的谐振器线路。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述第一谐振器部分和所述第二谐振器部分包括布置在电接地焊盘之间的谐振器线路。
9.根据前述权利要求1中的任一项所述的超导量子力学装置，还包括谐振器馈线，所述谐振器馈线被配置为电磁耦合到所述谐振器，以便在操作期间提供所述第二谐振本征模式的激发。
10.根据权利要求9所述的超导量子力学装置，其中所述谐振器馈线与所述谐振器分离，以便在所述谐振器馈线与所述谐振器之间限定电容器。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，还包括量子位馈线，所述量子位馈线被配置为电磁耦合到所述超导量子位，以便在操作期间提供所述第一谐振本征模式的激发。
12.根据权利要求11所述的超导量子力学装置，其中，所述量子位馈线与所述超导量子位分离，以便在所述量子位馈线与所述超导量子位之间限定电容器。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的量子装置，其中所述超导量子位和所述谐振器形成在同一基底上，并且所述电桥电路基本上位于所述超导量子位和所述谐振器的共同中心处。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中，所述第一谐振器部分、所述第二谐振器部分、所述第一约瑟夫逊结、所述第二约瑟夫逊结、所述第三约瑟夫逊结和所述第四约瑟夫逊结包括从由Al、Nb、NbTiN、NbN和TiN组成的组中选择的超导材料。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的超导量子力学装置，其中使用施加到所述超导量子位或所述谐振器的控制驱动来激发所述第三谐振本征模式。
16.根据权利要求15所述的超导量子力学装置，其中所述控制驱动的频率被设置为所述超导量子位的量子位频率与所述谐振器的谐振频率之间的差。
17.根据权利要求15至16中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述控制驱动的幅度被设置为在所述超导量子位与所述谐振器之间产生全频率转换。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的超导量子力学装置，其中，所述控制驱动的幅度被设置为产生50:50分束，其中量子位信息的一半与谐振器信息的一半交换。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述控制驱动的频率被设置为所述超导量子位的量子位频率与所述谐振器的谐振器频率之和，并且所述控制驱动的幅度被设置为产生量子位模式和谐振器模式的双模压缩。
20.根据权利要求15到19中的任一项所述的超导量子力学装置，其中所述控制驱动的频率在微波频率范围内。
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