CN115136159A - 用于调谐量子比特的电容的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种模拟计算系统具有量子比特，该量子比特设置有靠近量子比特的约瑟夫逊结定位的电感器以及远离量子比特的约瑟夫逊结定位的电感器。随着这些电感器的相应电感增加，这些近电感器表现出电容减少行为且这些远电感器表现出电容增加行为。可以基于该量子比特的预测电容和目标电容来调谐近电感器和远电感器以跨一系列可编程状态均质化该量子比特的电容。可以调谐这些电感器以均质化电容和电感两者。

Description

用于调谐量子比特的电容的系统和方法

技术领域

本披露内容总体上涉及模拟计算，并且具体地涉及用于调谐量子装置的物理特性的装置的设计和操作。

背景技术

量子装置

量子装置是在其中可观察到量子力学效应的结构。量子装置包括在其中由量子力学效应主导电流传输的电路。这样的装置包括其中电子自旋被用作资源的自旋电子装置以及超导电路。超导电路是包括超导装置的电路。超导装置是包括超导材料的装置。超导材料是在电流、磁场和温度的临界水平以下没有电阻的材料。自旋和超导性均是量子力学现象。超导性是在提交本申请时本领域所熟知的物理现象。量子装置可以用于测量仪器、用在计算机器中等。

量子计算

量子计算和量子信息处理是活跃的研究领域并且定义了多类可销售产品。量子计算机是直接使用比如叠加、隧穿和纠缠等至少一种量子力学现象来对数据执行操作的系统。量子计算机的元件是量子二进制数字，被称为量子比特。量子计算机有望针对某些类别的计算问题、比如模拟量子物理学的计算问题提供指数级的加速。可能存在对于其他类别的问题有用的加速。

量子计算的一个模型是绝热量子计算。例如，绝热量子计算可以适合用于解决困难的优化问题。例如，在美国专利7,135,701和美国专利7,418,283中描述了关于绝热量子计算系统、方法和设备的更多细节。

量子退火

量子退火是一种计算方法，该计算方法可以用于找出系统的低能态，通常优选地是系统的基态。在概念上与经典的模拟退火类似，该方法所依赖的基本原理在于自然系统趋向于较低能态，因为较低能态更加稳定。虽然经典退火使用经典的热波动来将系统引导到低能态，但量子退火可以使用比如量子隧穿等量子效应作为离域源，以便比经典退火更准确和/或更快速地达到能量最小值。在量子退火中，可能存在热效应和其他噪声。最终低能态可以不是全局能量最小值。

绝热量子计算可以被视为量子退火的特例。在绝热量子计算中，系统理想地开始并在整个绝热演化过程中保持其基态。因此，本领域的技术人员应了解的是，量子退火系统和方法通常可以在绝热量子计算机上实施。贯穿本申请，任何对量子退火的引用都旨在包含绝热量子计算，除非上下文中另有要求。

超导量子比特

量子处理器可以是包括超导量子比特的超导量子处理器。Wendin G.和ShumeikoV.S.,“SUPERCONDUCTING QUANTUM CIRCUITS,QUBITS AND COMPUTING[超导量子电路、量子比特和计算]”(arXiv:cond-mat/0508729v1,2005)介绍了用于量子信息处理的量子化超导电路的物理学和操作原理。

耦合

耦合器可以提供量子处理器中的量子装置之间的通信耦合。例如，耦合可以在相邻和/或不相邻的量子比特之间。除非另外明确指示，否则如本文和权利要求中所使用的，术语耦合(couple)、耦合(couples)、耦合(coupling)和这种术语的变体意味着两个或更多个部件之间的直接或间接通信耦合或通信。

调谐量子比特的特性

比如量子比特和耦合器等量子装置可以处理各种特性，比如通量、持续电流、电感、电容等。这样的特性可能影响由这样的量子比特执行的量子计算的结果，因此可能期望调谐这些特性中的一个或多个以与给定计算的参数一致。美国专利号8,536,566和9,152,923以及PCT申请号US2018/066613提供了用于调谐量子比特特性的示例系统和方法，包括示例量子比特和耦合器。

模拟计算系统(比如量子处理器)中的量子比特拥有比如电感和电容等相同(或近似地相同)的性质是有利的。这有助于从问题(例如表示为哈密尔顿算子)准确地映射到物理模拟处理器上。为此，一些模拟处理器包括被称为用于调谐量子比特的电感的L调谐器的装置(例如，如由美国专利号8,536,566所描述的)。由于各种因素，比如结构复杂性、由此引起的带宽限制、对通量量子比特本征态的干扰、操作灵活性和/或其他因素，添加用于调谐电容的“C调谐器”已被证明具有挑战性。因此，仍然期望用于调谐量子比特的电容的系统和方法。

相关技术的上述示例以及与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。在阅读本说明书和研究附图之后，相关领域的其他限制将对本领域的技术人员变得显而易见。

发明内容

本披露内容的各方面提供了一种包括量子比特的模拟计算系统。该量子比特包括由第一超导电流路径形成的量子比特环路以及中断该量子比特环路的至少一个约瑟夫逊结。该至少一个约瑟夫逊结具有临界距离，使得在沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的位置添加集总电感会减少该至少一个约瑟夫逊结处的量子比特电容，并且在沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的位置添加该集总电感会增加该量子比特电容。该量子比特进一步包括沿着该量子比特环路设置的多个电感器。该多个电感器中的每一个可调谐以提供可调谐电感。该多个电感器包括：一个或多个近电感器，每个近电感器沿着该量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结小于该临界距离的位置处；以及一个或多个远电感器，每个远电感器沿着该量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结大于该临界距离的位置处。

在一些实施方式中，该模拟计算系统包括可调谐地耦合到该量子比特环路的一个或多个耦合器。该一个或多个耦合器中的每一个可调谐以提供与该量子比特的相应耦合强度。

在一些实施方式中，该多个电感器中的每一个的该可调谐电感可在对应电感范围内调谐且该一个或多个耦合器中的每一个具有对应的耦合器感应的电感范围，每个耦合器感应的电感范围包括该至少一个约瑟夫逊结处的量子比特电感在该一个或多个耦合器中的对应耦合器的状态之间的差，并且该多个电感器的可调谐电感范围之和大于这些对应的耦合器感应的电感范围中的每一个。

在一些实施方式中，该多个电感器中的一个电感器包括一个或多个电感器约瑟夫逊结，该一个或多个电感器约瑟夫逊结中断该量子比特环路且可调谐以提供该多个电感器中的这一个电感器的相应可调谐电感范围。在一些实施方式中，该多个电感器中的这一个电感器包括一个或多个DC-SQUID，该一个或多个DC-SQUID包括该一个或多个电感器约瑟夫逊结。在一些实施方式中，该多个电感器中的这一个电感器包括沿着该量子比特环路串联连接的多个DC-SQUID。

在一些实施方式中，该多个电感器的可调谐电感范围之和大于总耦合器感应的电感范围，该总耦合器感应的电感范围包括第一耦合器感应的电感与第二耦合器感应的电感之间的差，该第一耦合器感应的电感包括在第一状态下的该量子比特电感，在该第一状态中，该一个或多个耦合器中的每一个铁磁地耦合到该量子比特，并且该第二耦合器感应的电感包括在第二状态下的该量子比特电感，在该第二状态中，该一个或多个耦合器中的每一个反铁磁地耦合到该量子比特。

在一些实施方式中，该一个或多个近电感器共同可调谐以将该量子比特电容从第一耦合器感应的电容减少到在目标电容的第一阈值内；并且该一个或多个远电感器共同可调谐以将该量子比特电容从第二耦合器感应的电容增加到在该目标电容的第二阈值内。

在一些实施方式中，该第一耦合器感应的电容包括在第三状态下的该量子比特电容，在该第三状态中，该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则反铁磁地耦合到该量子比特环路，并且该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则铁磁地耦合到该量子比特环路；以及该第二耦合器感应的电容包括在第四状态下的该量子比特电容，在该第四状态中，该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则铁磁地耦合到该量子比特环路，并且该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则反铁磁地耦合到该量子比特环路。

在一些实施方式中，对于该一个或多个耦合器的预定目标量子比特电感和一组预定耦合强度，该多个电感器可调谐以针对这些第一状态、第二状态、第三状态和第四状态中的每一个提供总可调谐电感，从而将该量子比特电感增加到在该预定目标量子比特电感的第三阈值内且发生以下情况中的至少一种：将该量子比特电容增加和减少到在该目标电容的第四阈值内。

在一些实施方式中，该量子比特包括：第二量子比特环路，该至少一个约瑟夫逊结中断该第二量子比特环路；以及至少一个次级电感器，该至少一个次级电感器沿着该第二量子比特环路设置。在一些实施方式中，该量子比特环路和该第二量子比特环路沿着共享部分部分地重叠，并且该多个电感器中的共享电感器沿着该共享部分设置。在一些实施方式中，该共享电感器包括该一个或多个近电感器中的一个近电感器。

在一些实施方式中，该至少一个次级电感器包括：一个或多个次级近电感器，每个次级近电感器沿着该第二量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结小于第二临界距离的位置处；以及一个或多个次级远电感器，每个次级远电感器沿着该第二量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结大于该第二临界距离的位置处。在一些实施方式中，该多个电感器和该至少一个次级电感器共同提供是总耦合器感应的电感范围的至少两倍的共同可调谐电感范围。

本发明的各方面提供了用于调谐模拟计算系统中的量子比特的有效电容的系统和方法。方法由与模拟计算系统通信的处理器(例如，通过执行由至少一个非暂态处理器可读存储介质存储的处理器可执行指令或数据中的至少一者)来执行且包括确定该量子比特的预测电容、确定该量子比特的目标电容、基于该目标电容和该预测电容来确定总电容变化ΔC、以及调谐多个电感器。每个电感器沿着量子比特环路设置在距该量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的对应距离处，且基于距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离以及该总电容变化来被调谐以改变该量子比特的有效电容。

在一些实施方式中，该一个或多个约瑟夫逊结具有临界距离，使得在沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该一个或多个约瑟夫逊结的位置添加集总电感会减少该一个或多个约瑟夫逊结处的量子比特电容，并且在比该临界距离更远离该一个或多个约瑟夫逊结的位置添加该集总电感会增加该量子比特电容。在一些实施方式中，调谐多个电感器包括：调谐该多个电感器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该一个或多个约瑟夫逊结的第一电感器以减少该量子比特电容；以及调谐该多个电感器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该一个或多个约瑟夫逊结的第二电感器以增加该量子比特电容。

在一些实施方式中，基于距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离来调谐该多个电感器包括基于该第一电感器及该第二电感器距沿着该量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的该临界距离处的点的相应距离来调谐该第一电感器和该第二电感器。

在一些实施方式中，该方法包括：确定该量子比特的预测电感；确定该量子比特的目标电感；以及基于该目标电感和该预测电感来确定总电感变化ΔL。在一些实施方式中，调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括调谐该多个电感器使得该多个电感器的对应多个可调谐电感之和在总电感变化ΔL的阈值内，且调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间。

在一些实施方式中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：调谐该多个电感器中的该第一电感器的可调谐电感以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及调谐该多个电感器中的该第二电感器的可调谐电感以增加该有效量子比特电容并且增加该有效量子比特电感。

在一些实施方式中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL来从电感器调谐值的多个候选分布中选择选定分布；以及基于该选定分布的电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

在一些实施方式中，每个候选分布对应于候选电容变化，并且选择该选定分布包括基于该候选电容变化与该总电容变化ΔC之间的差来选择该选定分布。

在一些实施方式中，基于该选定分布来调谐该多个可调谐电感器包括基于该选定分布的电感器调谐值以及该多个候选分布中的另一候选分布的电感器调谐值来将用于该多个电感器中的每一个的内插电感器调谐值内插；以及基于这些内插电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

在一些实施方式中，识别该多个候选分布包括在查找表中基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者来识别该多个候选分布；并且其中，该多个候选分布中的另一候选分布接近于该查找表中的该选定分布。

在一些实施方式中，识别电感器调谐值的该多个候选分布包括沿着查找表的第一轴线查找该第一电感器和该第二电感器之一的第一组电感器调谐值，并且沿着该查找表的第二轴线针对该第一组电感器调谐值中的每一个识别该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值，使得该第一电感器调谐值和该第二电感器调谐值之和在该总电感变化ΔL的阈值内，与该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值配对的来自该第一组的每个电感器调谐值包括候选分布并且对应于预测电容变化。

在一些实施方式中，从该多个候选分布中选择选定分布包括在该多个候选分布当中选择具有最接近该总电容变化ΔC的对应预测电容变化的候选分布。

在一些实施方式中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：沿着查找表的第一轴线查找该总电容变化ΔC；沿着该查找表的第二轴线查找该总电感变化ΔL；识别该查找表中的与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL相对应的电感器调谐值的候选分布；以及基于该候选分布来调谐该多个电感器。

在一些实施方式中，查找该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者包括确定沿着该查找表的第一轴线和第二轴线中的至少一者与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者近似的条目。

在一些实施方式中，调谐多个电感器包括调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第一距离处的第一电感器以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第二距离处的第二电感器以增加该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感，该第二距离大于该第一距离。

在一些实施方式中，确定该量子比特的预测电容包括基于耦合到该量子比特的一个或多个耦合器的一个或多个耦合强度来确定耦合器感应的电容负载。

在一些实施方式中，基于该总电容变化来调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括调谐该多个电感器以补偿该耦合器感应的电容负载。

本发明的各方面提供了一种计算系统，该计算系统包括：至少一个处理器，该至少一个处理器与具有至少一个量子比特的模拟处理器通信；以及至少一个非暂态处理器可读存储介质，该至少一个非暂态处理器可读存储介质存储处理器可执行指令或数据中的至少一者，这些处理器可执行指令或数据在由该至少一个处理器执行时使该至少一个处理器执行包括以下各项的动作：确定该量子比特的预测电容；确定该量子比特的目标电容；基于该目标电容和该预测电容来确定总电容变化ΔC；以及使该模拟处理器基于距该量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的对应距离以及该总电容变化来调谐多个电感器以改变该量子比特的有效电容，每个电感器沿着量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离处。

在一些实施方式中，这些动作可以进一步包括：确定该量子比特的预测电感；确定该量子比特的目标电感；以及基于该目标电感和该预测电感来确定总电感变化ΔL。调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容可以包括调谐该多个电感器使得该多个电感器的对应多个可调谐电感之和在该总电感变化ΔL的阈值内，且调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间。

在一些实施方式中，基于距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离来调谐该多个电感器可以包括基于第一电感器和第二电感器距沿着该量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的临界距离处的点的相应距离来调谐该第一电感器和该第二电感器。调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间可以包括：调谐该第一电感器的可调谐电感以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及调谐该第二电感器的可调谐电感以增加该有效量子比特电容并且增加该有效量子比特电感。

在一些实施方式中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL来从电感器调谐值的多个候选分布中选择选定分布；以及基于该选定分布的电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。选择该选定分布可以包括基于和该选定分布相对应的候选电容变化与该总电容变化ΔC之间的差来选择该选定分布。

在一些实施方式中，基于该选定分布来调谐该多个可调谐电感器可以包括基于该选定分布的电感器调谐值以及该多个候选分布中的另一候选分布的电感器调谐值来将用于该多个电感器中的每一个的内插电感器调谐值内插；以及基于这些内插电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。识别该多个候选分布可以包括在查找表中基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者来识别该多个候选分布；并且其中，该多个候选分布中的另一候选分布接近于该查找表中的该选定分布。识别电感器调谐值的该多个候选分布可以包括沿着查找表的第一轴线查找该第一电感器和该第二电感器之一的第一组电感器调谐值，并且沿着该查找表的第二轴线针对该第一组电感器调谐值中的每一个识别该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值，使得该第一电感器调谐值和该第二电感器调谐值之和在该总电感变化ΔL的阈值内，与该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值配对的来自该第一组的每个电感器调谐值包括候选分布并且对应于预测电容变化。

在一些实施方式中，从该多个候选分布中选择选定分布可以包括在该多个候选分布当中选择具有最接近该总电容变化ΔC的对应预测电容变化的候选分布。调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间可以包括：沿着查找表的第一轴线查找该总电容变化ΔC；沿着该查找表的第二轴线查找该总电感变化ΔL；识别该查找表中的与该总电容变化ΔC和总电感变化ΔL相对应的电感器调谐值的候选分布；以及基于该候选分布来调谐该多个电感器。查找该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者可以包括确定沿着该查找表的第一轴线和第二轴线中的至少一者与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者近似的条目。

在一些实施方式中，调谐多个电感器可以包括：调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第一距离处的第一电感器以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第二距离处的第二电感器以增加该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感，该第二距离大于该第一距离。确定该量子比特的预测电容可以包括基于耦合到该量子比特的一个或多个耦合器的一个或多个耦合强度来确定耦合器感应的电容负载。基于该总电容变化来调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容可以包括调谐该多个电感器以补偿该耦合器感应的电容负载。

本披露内容的各方面提供了一种包括量子比特的模拟计算系统，该量子比特包括约瑟夫逊结、由第一超导电流路径形成的第一量子比特环路以及由第二超导电流路径形成的第二量子比特环路，其中，该第一量子比特环路和该第二量子比特环路跨该约瑟夫逊结并联电连接。

在一些实施方式中，该模拟计算系统可以进一步包括与该第一量子比特环路通信的第一通量偏置线以及与该第二量子比特环路通信的第二通量偏置线，该第一通量偏置线独立于该第二通量偏置线而接收信号。该第二量子比特环路可以包括与该约瑟夫逊结通信的第一部分以及与该约瑟夫逊结间隔开的第二部分，该第一部分和该第二部分通过交叉部隔开，其中，该第二量子比特环路中的电流在该第一部分中沿第一旋转方向行进并且在该第二部分中沿与该第一旋转方向相反的第二旋转方向行进。

在一些实施方式中，该约瑟夫逊结可以包括复合约瑟夫逊结或复合-复合约瑟夫逊结之一。该第一量子比特环路和该第二量子比特环路可以沿着共享部分部分地重叠。该模拟计算系统可以进一步包括可调谐地耦合到该第一量子比特环路和该第二量子比特环路之一的耦合器。该模拟计算系统可以进一步包括耦合到该耦合器的第二量子比特。该第一量子比特环路和该第二量子比特环路可以关于该约瑟夫逊结的轴线对称，该约瑟夫逊结的轴线贯穿该第一量子比特环路和该第二量子比特环路与该约瑟夫逊结之间的第一连接以及该第一量子比特环路和该第二量子比特环路与该约瑟夫逊结之间的第二连接。

在一些实施方式中，该模拟计算系统可以进一步包括跨该约瑟夫逊结并联电连接的一个或多个附加量子比特环路。该模拟计算系统还可以进一步包括沿着该第一量子比特环路和该第二量子比特环路中的每一个设置的多个电感器，该多个电感器中的每一个可调谐以提供对应可调谐电感。

在其他方面中，上文描述的特征可以以任何合理的组合形式来组合，如本领域的技术人员将认识到的。

附图说明

在附图中，相同的附图标记标识类似的元件或动作。元件在附图中的尺寸和相对位置不一定是按比例绘制的。例如，各种元件的形状以及角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些可以被任意地放大和定位以提高附图的易读性。进一步地，所绘制元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息且可能只是为了便于在附图中识别而选择的。

图1A是现有技术量子比特的示意图。

图1B是具有电感调谐器的现有技术量子比特的示意图。

图2是包括量子比特的示例模拟计算系统的示意图，该量子比特具有沿着量子比特环路设置在相对于量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的不同距离处的电感器。

图3是包括量子比特的示例模拟计算系统的示意图，该量子比特具有沿着量子比特环路设置在相对于量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的不同距离处的串联DC-SQUID电感器，其中还展示了图2中未示出的各种其他装置。

图4A是包括具有两个量子比特环路的量子比特的示例模拟计算系统的示意图，每个环路基本上类似于图3的示例性量子比特的量子比特环路。

图4B是与图4A的示例模拟计算系统类似的示例模拟计算系统的示意图，除了两个近电感器被替换为一个共享电感器。

图5是用于调谐模拟计算系统(比如图2的模拟计算系统)中的示例量子比特的有效电容的方法的流程图。

图6是用于在近电感器与远电感器之间分配电感的方法的流程图，例如，作为图5的方法的一部分。

图7是示出了其中可以实施本文描述的技术的示例混合计算系统的示意图。

图8是具有两个环路的示例量子比特的示意图。

图9A是具有两个不对称环路的示例量子比特的示意图。

图9B是具有三个环路的示例量子比特的示意图。

图10是具有两个环路和一个扭绞部的示例量子比特的示意图。

图11是具有两个环路、一个扭绞部和其他装置的示例量子比特的示意图。

具体实施方式

在以下说明中，阐述了某些具体细节以便提供对所披露的各种实施方式的全面理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，这些实施方式可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下或利用其他方法、部件、材料等来实践。在其他情况下，未详细示出或描述与计算机系统、服务器计算机和/或通信网络相关联的众所周知的结构以避免不必要地模糊对实施方式的描述。

除非上下文另外要求，否则贯穿本说明书和所附权利要求，单词“包括(comprising)”与“包括(including)”同义并且是包括性或开放式的(即，不排除附加的、未列举的元件或方法动作)。

贯穿本说明书，对“一个实施方式(one implementation)”或“实施方式(animplementation)”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定全部指同一实施方式。此外，特定的特征、结构、或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施方式中。

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另外明确指明，否则单数形式的“一个(a)”、“一种(an)”以及“该”包括复数所指对象。还应注意，除非上下文另外明确指明，否则术语“或”通常所使用的意义包括“和/或”。

本文提供的本披露内容的小标题和摘要只是为了方便起见，而并非解释实施方式的范围或含义。

L调谐器

图1A是超导通量量子比特100a的示意图。量子比特100a包括被一个或多个约瑟夫逊结中断的量子比特环路102(例如，超导材料环路)。在图1A的示例性实施方式中，量子比特环路102被包括电流路径131、132的复合约瑟夫逊结104(也被称为“CJJ”)中断，这些电流路径中的每一个被相应约瑟夫逊结111、112中断。

图1B是超导通量量子比特100b的示意图。基本上类似于量子比特100a，量子比特100b包括量子比特环路102和复合约瑟夫逊结104。量子比特100b进一步包括向量子比特100b提供可调谐电感的电感调谐器140(或“L调谐器”)。例如，电感调谐器140可以包括与量子比特环路102中的复合约瑟夫逊结104串联连接的CJJ。如例如在美国专利号9,152,923中所描述的，可以使用可编程接口142比如通过以下方式来调谐电感调谐器140：将控制信号电感地和/或电流地耦合到电感调谐器140且因此调谐复合约瑟夫逊结140的约瑟夫逊电感，进而调谐量子比特100b的约瑟夫逊电感。

量子比特100a和100b可以电感地或以其他方式耦合到其他装置。例如，在一些实施方式中，量子比特100a和100b经由量子比特间耦合器(未示出)电感地耦合到其他量子比特。这样的耦合可能影响量子比特100a、100b的电磁性质。例如，量子比特100b的电容可以是耦合器设置和L调谐器设置两者的复变函数。尽管在过去这种效应在实践中已经小到可以忽略，但随着量子处理器的规模扩大，实验表明效应会增加。例如，在一些实施方式中，调谐耦合器和L调谐器两者可能导致量子比特电容发生大约10fF的变化，从而有可能导致校准误差、量子比特动力学的与耦合器有关的去同步化以及其他难以解决的行为。

分裂式L调谐器

比如由L调谐器贡献的集总电感对电容的影响不仅随电感的规模而变化，而且随集总电感沿着量子比特环路相对于形成量子比特的一部分的一个或多个约瑟夫逊结设置的位置而变化。例如，串联耦合到(且被定位为靠近)一个或多个约瑟夫逊结且拥有电感L_近的电感器可以产生如下建模的有效量子比特电容：

其中，L_Q＝L_U×L，C_Q＝C_U×L，L是量子比特环路的长度，L_U是量子比特环路每单位长度的固有电感，且C_U是量子比特环路每单位长度的固有电容。被定位为更远离一个或多个约瑟夫逊结(例如，在形成量子比特的一部分的量子比特环路的相对端处)且拥有电感L_远的电感器可以产生在一个或多个约瑟夫逊结处测量的有效量子比特电容C_有效，可以对该有效量子比特电容进行如下建模：

当L_近＝L_远＝0时，两个模型均得出C_有效＝C_Q/3，这是短路环路的预期电容(1/3因数由输入阻抗引起)。然而，在L_近＞0的情况下，所得C_有效将小于预期C_Q/3。也就是说，增加近电感器的电感导致有效量子比特电容的减少。因此，近电感器可以被视为阻止超导环路的固有电容的一部分在一个或多个约瑟夫逊结处被观察到。然而，远电感器可能具有相反的效应；C_有效趋向于随着L_远增加而增加。

应注意，如果L_近足够大，则近电感器的电容减少行为可能由其他动力学主导，这有可能导致有效量子比特电容C_有效的增加。然而，已通过实验确定，近电感器的电容减少行为可能远超出适当地定位/缩放的近电感器的典型可编程范围。(在本文中，电感器的“规模”是指决定电感器可以为量子比特201贡献的电感量的这些结构特征。例如，示例电感器206的规模可以至少部分地由其构成的约瑟夫逊结的大小确定，其中较小约瑟夫逊结(例如，具有较小面积)通常对应于更多电感及因此更大规模。对于比如螺旋电感器等一些电感器，较大面积通常对应于更多电感及因此更大规模。

本披露内容的各方面提供了包括量子比特的模拟计算系统，这些模拟计算系统有利地设置有多个可调谐电感器，包括表现出上文参考L_近描述的电容减少行为的电感器(这些电感器在本文中且在权利要求书中被称为“近电感器”)以及表现出上文参考L_远描述的电容增加行为的电感器(这些电感器在本文中且在权利要求书中被称为“远电感器”)。可以独立地调谐近电感器和远电感器以跨量子比特的一系列可编程状态提供(或至少近似)均质电容。在一些实施方式中，调谐电感器以提供(或至少近似)均质电容和均质电感两者。

图2示出了包括量子比特201的示例模拟计算系统200，该量子比特具有量子比特环路202和一个或多个约瑟夫逊结204(在所描绘的示例性实施方式中，一个或多个约瑟夫逊结204包括CJJ)。近电感器206中断量子比特环路202且可调谐以提供对应可调谐电感L_近。远电感器208中断量子比特环路202且可调谐以提供对应可调谐电感L_远。(在一些实施方式中，一个、一些或所有电感器206、208电感地耦合到量子比特环路202。)在图2的示例性所描绘的实施方式中，模拟计算系统200进一步包括可通信地耦合到量子比特环路202的耦合器222。模拟计算系统200的各种装置可以经由一个或多个可编程接口进行编程；在示例性所描绘的实施方式中，一个或多个约瑟夫逊结204、近电感器206、远电感器208和耦合器222可分别经由可编程接口220a、220b、220c、220d进行编程。尽管图2的示例性实施方式示出了一个近电感器206和一个远电感器208，但鉴于本文呈现的披露内容应了解的是，可以提供多个近电感器和远电感器而不偏离本披露内容的范围。

电感器206、208可以包括任何可调谐电感器。在一些实施方式中，电感器206、208中的至少一个包括L调谐器，例如，如美国专利号8,536,566中所描述的，且可以例如包括例如布置成一个或多个DC-SQUID的一个或多个约瑟夫逊结。在示例性所描绘的实施方式中，每个电感器206、208包括具有并联连接的两个约瑟夫逊结且可经由相应编程接口220b、220c来调谐的DC-SQUID。替代性地或附加地，电感器206、208可以包括其他集总电感源，比如电感地耦合到量子比特环路的量子通量参数器或互感。电感器206、208可以具有相同或不同结构；例如，电感器206可以包括单个DC-SQUID且电感器208可以包括串联的两个DC-SQUID。(图3的电感器308是后者的示例。)

电感器206、208是可调谐的(例如，经由相应可编程接口220b、220c)以提供在可调谐电感范围内的相应电感L_近和L_远。例如，如果电感器206是可调谐的以提供低至0fF且大至10fF的L_近，则电感器206的可调谐电感范围被称为10fF。这些图不包括不可调谐的任何寄生/基线电感；例如，继续前面的示例，如果电感器206还提供2fF的寄生电感，且因此取决于其调谐而提供在2fF与12fF之间的电感，则电感器206的可调谐电感范围仍被称为10fF。电感器206、208可以具有相同或不同的可调谐电感范围。

近电感器206和远电感器208通过它们相对于量子比特201的一个或多个约瑟夫逊结204的位置来区分。随着近电感器206沿着量子比特环路202被定位为更靠近一个或多个约瑟夫逊结204，近电感器206将趋向于在更大程度上减少电容(对于L_近的给定增加)。随着远电感器208沿着量子比特环路202被定位为更远离一个或多个约瑟夫逊结204，远电感器208将趋向于在更大程度上增加电容(对于L_远的给定增加)。比临界距离212更靠近一个或多个约瑟夫逊结的电感器将通常表现为近电感器206(即，减少电容)，且比临界距离212更远离一个或多个约瑟夫逊结的电感器将通常表现为远电感器208。

因此可以推断出沿着量子比特环路202被定位在距一个或多个约瑟夫逊结204的临界距离212处的临界点210。临界点210划分近电感器型态和远电感器型态，使得在一个或多个约瑟夫逊结204与临界点之间的电感器表现为近电感器且沿着量子比特环路202的不包含一个或多个约瑟夫逊结204(例如，与该一个或多个约瑟夫逊结相对)的一部分在临界点210之间的电感器表现为远电感器。更靠近临界点的电感器对量子比特电容的影响将趋向于比更远离临界点的电感器更不明显(对于电感的给定变化)。电容增加或电容减少行为的这个缩放在近电感器与远电感器之间不一定是对称的(例如，近电感器可能趋向于将量子比特电容减少比远电感器小的量，即使近电感器和远电感器均具有相同的电感和距临界点210的距离)。尽管在至少一些实施方式中没有必要清楚地识别临界点210的位置，但在一些实施方式中将电感器206、208(和/或系统200的其他装置)相对于临界点210进行放置以确定它们的电感与它们对量子比特电容的影响之间的关系。

可以调谐电感器206、208以补偿由各种装置为量子比特201贡献的电容和/或电感(所谓的电容和/或电感负载)。例如，耦合器222可以感应量子比特201中的电容和电感负载，且可以调谐电感器206、208以补偿一个或两个这样的负载。在一些实施方式中，电感器206、208被定位为且可操作以提供可调谐电感范围，使得电感器206、208能够跨量子比特201的多个状态均质化量子比特电容和/或电感。

例如，模拟计算系统200可以是可操作的以通过将所有耦合器222设置为铁磁地耦合到量子比特环路202来将量子比特201置于最大电感状态中。例如，如果所有耦合器222是可编程的以提供在范围[-1，1]中表达的一系列耦合强度，其中负值是铁磁性的且正值是反铁磁性的，则最大电感状态可以包括所有耦合器222被编程为提供-1的耦合强度的状态。继续上述示例，模拟计算系统200可以能够通过将所有耦合器222设置为反铁磁地耦合到量子比特环路202(例如，对应于1的耦合强度)来将量子比特201置于最小电感状态中。

在一些实施方式中，在最大电感状态下的量子比特电感与在最小电感状态下的量子比特电感之间的差不大于电感器206、208的可调谐电感范围之和。也就是说，可调谐电感器206、208共同可调谐以提供足以均质化最小电感状态和最大电感状态的量子比特电感的可调谐电感范围。例如，考虑量子比特201的示例性实施方式的以下状态：

状态	装置设置	量子比特电感
			最小电感	所有耦合器被设置为反铁磁耦合	100pH
最大电感	所有耦合器被设置为铁磁耦合	200pH

最小电感状态与最大电感状态之间的量子比特电感差是100pH，在本文被称为目标电感范围。在一些实施方式中，电感器206、208提供至少100pH的共同可调谐电感范围。例如，电感器206可以提供40pH的可调谐电感范围，且电感器208可以提供60pH的可调谐电感范围。在一些实施方式中，电感器206、208提供大于目标电感范围(例如，超过上述示例的100pH)的共同可调谐电感范围，例如以为制造变化提供公差。

而且或替代性地，电感器206、208可以可调谐以均质化在量子比特201的最大电容状态与最小电容状态之间的电容。例如，模拟计算系统200可以是可操作的以通过以下方式将量子比特201置于最大电容状态中：将在一个或多个约瑟夫逊结204的临界距离212内的所有耦合器222设置为反铁磁地耦合到量子比特环路202(在这种情况下，在临界距离212内的耦合器222减少电感且增加电容，因为这些耦合器在量子比特环路202的近电感器区中)且将比临界距离212更远离一个或多个约瑟夫逊结204的所有耦合器222设置为铁磁地耦合到量子比特环路202(在这种情况下，比临界距离212更远的耦合器222增加电感和电容两者，因为这些耦合器在量子比特环路202的远电感器区中)。例如，考虑量子比特201的示例性实施方式的以下状态：

在一些实施方式中，电感器206、208可调谐以例如通过将量子比特电容视情况增加或减少到目标电容来均质化最大电容状态和最小电容状态两者的量子比特电容。例如，电感器206、208可以可调谐以将量子比特201的量子比特电容从最小电容状态的量子比特电容增加到在目标电容的阈值内且将量子比特电容从最大电容状态的量子比特电容减少到在该目标电容的阈值内。(这两个阈值可以彼此相同或彼此不同。)

例如，如果模拟计算系统200的目标电容是150fF，则近电感器(例如，电感器206)可以可调谐以使电容减少至少50fF(以解决最大电容情况)且远电感器可以是可调谐的以使电容增加至少50fF(以解决最小电容情况)。

尽管上述讨论涉及由耦合器(在许多实施方式中是变化的电感和电容负载的主要来源)感应到的状态，但可以基于为量子比特201贡献电感和/或电容负载的任何装置的可编程状态来确定最小和最大电感和电容状态。例如，这样的装置包括耦合到量子比特201的量子通量参数器和互感(例如，通量偏置装置)。

在一些实施方式中，电感器206、208可调谐以跨四个极限状态中的每一个均质化量子比特电感和量子比特电容两者：最小电感、最大电感、最小电容和最大电容。电感与电容之间的关系并不始终是线性的，因此在大多数情况下，可以预期符合电感和电容两者的这些约束以实质地影响电感器206、208的参数。然而，由于四个极限状态定义了量子比特201的状态空间中的极值，因此预期在至少一些实施方式中，可调谐以跨电感和电容两者均质化所有四个极限状态的电感器206、208将可调谐以均质化系统200的所有可编程状态(或更特别地，跨在四个极限状态之间变化的装置的任何可编程状态)。例如，考虑量子比特201的示例性实施方式的以下状态：

在这样的实施方式中，近电感器206和远电感器208必须被定位且设置有可调谐电感范围，一旦电感器被适当地调谐，这些可调谐电感范围就允许四个极端状态中的每一个具有(近似地在阈值内)相同电感和电容。

例如，假设模拟计算系统具有220pH的目标电感和160fF的目标电容。然后，对于具有电感器206、208的给定定位的量子比特401的示例性实施方式，电感和电容可能跨模拟系统200的各种经编程状态(有时在本文被称为“场景”)被均质化，如下：

状态	量子比特电感	量子比特电容	L<sub>近</sub>	L<sub>远</sub>
					最小电感	220pH	160fF	40pH	80pH
最大电感	220pH	160fF	0pH	20pH
					最小电容	220pH	160fF	80pH	20pH
最大电容	220pH	160fF	40pH	0pH

在这里，量子比特电容列不包括一个或多个约瑟夫逊结204的电容，L_近是近电感器206的经调谐电感，且L_远是远电感器208的经调谐电感。这个示例情景意味着L_近和L_远中的每一者都需要80pH的可调谐电感范围。

在一些实施方式中，近电感器206和远电感器208提供与单个L调谐器的总电感范围基本上相同的总可调谐电感范围(即，它们的可调谐电感范围之和)，例如，如在美国专利号8,536,566中所描述的。例如，如果单个L调谐器将需要50pH的可调谐电感范围，则近电感器206和远电感器208可以共同提供50pH的可调谐电感范围。该可调谐电感范围可以依任何适当的方式分布在电感器206、208之间(例如，电感器206的可调谐电感范围为20pH且电感器208的可调谐电感范围为30pH)。可调谐电感范围的这种分布以及电感器206、208的位置的选择是错综复杂的，例如，具有较小可调谐电感范围的电感器可能需要被定位为更远离临界点210以提供足够的电容减少/增加。

电感器206、208的各种布置可以满足这样的条件。可以比较不同布置(例如，通过模拟)，并且特定布置的选择可能受比如处理器上可用于装置放置的位置、与其他装置的接近度、制造容差和/或其他因素等因素的影响。可以通过添加如下约束来辅助模拟，即对于每种情景，存在某个固定总电感值L_总，使得L_总＝L_近+L_远。(L_总可以在各情景之间变化。)L_总可以基于单个L调谐器实施方式来确定，如上文所描述的；因此，模拟的范围可以减小到探索电感器206、208之间的可调谐电感范围分布与电感器206、208的放置的不同组合。

在一些实施方式中，系统200包括超过一个近电感器206和/或超过一个远电感器208(例如，通过提供次级近电感器和/或远电感器)。共同近电感器206然后可以共同提供可调谐电感L_近和对应可调谐电感范围；近电感器206的各种放置然后将确定近电感器206对量子比特电容的共同影响。类似地，共同远电感器208然后可以共同提供可调谐电感L_远和对应可调谐电感范围；远电感器208的各种放置然后将确定远电感器208对量子比特电容的共同影响。

图2是为了展示方便而被简化。

图3示出了包括量子比特301的更复杂的示例模拟计算系统300，该量子比特具有量子比特环路302和一个或多个约瑟夫逊结304。在所描绘的示例性实施方式中，一个或多个约瑟夫逊结304包括复合-复合约瑟夫逊结或CCJJ，该复合-复合约瑟夫逊结或CCJJ包括两个复合约瑟夫逊结。近电感器306和远电感器308各自包括串联连接的两个DC-SQUID且分别提供可调谐电感L_近和L_远。在至少一些实施方式中，一个或多个约瑟夫逊结304和电感器306、308的复合特征可以允许相对于图2的更简单装置在可编程范围内进行更精确的调谐。

系统300还提供可耦合到量子比特301的多个耦合器，包括远耦合器322和近耦合器324。远耦合器322沿着量子比特环路302设置在距一个或多个约瑟夫逊结304大于临界距离的位置处(即，在临界点310的远侧上)，并且近耦合器324设置在距一个或多个约瑟夫逊结304小于临界距离的位置处(即，在临界点310的近侧上)。因此，耦合器322、324将随着它们在量子比特301上的电感负载改变而趋向于对量子比特电容具有不同影响。

在电感器306、308被定位且具有合适的规模以补偿这种电感和/或电容负载的实施方式中，电感器306、308中的一个或两个的位置和/或规模可能受耦合器322、324的布置的影响。例如，在一些实施方式中，在近耦合器324反铁磁地耦合到量子比特301且远耦合器322铁磁地耦合到量子比特301(例如，如上文所描述的)的最大电容情景中，电感器306、308可以被定位和/或缩放以补偿电容，并且对于最小电容情景来说反之亦然。

一个或多个约瑟夫逊结304、电感器306、308以及耦合器322、324是可分别经由可编程接口320a、320b、320c、320d、320e编程的。系统300进一步提供示例性其他装置，比如中断量子比特环路302的量子通量参数器330以及可耦合到量子比特301的可编程通量偏置332。这类其他装置可以用于与量子比特301交互(例如，以读出该量子比特的状态和/或用问题哈密尔顿算子的相关参数对该量子比特进行编程)且可以贡献量子比特301的电容和/或电感负载。在一些实施方式中，电感器306、308被定位和/或缩放以补偿由这类其他装置贡献的电感和/或电容负载(例如，以便在本文中别处所描述的各种情景中补偿通过操作这类其他装置而贡献的负载以视情况增加或减少电感或电容负载)。

本文披露的系统不限于单量子比特回路实施方式。图4A示出了包括量子比特401的示例模拟计算系统400，该量子比特具有被在量子比特环路402a、402b之间共享的一个或多个约瑟夫逊结404中断的多个量子比特环路402a、402b。(量子比特环路402a、402b可以沿着共享部分440部分地重叠，例如，如图4A中所示出的。)在至少所描述的示例性实施方式中，每个量子比特环路402a、402b都可耦合到和/或包括与系统200、300的量子比特环路基本上类似的装置。

例如，在所描绘的实施例中，量子比特环路402a被近电感器406a和远电感器408a(设置在临界点410a的相对侧上)中断，且可通信地耦合到多个耦合器422a、424a、426a。量子比特环路402a可以进一步耦合到和/或包括其他装置，比如量子通量参数器430a和/或通量偏置432a。量子比特环路402b可以耦合到和/或包括类似的或不同的装置；在所描绘的示例性实施方式中，量子比特环路402b基本上类似于量子比特环路402a，且被近电感器406b和远电感器408b(设置在临界点410b的相对侧上)中断，且可耦合到多个耦合器422b、424b、426b。量子比特环路402b可以进一步耦合到和/或包括其他装置，比如量子通量参数器430b和/或通量偏置432b。

在一些实施方式中，量子比特环路402a、402b具有设置在距一个或多个约瑟夫逊结404的不同临界距离处的临界点410a、410b，例如，其中量子比特环路402a、402b是不相同的(例如，其中这些量子比特环路由不同材料构成，具有不对称布局，和/或可不对称地耦合到系统400a的其他装置)。因此，临界点410b可以被称为沿着量子比特环路402b设置在距一个或多个约瑟夫逊结的第二临界距离处，该第二临界距离可以相同于或不同于临界点410a的临界距离。

在一些实施方式中，每个量子比特环路402a、402b包括至少一个近电感器406a和至少一个远电感器408a，从而允许独立地补偿每个环路上的电感和/或电容负载。在一些实施方式中，量子比特环路402a、402b共享至少一个近电感器406a和/或远电感器408a。例如，如在图4B的示例性系统400b中所描述的，共享近电感器406可以沿着共享部分440定位。在一些实施方式中，共享近电感器406提供比其他类似系统400的任一近电感器406a、406b大的可调谐电感范围以便跨量子比特环路402a、402b两者补偿电感。这样的布置的可能优点是节省空间；除了减少所需最小电感器数量(从每个侧翼上一个电感器减少到每量子比特一个电感器)，共享电感器406还可以本身在物理上更小(例如，通过提供具有较小约瑟夫逊结的DC-SQUID，因为较小约瑟夫逊结通常提供比较大约瑟夫逊结大的电感)。为了保持图4B的易读性，未描述这种大小差。

在一些实施方式中，具有多个环路402a、402b的量子比特401的近电感器406a、406b和远电感器408a、408b的共同可调谐范围比由最大电感状态与最小电感状态之间的电感差指示的量要大一容差量(例如，20pH)。这个容差量可以足够大以允许调谐近电感器406a、406b和远电感器408a、408b以补偿由制造缺陷、设计差异和/或其他不对称性引起的侧翼之间的变化。可以为了考虑量子比特之间的差异而进一步增加这个容差值，例如，如本文中别处所描述的。

调谐分裂式L调谐器

图5是用于调谐模拟计算系统中的量子比特(比如分别为系统200、300或400的量子比特201、301或401)的有效电容的方法500的流程图。方法由与模拟计算系统通信的一个或多个处理器(例如，经典处理器)执行。

在502处，一个或多个处理器基于要由模拟计算系统执行的问题来确定量子比特的预测电容，表示为C_预测。例如，如果将给定问题变换成哈密尔顿算子以编码到模拟计算系统上(有时被称为“嵌入”的过程)，则一个或多个处理器可以通过将哈密尔顿算子的与该量子比特有关的部分(例如，与可耦合到量子比特的耦合器的耦合强度相对应的参数)应用于量子比特的物理模型来确定量子比特的C_预测。例如，对于每个耦合器，一个或多个处理器可以基于每个耦合器的相应耦合强度来确定量子比特的相关联电感负载，并且可以进一步基于每个耦合器的相应电感负载以及每个耦合器沿着量子比特环路距量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的相应距离(例如，基于上文描述的C_有效的模型)来确定量子比特的相关联电容负载。一个或多个处理器可以组合这些电容负载(例如，通过对电容负载求和，和/或通过加权的或非线性的组合)，并且基于组合电容负载和任何其他合适的因素(比如其他装置的电容负载、量子比特的基线电容和一个或多个约瑟夫逊结的经编程状态)来确定量子比特的预测电容C_预测。

在504处，一个或多个处理器确定量子比特的目标电容，表示为C_目标。方法500的目标在于将量子比特的有效电容调谐到在目标电容C_目标的阈值内。目标电容C_目标可以是预定的(例如，目标电容C_目标可以是在设计时确定的量子比特的固定值)，在这种情况下，处理器的确定可以包括从数据存储区检索目标电容C_目标的值。可以例如通过实验方法、比如通过使用磁共振遂穿、量子比特光谱法和/或其他技术识别量子比特电容来确定预定目标电容C_目标。例如，在量子退火系统中，这可以涉及在量子临界点处(也就是说，在无序和问题哈密尔顿算子具有相等能量的能量规模下)观察量子比特(和/或更大系统，比如系统200、300、400)的行为，以确保该量子比特在给定特定电容的情况下超过某个基线噪声阈值。

在一些实施方式中，例如在接收给定问题以由量子处理器执行之后，由处理器动态地确定目标电容C_目标。例如，可以通过以下方式来确定目标电容：针对给定问题确定模拟计算系统的多个量子比特中的每一个的预测电容C_预测，且基于这些预测电容C_预测来确定目标电容C_目标，比如通过取目标电容的平均值和/或通过确定最小化目标函数的C_目标的值(例如，每个量子比特的C_预测与C_目标之间的L1或L2范数之和)。这样的确定可能受制于一个或多个约束；例如，可以约束C_目标的选择，使得模拟计算系统可操作以将多个量子比特中的每个量子比特的有效电容C_有效从每个量子比特的预测电容C_预测增加或减少(视情况)到在目标电容C_目标的阈值内。

在506处，一个或多个处理器基于预测电容C_预测和目标电容C_目标来确定量子比特的总电容变化，表示为ΔC。在至少一些实施方式中，总电容变化ΔC是C_目标与C_预测之间的差。

在510处，一个或多个处理器基于每个电感器沿着量子比特环路距量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的距离并基于总电容变化ΔC来调谐模拟计算系统的多个电感器以改变量子比特的有效电容。例如，一个或多个处理器可以调谐多个电感器以使量子比特的有效电容C_有效增加或减少(视情况)在ΔC的阈值内的量。例如，这样的调谐可以包括将问题的表示传输到模拟计算系统以用于执行(且因此使模拟计算系统执行问题的表示)，该表示包括使模拟计算系统将多个电感器编程为提供在执行方法500的过程中确定的可调谐电感的参数。在一些实施方式中，一个或多个处理器调谐电感器以补偿耦合器感应的电容负载(例如，如上文参考动作502所描述而预测的)。

在至少一些实施方式中，动作510的调谐包括调谐沿着量子比特环路比临界距离更靠近一个或多个约瑟夫逊结的近电感器以减少量子比特电容(在动作512处)且调谐沿着量子比特环路比临界距离更远离一个或多个约瑟夫逊结的远电感器以增加量子比特电容(在动作514处)。

近电感器和远电感器可以基于它们距一个或多个约瑟夫逊结的相应距离来被调谐，例如，通过对近电感器和远电感器基于它们距临界点(比如最近临界点)的距离进行调谐。如本文中别处所指出的，电感器每电感单位的电容负载通常随电感器沿着量子比特环路的位置而变化。因此，例如，确定达成有效量子比特电容C_有效的特定变化所需要的电感可以包括：从数据存储区(比如查找表)中查找值，该数据存储区存储与一个或多个约瑟夫逊结相距一定距离的电感器的电容变化针对对应电感变化的值(这类值可以例如通过实验来预定)；基于电感器与一个或多个约瑟夫逊结的距离来将量子比特电容的模型应用于电感器(例如，通过使用明确地包括这样的距离作为参数的模型，和/或通过基于该距离来选择模型，比如上文给出的C_有效的模型之一)；和/或其他方法。

动作510的调谐可能与通过以下方式调谐近电感器或远电感器中的一个以达成(或至少近似)期望的总电容变化ΔC一样简单：例如增加远电感器的电感以使电容增加ΔC(或至少增加到在ΔC的阈值内)或增加近电感器的电感以使电容减少ΔC。然而，在至少一些情况下，这样的调谐可能导致量子比特的有效电感变得跨量子比特的不同经编程状态不太均质。

在至少一些应用中，这样的不均质性可能是不期望的。在至少一些实施方式中，方法500进一步包括确定量子比特的预期电感和目标电感，基于预期电感和目标电感来确定总电感变化Δl，以及调谐多个电感器以使电感器的共同电感(即，电感器的电感之和)增加在ΔL的阈值内的量。

应注意，量子比特电感变化不一定与ΔL的值相同，因为由电感器给有效量子比特电容贡献的电感可能小于由电感器局部地贡献的电感。例如，图4A的量子比特401的情况，由于量子比特环路402a、402b的并联布置，因此对于由电感器406a、406b、408a、408b贡献的每个单位的可调谐电感(例如，其中量子比特环路402a、402b的电感是大致相等的)，有效量子比特电感在一些情况下可能增加大致四分之一单位。因此，在一些实施例中，确定总电感变化ΔL包括确定电感器的总电感变化以达成(或至少近似)量子比特的总电感变化，其中，总电感变化是可确定的(例如，基于目标电感与预测电感之间的差)。

在至少一些实施方式中，总电感变化不仅基于ΔL而且基于ΔC来分布在电感器之间。例如，方法500可以跨模拟计算系统的各种经编程状态(比如本文中别处所描述的状态)均质化(在阈值内)ΔL和ΔC两者。给定总电感变化ΔL可以以各种方式分布在电感器之间，但在大多数情况下，大多数这样的分布将无法达成(或至少近似)特定期望的量子比特电容变化。

图6是用于在近电感器与远电感器之间分布电感的方法600的流程图。方法由与模拟计算系统通信的一个或多个处理器(例如，经典处理器)执行，且可以作为方法500的一部分来执行。在602处，一个或多个处理器确定总电感变化ΔL(例如，基于目标电感和预测电感，如上文所描述的)，并且在604处，一个或多个处理器确定总电容变化ΔC(例如，基于目标电容和预测电容，如上文参考方法500的动作506所描述的)。

在606处，一个或多个处理器基于总电容变化ΔC来确定总电感变化ΔL在模拟计算系统的电感器之间的分布，使得电感器的对应可调谐电感共同在总电感变化ΔL的阈值内(例如，使得这些可调谐电感之和总计达到在总电感变化ΔL的阈值内)。在一些实施方式中，动作606包括识别电感器调谐值的多个候选分布。每个候选分布包括每个电感器的可调谐电感的值且因此对应于因(和/或预测因)调谐电感器以提供可调谐电感的这些值而引起的电容变化。然后可以从多个候选分布中选择分布，例如，通过选择具有最接近总电容变化ΔC的(预测)电容变化的候选分布。

可以通过例如在查找表中查找使ΔL的值与ΔC的值相关联的值来确定多个候选分布。在一些实施方式中，查找表具有ΔL和ΔC值作为轴线且该表中的每个(ΔL，ΔC)坐标映射到提供(或预测提供)被查找的对应ΔL和ΔC值(至少在阈值内)的候选分布。例如，在比如图2中展示的示例性双电感器系统200中，如果在动作602处确定总电感变化ΔL＝100.1pH且在动作604处确定总电容变化ΔC＝59.9fF，则动作606可以包括在查找表中查找坐标(100pH，60fF)且识别候选分布L_近＝80pH、L_远＝20pH。(上述示例假定更精确地近似查找值的坐标未由该表来表示。)

在一些实施方式中，查找表具有可调谐电感的值作为轴线(例如，L_近和L_远)且将每个坐标(例如(L_近，L_远)坐标)映射到坐标ΔC值。(在一些实施方式中，ΔL也通过该表来映射；在其他实施方式中，该表省略了ΔL，在这种情况下，可以通过组合坐标值、例如通过计算ΔL＝L_近+L_远来推断ΔL)。可以在该表中例如通过识别与总电感变化ΔL相对应(至少在阈值内)的所有坐标来识别多个候选分布。例如，在具有L_近和L_远作为轴线的示例性双轴线表中，可以识别(例如，对于L_近的每个值，由其中L_近＝ΔL-L_远的(L_近，L_远)坐标来至少近似地限定，如果存在这样的值)对角线，并且可以选择沿着该对角线具有最接近总导电变化ΔC的对应候选ΔC值的值。这样的查找表可以包括多于两个维度(例如，以明确地表示沿着其轴线的两个以上电感器)。然而，甚至在提供多于两个可调谐电感器的情况下，查找表可以提供更少轴线；例如，查找表可以提供L_近和L_远作为轴线，从而允许一个或多个处理器在近电感器与远电感器之间分布电感。随后可以通过参考其他查找表、通过应用模型或经由其他合适的方法来确定近电感器(基于L_近)与远电感器(基于L_远)之间的子分布。

在一些实施方式中，动作606包括将模拟计算系统的电感器的电感器调谐值内插。例如，可以基于选定分布且基于另一候选分布、比如与查找表中的选定分布接近(例如，相邻)的候选分布来将坐标(例如，(ΔL，ΔC)、(L_近，L_远)和/或某个其他坐标)的电感器调谐值内插。如本文所使用的，“接近”是指围绕选定分布在变化的小阈值(例如，一个整数值，每个坐标值的±1％)内的分布。这个阈值将限定围绕选定分布的坐标的被称为“接近”的区。例如，返回到在动作602处确定总电感变化ΔL＝100.1pH且在动作604处确定总电容变化ΔC＝59.9fF的上述示例，动作606可以包括：在分布(100pH，60fF)处选择候选分布，例如，如上文所描述的；以及通过用具有坐标(101pH，59fF)的另一候选分布的电感器调谐值将(100pH，60fF)的电感器调谐值内插来将坐标(100.1pH，59.9fF)的值内插。内插可以包括取选定分布和该另一候选分布的加权平均值，例如，基于每个分布距坐标(100.1pH，59.9fF)的距离(例如，笛卡尔距离)而加权的，其中较近分布获得较大权重。在这个示例中，“接近”分布是在每个坐标中比选定分布大的一个整数值。

在606处，一个或多个处理器基于选定分布来调谐电感器，例如，通过调谐每个电感器以提供(或至少近似)在选定分布中为该电感器提供的可调谐电感。动作606可以作为方法500的动作510的一部分来执行。

计算系统

上述方法可以由混合计算系统(例如，包括上述模拟计算系统)执行。图7展示了包括耦合到模拟计算机704的数字计算机702的示例混合计算系统700。在一些实施方式中，模拟计算机704是量子计算机且数字计算机702是经典计算机。

示例性数字计算机702包括本系统和方法中描述的可以用于执行经典数字处理任务的数字处理器(比如一个或多个中央处理器单元706)。相关领域的技术人员应了解的是，当被正确地配置或编程以形成专用机器时，和/或当被通信地耦合以控制模拟计算机(例如，量子计算机)时，可以使用其他数字计算机配置来实践本系统和方法，所述其他数字计算机配置包括手持装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程消费者电子产品、个人计算机(“PC”)、网络PC、微型计算机、大型计算机等。

数字计算机702有时会在本文中以单数形式被提及，但这并不旨在将应用限制于单个数字计算机。还可以在分布式计算环境中实践本系统和方法，其中，任务或指令集由通过通信网络链接的远程处理装置进行或执行。在分布式计算环境中，计算机可读指令和/或处理器可读指令(有时称为程序模块)、应用程序和/或数据可以存储在本地存储器存储装置和/或远程存储器存储装置(例如，非暂态计算机可读介质和/或处理器可读介质)中。

数字计算机702可以包括至少一个或多个数字处理器(例如，一个或多个中央处理器单元706)、一个或多个系统存储器708以及将包括系统存储器708的各种系统部件耦合到中央处理器单元706的一个或多个系统总线710。

数字处理器可以是任何逻辑处理单元，比如具有一个或多个核的一个或多个中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、可编程逻辑控制器(PLC)等。

数字计算机702可以包括用户输入/输出子系统712。在一些实施方式中，用户输入/输出子系统包括一个或多个用户输入/输出部件，比如显示器714、鼠标716和/或键盘718。系统总线710可以采用任何已知总线结构或架构，包括具有存储器控制器的存储器总线、外围总线和本地总线。系统存储器708可以包括：非易失性存储器，例如只读存储器(“ROM”)、静态随机存取存储器(“SRAM”)、快闪NAND中的一个或多个；和易失性存储器，例如随机存取存储器(“RAM”)(未示出)，所有这些元件都是非暂态计算机可读介质和/或处理器可读介质的示例。

可以形成ROM的一部分的基本输入/输出系统(“BIOS”)720包含帮助比如在启动期间在数字计算机702内的元件之间传送信息的基本例程。

数字计算机702还可以包括其他非易失性存储器722。非易失性存储器722可以采取各种形式，包括：用于从硬盘进行读取和对其进行写入的硬盘驱动器、用于从可移除光盘进行读取和对其进行写入的光盘驱动器和/或用于从磁盘进行读取和对其进行写入的磁盘驱动器，所有这些元件都是非暂态计算机可读介质或处理器可读介质的示例。光盘可以是CD-ROM或DVD，而磁盘可以是磁软盘或软磁盘。非易失性存储器722可以经由系统总线710与数字处理器通信，且可以包括耦合到系统总线710的适当接口或控制器724。非易失性存储器722可以用作数字计算机702的计算机可读和/或处理器可读指令、数据结构或其他数据(也被称为程序模块)的非暂态长期存储空间。

尽管数字计算机702已被描述为采用硬盘、光盘和/或磁盘，但相关领域的技术人员应了解的是，可以采用其他类型的非易失性计算机可读介质，比如磁带盒、快闪存储卡、闪存、ROM、智能卡等，所有这些元件都是非暂态计算机可读介质或处理器可读介质的进一步示例。相关领域的技术人员应了解的是，一些计算机架构合并了易失性存储器和非易失性存储器。例如，易失性存储器中的数据可以被缓存到非易失性存储器或采用集成电路来提供非易失性存储器的固态盘。一些计算机将传统地存储在磁盘上的数据置于存储器中。而且，传统地被视为易失性的一些介质可以具有非易失性的形式，例如双列直插式存储器模块的非易失性双列直插式存储器模块变体。

各种计算机可读和/或处理器可读指令(也被称为程序模块)、应用程序和/或数据集可以存储在系统存储器708中。例如，系统存储器708可以存储操作系统726、服务器指令728、计算指令730和/或运行时指令732。

虽然在图7中被示出为存储在系统存储器708中，但程序模块和其他数据可以存储在别处，包括存储在非易失性存储器722中或者一个或多个其他非暂态计算机可读介质和/或处理器可读介质中。

可以在独立的环境(未示出)中提供模拟计算机704。例如，在模拟计算机704是量子计算机的情况下，环境保护量子计算机的内部元件免受热、磁场等的影响。模拟计算机704包括比如(多个)量子处理器734等一个或多个模拟处理器。

量子处理器包括可编程元件，比如量子比特、耦合器和其他装置。在一个实施方式中，量子比特是超导通量量子比特。经由读出系统736来读出量子比特。可以将这些结果馈送到数字计算机702的各种计算机可读和/或处理器可读指令集。模拟计算机704可以包括量子比特控制系统738和耦合器控制系统740。耦合器控制系统740可以提供对量子比特之间的通信耦合、比如本申请中描述的电感和电容通信耦合的控制。

在一些实施例中，混合计算机700用于在量子处理器734上实施量子退火。

在一些实施方式中，数字计算机702可以在联网环境中使用与至少一个客户端计算机系统的逻辑连接来操作。在一些实施方式中，数字计算机702经由逻辑连接耦合到至少一个数据库系统。可以使用任何数字通信手段形成这些逻辑连接，例如，通过网络，比如局域网(“LAN”)或包括例如互联网的广域网(“WAN”)。联网环境可以包括有线的或无线的企业范围的计算机网络、内联网、外联网、和/或互联网。其他实施例可以包括其他类型的通信网络，比如电信网络、蜂窝网络、寻呼网络和其他移动网络。经由逻辑连接发送或接收的信息可以或者可以不被加密。当在LAN联网环境中使用时，数字计算机702可以通过适配器或网络接口卡(“NIC”)(通信地链接到系统总线710)连接到LAN。当在WAN联网环境中使用时，数字计算机702可以包括接口和调制解调器(未示出)或比如NIC等装置，以在WAN上建立通信。附加地或可替代地，可以采用非联网通信。

根据本系统和装置的一些实施例，量子处理器(比如图7的量子处理器734)可以被设计成执行量子退火和/或绝热量子计算。和与问题哈密尔顿算子成比例的第一项以及与离域哈密尔顿算子成比例的第二项之和成比例的演化哈密尔顿算子被建构如下：

H_E∝A(t)H_P+B(t)H_D

其中，H_E是演化哈密尔顿算子，H_P是问题哈密尔顿算子，H_D是离域哈密尔顿算子，并且A(t)、B(t)是可以控制演化速率并且通常处于[0，1]范围内的系数。

在一些实施方式中，对问题哈密尔顿算子应用时变包络函数。合适的离域哈密尔顿算子由下式给出：

其中，N表示量子比特数量，

是第i个量子比特的泡利x-矩阵，并且Δ_i是在i个量子比特中诱发的单量子比特隧道分裂。此处，

项是“非对角”项的示例。

常见问题哈密尔顿算子包括与对角单量子比特项成比例的第一分量以及与对角多量子比特项成比例的第二分量，并且可以是以下形式：

其中，N表示量子比特数量，

是第i个量子比特的泡利z-矩阵，h_i和J_ij分别是量子比特的无量纲的局部场和量子比特之间的耦合，并且ε是H_P的特性能量标度。此处，

和

项是“对角”项的示例。前者是单量子比特项，并且后者是双量子比特项。

跨单独量子比特的可编程状态和/或跨量子比特跨量子处理器均质化电感和/或电容可以有助于均质化它们的物理行为。在合适的情况下，基础物理学的这样的均质化可以使得量子处理器能够更准确地实例化上述计算模型，从而更普遍地提高量子处理器的性能且因此提高混合计算系统700的性能。

蝶形量子比特

如上文所讨论的，超导通量量子比特(例如超导通量量子比特100a)可以包括被约瑟夫逊结(例如，CJJ 104)中断的超导材料环路(例如，量子比特环路102)。量子比特由量子处理器内的耦合器(例如，耦合器222)连接，并且处理器可以解决的问题的类型和复杂性可能受量子比特之间的连接性的影响。在一些实施方式中，增加单环路通量量子比特(例如，通量量子比特100a、201)之间的连接性至少部分地通过增加量子比特的长度以容纳附加耦合器来实现。量子比特长度增加可能导致电感和电容增加且能量规模相应地减小。在一些实施方式中，提供如上文关于图4A和图4B所描述且下文更加详细地描述的多环路通量量子比特(例如，量子比特401)可能是有益的。多环路通量量子比特可以允许增加连接性，而能量规模不会相应地减小。

在图8的示例实施方式中，模拟计算系统800具有量子比特802，该量子比特具有约瑟夫逊结804、由第一超导电流路径形成的第一量子比特环路806以及由第二超导电流路径形成的第二量子比特环路808。第一量子比特环路806和第二量子比特环路808跨约瑟夫逊结804并联电连接。具有两个环路的量子比特还可以被称为双侧翼量子比特或蝶形量子比特，环路中的每一个构成侧翼中的一个。在图8的示例实施方式中，第一量子比特环路806和第二量子比特环路808是关于约瑟夫逊结804的轴线816对称的，轴线816贯穿第一量子比特环路806和第二量子比特环路808与约瑟夫逊结804之间的第一连接818以及第一量子比特环路806和第二量子比特环路808与约瑟夫逊结804之间的第二连接820。从约瑟夫逊结的角度来看，双侧翼量子比特的行为方式将与RF SQUID通量量子比特(比如图1A和图1B中的这些量子比特)的行为方式相同。在所施加的零通量下，在每个侧翼中流动的电流的量值将是流动穿过约瑟夫逊结的电流的量值的二分之一。流动穿过结的持续电流在流动到并联侧翼中时被分裂，使得穿过结的总持续电流是在每个侧翼中流动的持续电流的组合。总有效体电感将等于两个侧翼的电感的并联组合。在图8的实施方式中，电流的旋转方向在两个侧翼之间是相反的。在图8的示例实施方式中，约瑟夫逊结是复合约瑟夫逊结。在其他实施方式中，它可以是复合-复合约瑟夫逊结，该复合-复合约瑟夫逊结是指其中至少一个结也是复合约瑟夫逊结的复合约瑟夫逊结。

对量子比特802的每个侧翼的独立控制可以由通量偏置源(比如从外部向量子比特环路施加偏置电流的通量偏置线)提供。第一量子比特环路806可以与第一通量偏置线810通信，并且第二量子比特环路808可以与第二通量偏置线812通信。第一通量偏置线810可以独立于第二通量偏置线812而接收信号，从而允许对每个量子比特环路的独立控制。如上文所讨论的，第一量子比特环路806和第二量子比特环路808可以沿着共享部分814部分地重叠。量子比特802的两个侧翼806、808允许两条不同的电流路径，在一条电流路径中电流流动穿过约瑟夫逊结且进入侧翼，这是对侧翼之间的通量偏置差做出响应，且在第二条电流路径中电流仅围绕由两个侧翼形成的外环路流动，这是对侧翼中的通量之和做出响应。

在图9A的示例实施方式中，模拟计算系统900a具有量子比特902，该量子比特具有约瑟夫逊结904。与其中第一量子比特环路806和第二量子比特环路808是对称的图8相反，在图9A中，第一量子比特环路906和第二量子比特环路908是不对称的。第一通量偏置线910和第二通量偏置线912与第一量子比特环路906和第二量子比特环路908通信。在图9B的示例实施方式中，模拟计算系统900b具有量子比特902，该量子比特具有约瑟夫逊结904、第一量子比特环路906和第二量子比特环路908以及第一通量偏置线910和第二通量偏置线912。在图9B中，附加量子比特环路916跨约瑟夫逊结904并联电连接且具有独立的通量偏置线918。在其他实施方式中，量子比特可以设计有一个或多个附加量子比特环路，并且可以并联地添加附加侧翼。增加翼的数量可能导致整个量子比特的势能按与侧翼数量成比例的因子进行缩放。

在图10的示例实施方式中，模拟计算系统1000具有量子比特1002，该量子比特具有复合-复合约瑟夫逊结(CCJJ)1004、由第一超导电流路径形成的第一量子比特环路1006和由第二超导电流路径形成的第二量子比特环路1008。第一量子比特环路1006和第二量子比特环路1008跨约瑟夫逊结1004并联电连接。第二量子比特环路1002具有与约瑟夫逊结1004通信的第一部分1010、与约瑟夫逊结1004间隔开的第二部分1012以及将第一部分1010与第二部分1012分开的交叉部1014。第一部分1010中的电流在第一旋转方向(例如，被展示为顺时针)上行进，并且第二部分1012中的电流在与第一旋转方向相反的第二旋转方向(例如，被展示为逆时针)上行进。应理解的是，可以反转在图10的示例实施方式中示出的取向，使得第一旋转方向是逆时针的且第二旋转方向是顺时针的。应理解的是，交叉部充当在第二量子比特环路中的“扭绞部”且可以由超导材料形成为在多层电路中正交地(例如，竖直地)间隔开的多个层中交叉。在量子比特的一个侧翼中提供扭绞部可以允许整个量子比特表现得像没有扭绞部的单个更长的环路量子比特。在一个侧翼中的扭绞部可以均质化电路内的持续电流的感觉。如图10中所示出的，虽然在CCJJ附近反转电流方向，但行进穿过量子比特的外部分的电流通常是逆时针的。

模拟计算系统1000进一步具有第一通量偏置线1016和第二通量偏置线1018，以及分别可调谐地耦合到第一量子比特环路1006和第二量子比特环路1008的第一耦合器1020和第二耦合器1022。在其他实施方式中，模拟计算系统可以具有可调谐地耦合到第一量子比特环路和第二量子比特环路之一的一个或多于两个耦合器。第一耦合器1020和第二耦合器1022可以将量子比特1002耦合到另一量子比特1024或耦合到多个其他量子比特或其他装置。可以沿着侧翼的长度与相邻量子比特进行耦合。通过在添加附加侧翼时减小侧翼长度，可以增加连接性以达成相同的能量规模。相反地，对于固定连接性，可以通过减小侧翼长度且增加侧翼数量来增加能量规模。

在图11的示例实施方式中，模拟计算系统1100具有量子比特1102、CCJJ 1104、第一量子比特环路1106和第二量子比特环路1108。第二量子比特环路1108具有第一部分1110、第二部分1112和交叉部1114。量子比特1102类似于量子比特1002，其中，除通量偏置线1116和1118和耦合器1120和1122之外还具有与量子比特环路1106和1108通信的附加装置。这包括沿着第一量子比特环路1106和第二量子比特环路1108中的每一个设置的多个电感器1126，多个电感器1126中的每一个可调谐以提供对应可调谐电感，如下文详细地讨论的。还示出了可以耦合到信号线且提供如在美国专利号9,015,215中所讨论的各种波形的持续电流补偿器1128(在本文被称为倍增器的补偿器)。本文描述的量子比特可以包括比如编程、读出和校准装置等其他装置，且还可以包括其他数量的所示出装置。

应理解的是，图10和图11中示出的结构是蝶形量子比特的示例实施方式。例如，约瑟夫逊结1004被示出为复合-复合约瑟夫逊结，但还可以是在环路的每一侧上具有一个结的复合约瑟夫逊结或可以具有其他数量个结。所示出的偏置线可以提供独立偏置，或它们可以串联连接且由单个源驱动。提供给环路的两侧的偏置可以是相同的，或可以提供不同的偏置。每个所示出的偏置(包括偏置1016和1018)以及连接到约瑟夫逊结和耦合器的偏置线可以由超过一个偏置来提供。例如，在一些实施方式中，每个所示出的偏置线可以由两个独立的线路提供，其中一个线路由外部室温源提供，并且一个线路由芯片上数模转换器(DAC)驱动。如上文所讨论的，这些是示例实施方式，并且电路可能不包括所有所示出装置，可以包括比如编程、读出和校准装置等其他装置，且可以包括其他数量的所示出装置。

上文描述的方法(500，600)可以与上文描述的量子比特(802，902，1002，和1102)一起使用。

贯穿本说明书，除非上下文另外指明，否则术语“问题哈密尔顿算子”和“最终哈密尔顿算子”被可互换地使用。量子处理器的某些状态在能量上是优选的，或者仅仅是问题哈密尔顿算子的优选。这些状态包括基态，但可以包括激发态。

可以用各种不同的方式在物理上实现哈密尔顿算子(比如在以上两个方程中分别为H_D和H_P)。通过实施超导量子比特而实现特定的示例。

超导量子比特的示例包括超导通量量子比特、超导电荷量子比特等。在超导通量量子比特中，约瑟夫逊能量占主导或等于充电能量。在电荷量子比特中，情况是相反的。可以使用的通量量子比特的示例包括RF-SQUID(包括被一个约瑟夫逊结中断的超导回路)、持续电流量子比特(包括被三个约瑟夫逊结中断的超导回路)等。参见如下文献中的RF-SQUID量子比特示例：在Bocko等人,1997年,IEEE Trans.on Appl.Supercond.[IEEE应用超导汇刊]7,3638；Friedman等人,2000年,Nature[自然]406,43；以及Harris等人,2010年,Phys.Rev.[物理评论]B 81,134510，或者如下文献中的持续电流量子比特示例：在Mooij等人,1999年,Science[科学]285,1036；以及Orlando等人,1999年,Phys.Rev.[物理评论]B60,15398。另外，还可以使用混合电荷相位量子比特，其中，能量是相等的。可以在以下文献中找到超导量子比特的进一步细节：Makhlin等人,2001年,Rev.Mod.Phys.[现代物理评论]73,357；Devoret等人,2004年,arXiv:cond-mat/0411174；Zagoskin和Blais,2007年,Physics in Canada[加拿大物理]63,215；Clarke和Wilhelm,2008,Nature[自然]453,1031；Martinis,2009年,Quantum Inf.Process.[量子信息处理]8,81；以及Devoret和Schoelkopf,2013年,Science[科学]339,1169。在一些实施例中，量子比特和耦合器由芯片上电路系统控制。芯片上控制电路系统的示例可以在如下美国专利中找到：7,876,248；7,843,209；8,018,244；8,098,179；8,169,231；和8,786,476。可以在例如以下美国专利中描述结合本系统和装置来使用的示例性量子处理器的进一步细节和实施方式：7,533,068；8,008,942；8,195,596；8,190,548；和8,421,053。

上文所描述的(多种)方法、(多个)过程、或(多种)技术可以通过存储在一个或多个非暂态处理器可读介质上的一系列处理器可读指令来实施。上文所描述的(多种)方法、(多个)过程、或(多种)技术方法的一些示例部分地是由专用装置比如绝热量子计算机或量子退火器、或对绝热量子计算机或量子退火器进行编程或以其他方式控制其操作的系统(例如包括至少一个数字处理器的计算机)来执行。上文所描述的(多种)方法、(多个)过程、或(多种)技术可以包括各种动作，但本领域技术人员应了解的是，在替代性示例中可以省略某些动作，和/或可以添加附加动作。本领域技术人员还应了解的是，所展示的动作顺序是仅出于示例性目的而示出的并且可以在替代性示例中改变。上文所描述的(多种)方法、(多个)过程、或(多种)技术的示例性动作或操作中的一些被迭代地执行。可以在每次迭代期间、在多次迭代之后、或在所有迭代结束时执行上文所描述的(多种)方法、(多个)过程、或(多种)技术中的一些动作。

对所展示的实施方式的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在是穷尽性的或将实施方式限于所披露的精确形式。如相关领域的技术人员将认识到的，尽管本文出于说明性目的描述了具体实施方式和示例，但是可以在不脱离本披露内容的精神和范围的情况下做出各种等效修改。本文所提供的各种实施方式的传授内容可以应用于量子计算的其他方法，并不一定是上文通常所描述的示例性量子计算方法。

上文所描述的各种实施方式可以被组合以提供进一步的实施方式。在本说明书中提及的和/或在申请数据表中列出的所有普通转让的美国专利申请出版物、美国专利申请、外国专利和外国专利申请的全部内容通过引用并入本文，包括但不限于：美国专利号7,135,701；美国专利号7,418,283；美国专利号8,536,566；美国专利号9,015,215；美国专利号9,152,923；PCT申请号US 2018/066613；和美国专利申请号62/951,738。

鉴于以上详细描述，可以对实施方式做出这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为本说明书和权利要求中披露的具体实施方式，而是应该被解释为包括所有可能的实施方式，连同此权利要求有权获得的等效物的整个范围。因此，权利要求不受本披露内容的限制。

Claims (55)

1.一种包括量子比特的模拟计算系统，该量子比特包括：

量子比特环路，该量子比特环路由第一超导电流路径形成；

至少一个约瑟夫逊结，该至少一个约瑟夫逊结中断该量子比特环路，该至少一个约瑟夫逊结具有临界距离，使得在沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的位置添加集总电感会减少该至少一个约瑟夫逊结处的量子比特电容，并且在沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的位置添加该集总电感会增加该量子比特电容；

多个电感器，该多个电感器沿着该量子比特环路设置，该多个电感器中的每一个可调谐以提供可调谐电感，该多个电感器包括：

一个或多个近电感器，每个近电感器沿着该量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结小于该临界距离的位置处；以及

一个或多个远电感器，每个远电感器沿着该量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结大于该临界距离的位置处。

2.根据权利要求1所述的模拟计算系统，进一步包括一个或多个耦合器，该一个或多个耦合器可调谐地耦合到该量子比特环路，该一个或多个耦合器中的每一个可调谐以提供与该量子比特的相应耦合强度。

3.根据权利要求2所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器中的每一个的可调谐电感可在对应电感范围内调谐并且该一个或多个耦合器中的每一个具有对应的耦合器感应的电感范围，每个耦合器感应的电感范围包括该至少一个约瑟夫逊结处的量子比特电感在该一个或多个耦合器中的对应耦合器的状态之间的差，并且该多个电感器的可调谐电感范围之和大于这些对应的耦合器感应的电感范围中的每一个。

4.根据权利要求2所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器中的一个电感器包括一个或多个电感器约瑟夫逊结，该一个或多个电感器约瑟夫逊结中断该量子比特环路且可调谐以提供该多个电感器中的这一个电感器的相应可调谐电感范围。

5.根据权利要求4所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器中的这一个电感器包括一个或多个DC-SQUID，该一个或多个DC-SQUID包括该一个或多个电感器约瑟夫逊结。

6.根据权利要求5所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器中的这一个电感器包括沿着该量子比特环路串联连接的多个DC-SQUID。

7.根据权利要求3所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器的可调谐电感范围之和大于总耦合器感应的电感范围，该总耦合器感应的电感范围包括第一耦合器感应的电感与第二耦合器感应的电感之间的差，该第一耦合器感应的电感包括在第一状态下的该量子比特电感，在该第一状态中，该一个或多个耦合器中的每一个铁磁地耦合到该量子比特，并且该第二耦合器感应的电感包括在第二状态下的该量子比特电感，在该第二状态中，该一个或多个耦合器中的每一个反铁磁地耦合到该量子比特。

8.根据权利要求7所述的模拟计算系统，其中：

该一个或多个近电感器共同可调谐以将该量子比特电容从第一耦合器感应的电容减少到在目标电容的第一阈值内；

该一个或多个远电感器共同可调谐以将该量子比特电容从第二耦合器感应的电容增加到在该目标电容的第二阈值内；

该第一耦合器感应的电容包括在第三状态下的该量子比特电容，在该第三状态中，该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则反铁磁地耦合到该量子比特环路，并且该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则铁磁地耦合到该量子比特环路；并且

该第二耦合器感应的电容包括在第四状态下的该量子比特电容，在该第四状态中，该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则铁磁地耦合到该量子比特环路，并且该一个或多个耦合器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该至少一个约瑟夫逊结的每个耦合器如果存在的话则反铁磁地耦合到该量子比特环路。

9.根据权利要求8所述的模拟计算系统，其中，对于该一个或多个耦合器的预定目标量子比特电感和一组预定耦合强度，该多个电感器可调谐以针对这些第一状态、第二状态、第三状态和第四状态中的每一个提供总可调谐电感，从而将该量子比特电感增加到在该预定目标量子比特电感的第三阈值内且发生以下情况中的至少一种：将该量子比特电容增加和减少到在该目标电容的第四阈值内。

10.根据权利要求1所述的模拟计算系统，其中，该量子比特包括：

第二量子比特环路，该至少一个约瑟夫逊结中断该第二量子比特环路；以及

至少一个次级电感器，该至少一个次级电感器沿着该第二量子比特环路设置。

11.根据权利要求10所述的模拟计算系统，其中，该量子比特环路和该第二量子比特环路沿着共享部分部分地重叠，并且该多个电感器中的共享电感器沿着该共享部分设置。

12.根据权利要求11所述的模拟计算系统，其中，该共享电感器包括该一个或多个近电感器之一。

13.根据权利要求10所述的模拟计算系统，其中，该至少一个次级电感器包括：

一个或多个次级近电感器，每个次级近电感器沿着该第二量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结小于第二临界距离的位置处；以及

一个或多个次级远电感器，每个次级远电感器沿着该第二量子比特环路设置在距该至少一个约瑟夫逊结大于该第二临界距离的位置处。

14.根据权利要求13所述的模拟计算系统，其中，该多个电感器和该至少一个次级电感器共同提供是总耦合器感应的电感范围的至少两倍的共同可调谐电感范围。

15.一种用于调谐模拟计算系统中的量子比特的有效电容的方法，该方法由与该模拟计算系统通信的处理器执行并且包括：

确定该量子比特的预测电容；

确定该量子比特的目标电容；

基于该目标电容和该预测电容来确定总电容变化ΔC；以及

基于距该量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的对应距离以及该总电容变化来调谐多个电感器以改变该量子比特的有效电容，每个电感器沿着量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离处。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

该一个或多个约瑟夫逊结具有临界距离，使得在沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该一个或多个约瑟夫逊结的位置添加集总电感会减少该一个或多个约瑟夫逊结处的量子比特电容，并且在比该临界距离更远离该一个或多个约瑟夫逊结的位置添加该集总电感会增加该量子比特电容；并且

调谐多个电感器包括：

调谐该多个电感器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更靠近该一个或多个约瑟夫逊结的第一电感器以减少该量子比特电容；以及

调谐该多个电感器中的沿着该量子比特环路比该临界距离更远离该一个或多个约瑟夫逊结的第二电感器以增加该量子比特电容。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，基于距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离来调谐该多个电感器包括基于该第一电感器和该第二电感器距沿着该量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的该临界距离处的点的相应距离来调谐该第一电感器和该第二电感器。

18.根据权利要求15所述的方法，包括：

确定该量子比特的预测电感；

确定该量子比特的目标电感；

基于该目标电感和该预测电感来确定总电感变化ΔL；

其中，调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括：

调谐该多个电感器使得该多个电感器的对应多个可调谐电感之和在总电感变化ΔL的阈值内；以及

调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：

调谐该多个电感器中的该第一电感器的可调谐电感以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及

调谐该多个电感器中的该第二电感器的可调谐电感以增加该有效量子比特电容并且增加该有效量子比特电感。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：

基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL来从电感器调谐值的多个候选分布中选择选定分布；以及

基于该选定分布的电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，每个候选分布对应于候选电容变化，并且选择该选定分布包括基于该候选电容变化与该总电容变化ΔC之间的差来选择该选定分布。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，基于该选定分布来调谐该多个可调谐电感器包括：

基于该选定分布的电感器调谐值以及该多个候选分布中的另一候选分布的电感器调谐值来将用于该多个电感器中的每一个的内插电感器调谐值内插；以及

基于这些内插电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，识别该多个候选分布包括在查找表中基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者来识别该多个候选分布；并且其中，该多个候选分布中的另一候选分布接近于该查找表中的该选定分布。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，识别电感器调谐值的该多个候选分布包括沿着查找表的第一轴线查找该第一电感器和该第二电感器之一的第一组电感器调谐值，并且沿着该查找表的第二轴线针对该第一组电感器调谐值中的每一个识别该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值，使得该第一电感器调谐值和该第二电感器调谐值之和在该总电感变化ΔL的阈值内，与该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值配对的来自该第一组的每个电感器调谐值包括候选分布并且对应于预测电容变化。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，从该多个候选分布中选择选定分布包括在该多个候选分布当中选择具有最接近该总电容变化ΔC的对应预测电容变化的候选分布。

26.根据权利要求18所述的方法，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：

沿着查找表的第一轴线查找该总电容变化ΔC；

沿着该查找表的第二轴线查找该总电感变化ΔL；

识别该查找表中的与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL相对应的电感器调谐值的候选分布；以及

基于该候选分布来调谐该多个电感器。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，查找该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者包括确定沿着该查找表的第一轴线和第二轴线中的至少一者与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者近似的条目。

28.根据权利要求15所述的方法，其中，调谐多个电感器包括：

调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第一距离处的第一电感器以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及

调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第二距离处的第二电感器以增加该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感，该第二距离大于该第一距离。

29.根据权利要求15所述的方法，其中，确定该量子比特的预测电容包括基于耦合到该量子比特的一个或多个耦合器的一个或多个耦合强度来确定耦合器感应的电容负载。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，基于该总电容变化来调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括调谐该多个电感器以补偿该耦合器感应的电容负载。

31.一种计算系统，包括：

至少一个处理器，该至少一个处理器与具有至少一个量子比特的模拟处理器通信；以及

至少一个非暂态处理器可读存储介质，该至少一个非暂态处理器可读存储介质存储处理器可执行指令或数据中的至少一者，这些处理器可执行指令或数据在由该至少一个处理器执行时使该至少一个处理器执行包括以下各项的动作：

确定该量子比特的预测电容；

确定该量子比特的目标电容；

基于该目标电容和该预测电容来确定总电容变化ΔC；以及

使该模拟处理器基于距该量子比特的一个或多个约瑟夫逊结的对应距离以及该总电容变化来调谐多个电感器以改变该量子比特的有效电容，每个电感器沿着量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离处。

32.根据权利要求31所述的计算系统，其中，这些动作进一步包括：

确定该量子比特的预测电感；

确定该量子比特的目标电感；以及

基于该目标电感和该预测电感来确定总电感变化ΔL；

其中，调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括：

调谐该多个电感器使得该多个电感器的对应多个可调谐电感之和在该总电感变化ΔL的阈值内；以及

调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间。

33.根据权利要求32所述的计算系统，其中，基于距该一个或多个约瑟夫逊结的对应距离来调谐该多个电感器包括基于第一电感器和第二电感器距沿着该量子比特环路设置在距该一个或多个约瑟夫逊结的临界距离处的点的相应距离来调谐该第一电感器和该第二电感器。

34.根据权利要求33所述的计算系统，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：

调谐该第一电感器的可调谐电感以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及

调谐该第二电感器的可调谐电感以增加该有效量子比特电容并且增加该有效量子比特电感。

35.根据权利要求33所述的计算系统，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：

基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL来从电感器调谐值的多个候选分布中选择选定分布；以及

基于该选定分布的电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

36.根据权利要求35所述的计算系统，其中，选择该选定分布包括基于对应于该选定分布的候选电容变化与该总电容变化ΔC之间的差来选择该选定分布。

37.根据权利要求35所述的计算系统，其中，基于该选定分布来调谐该多个可调谐电感器包括：

基于该选定分布的电感器调谐值以及该多个候选分布中的另一候选分布的电感器调谐值来将用于该多个电感器中的每一个的内插电感器调谐值内插；以及

基于这些内插电感器调谐值来调谐该多个可调谐电感器。

38.根据权利要求37所述的计算系统，其中，识别该多个候选分布包括在查找表中基于该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者来识别该多个候选分布；并且其中，该多个候选分布中的另一候选分布接近于该查找表中的该选定分布。

39.根据权利要求37所述的计算系统，其中，识别电感器调谐值的该多个候选分布包括沿着查找表的第一轴线查找该第一电感器和该第二电感器之一的第一组电感器调谐值，并且沿着该查找表的第二轴线针对该第一组电感器调谐值中的每一个识别该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值，使得该第一电感器调谐值和该第二电感器调谐值之和在该总电感变化ΔL的阈值内，与该第一电感器和该第二电感器中的另一电感器的对应电感器调谐值配对的来自该第一组的每个电感器调谐值包括候选分布并且对应于预测电容变化。

40.根据权利要求39所述的计算系统，其中，从该多个候选分布中选择选定分布包括在该多个候选分布当中选择具有最接近该总电容变化ΔC的对应预测电容变化的候选分布。

41.根据权利要求33所述的计算系统，其中，调谐该多个电感器使得该多个可调谐电感之和基于该总电容变化ΔC而分布在该多个电感器之间包括：沿着查找表的第一轴线查找该总电容变化ΔC；沿着该查找表的第二轴线查找该总电感变化ΔL；识别该查找表中的与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL相对应的电感器调谐值的候选分布；以及基于该候选分布来调谐该多个电感器。

42.根据权利要求41所述的计算系统，其中，查找该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者包括确定沿着该查找表的第一轴线和第二轴线中的至少一者与该总电容变化ΔC和该总电感变化ΔL中的至少一者近似的条目。

43.根据权利要求31所述的计算系统，其中，调谐多个电感器包括：

调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第一距离处的第一电感器以减少该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感；以及

调谐在沿着该量子比特环路距该一个或多个约瑟夫逊结的第二距离处的第二电感器以增加该有效量子比特电容并且增加有效量子比特电感，该第二距离大于该第一距离。

44.根据权利要求31所述的计算系统，其中，确定该量子比特的预测电容包括基于耦合到该量子比特的一个或多个耦合器的一个或多个耦合强度来确定耦合器感应的电容负载。

45.根据权利要求31所述的计算系统，其中，基于该总电容变化来调谐该多个电感器以改变该量子比特的有效电容包括调谐该多个电感器以补偿该耦合器感应的电容负载。

46.一种包括量子比特的模拟计算系统，该量子比特包括：

约瑟夫逊结；

第一量子比特环路，该第一量子比特环路由第一超导电流路径形成；以及

第二量子比特环路，该第二量子比特环路由第二超导电流路径形成；

其中，该第一量子比特环路和该第二量子比特环路跨该约瑟夫逊结并联电连接。

47.根据权利要求46所述的模拟计算系统，进一步包括与该第一量子比特环路通信的第一通量偏置线以及与该第二量子比特环路通信的第二通量偏置线，该第一通量偏置线独立于该第二通量偏置线而接收信号。

48.根据权利要求46所述的模拟计算系统，其中，该第二量子比特环路包括与该约瑟夫逊结通信的第一部分以及与该约瑟夫逊结间隔开的第二部分，该第一部分和该第二部分通过交叉部隔开，其中，该第二量子比特环路中的电流在该第一部分中沿第一旋转方向行进并且在该第二部分中沿与该第一旋转方向相反的第二旋转方向行进。

49.根据权利要求46所述的模拟计算系统，其中，该约瑟夫逊结包括复合约瑟夫逊结或复合-复合约瑟夫逊结之一。

50.根据权利要求46所述的模拟计算系统，其中，该第一量子比特环路和该第二量子比特环路沿着共享部分部分地重叠。

51.根据权利要求46所述的模拟计算系统，进一步包括耦合器，该耦合器可调谐地耦合到该第一量子比特环路和该第二量子比特环路之一。

52.根据权利要求51所述的模拟计算系统，进一步包括第二量子比特，该第二量子比特耦合到该耦合器。

53.根据权利要求46所述的模拟计算系统，其中，该第一量子比特环路和该第二量子比特环路关于该约瑟夫逊结的轴线对称，该约瑟夫逊结的轴线贯穿该第一量子比特环路和该第二量子比特环路与该约瑟夫逊结之间的第一连接以及该第一量子比特环路和该第二量子比特环路与该约瑟夫逊结之间的第二连接。

54.根据权利要求46所述的模拟计算系统，进一步包括一个或多个附加量子比特环路，该一个或多个附加量子比特环路跨该约瑟夫逊结并联电连接。

55.根据权利要求46所述的模拟计算系统，进一步包括多个电感器，该多个电感器沿着该第一量子比特环路和该第二量子比特环路中的每一个设置，该多个电感器中的每一个可调谐以提供对应可调谐电感。

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