DE112017007187T5

DE112017007187T5 - Schwach abstimmbares Qubit auf Grundlage zweier gekoppelter, disparater Transmone

Info

Publication number: DE112017007187T5
Application number: DE112017007187.9T
Authority: DE
Inventors: Baleegh Abdo; Jared Barney Hertzberg; Easwar Magesan; Jay Gambetta
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2037-11-25
Also published as: JP2020510309A; GB2574552B; CN110383485A; JP6931071B2; GB2574552A; GB201913518D0; US10176432B2; US20180260729A1; CN110383485B; WO2018162965A1; DE112017007187B4

Abstract

Eine Technik bezieht sich auf eine supraleitende Quanteneinheit. Ein Transmon-Qubit (110A) mit fester Frequenz wird bereitgestellt. Ein Transmon-Qubit (110B) mit abstimmbarer Frequenz wird bereitgestellt. Das Transmon-Qubit (110A) mit fester Frequenz wird an das Transmon-Qubit (110B) mit abstimmbarer Frequenz gekoppelt, sodass ein Einzel-Qubit (100) ausgebildet wird.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf supraleitende elektronische Einheiten und im Besonderen auf ein schwach abstimmbares Qubit auf Grundlage zweier gekoppelter, disparater Transmone.
Das grundlegende Element eines Quantencomputers ist das Quanten-Bit, das als „Qubit“ bekannt ist. Im Gegensatz zu einem klassischen Bit, das null und eins darstellt, ist ein Qubit auch in der Lage, eine Quantensuperposition der beiden Zustände darzustellen. Die Zustände können innerhalb der Gesetze der Quantenphysik als Wahrscheinlichkeit eines Befindens in den beiden Zuständen formalisiert werden. Dementsprechend können die Zustände innerhalb der Gesetze der Quantenphysik manipuliert und beobachtet werden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer supraleitenden Quanteneinheit bereitgestellt, das ein Bereitstellen eines Transmon-Qubits mit fester Frequenz und ein Bereitstellen eines Transmon-Qubits mit abstimmbarer Frequenz beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ein Koppeln des Transmon-Qubits mit fester Frequenz an das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz, sodass ein Einzel-Qubit ausgebildet wird.
Wird die vorliegende Erfindung unter einem zweiten Aspekt betrachtet, wird eine supraleitende Quanteneinheit bereitgestellt, die ein Transmon-Qubit mit fester Frequenz und ein Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz beinhaltet. Das Transmon-Qubit mit fester Frequenz wird an das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz gekoppelt, sodass ein Einzel-Qubit ausgebildet wird.
Wird die vorliegende Erfindung unter einem dritten Aspekt betrachtet, wird ein Verfahren zum Gestalten eines Einzel-Qubits bereitgestellt, das ein Bereitstellen eines einzelnen Josephson-Übergangs (Josephson junction, JJ), der durch einen ersten Kondensator überbrückt wird, und ein Bereitstellen einer asymmetrischen supraleitenden Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (direct current superconducting quantum interference device, DC-SQUID) beinhaltet, die durch einen zweiten Kondensator überbrückt wird. Das Verfahren beinhaltet ein Verbinden des Einzel-JJ mit der DC-SQUID durch einen gemeinsam genutzten Knoten.
Wird die vorliegende Erfindung unter einem vierten Aspekt betrachtet, wird ein Einzel-Qubit bereitgestellt, das ein Transmon-Qubit mit einem einzelnen Josephson-Übergang (JJ), das durch einen ersten Kondensator überbrückt wird, und eine asymmetrische supraleitende Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (DC-SQUID) beinhaltet. Die asymmetrische DC-SQUID wird durch einen zweiten Kondensator überbrückt.
Wird die vorliegende Erfindung unter einem fünften Aspekt betrachtet, wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Energiesystems eines Einzel-Qubits bereitgestellt, das ein Bereitstellen des Einzel-Qubits beinhaltet, das als Transmon-Qubit mit fester Frequenz gestaltet ist, das an ein Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet ein Erzeugen des Energiesystems des Einzel-Qubits als V-Energiesystem, sodass ein Auslesen des Einzel-Qubits dazu gestaltet ist, durch Koppeln an ein 4. Energieniveau oder ein 7. Energieniveau des Einzel-Qubits durchgeführt zu werden.
Das Transmon-Qubit mit fester Frequenz kann einen Knoten mit dem Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz gemeinsam nutzen, und das Transmon-Qubit mit fester Frequenz wie auch das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz werden durch einen Kopplungskondensator kapazitiv gekoppelt.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Schaltung eines schwach abstimmbaren Qubits ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 eine beispielhafte Umsetzung der Qubit-Schaltung ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
3 eine Tabelle ist, die ein Konstruktionsbeispiel für die Qubit-Schaltung ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
4 ein V-Energiespektrum (V-System) des Qubits gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist.
5 ein V-Energiespektrum (V-System) des Qubits ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
6 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Bereitstellen einer supraleitenden elektronischen Einheit ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
7 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Gestalten eines Einzel-Qubits ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert; und
8 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Energiesystems eines Einzel-Qubits ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können entwickelt werden, ohne vom Umfang dieser Beschreibung abzuweichen. Es ist zu beachten, dass verschiedene Verbindungen und Positionsbeziehungen (z.B. über, unter, angrenzend an usw.) zwischen Elementen in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen dargelegt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, können diese Verbindungen und/oder Positionsbeziehungen direkt oder indirekt sein und sollen in dieser Hinsicht nicht beschränkend sein. Dementsprechend kann sich eine Kopplung von Entitäten entweder auf eine direkte oder auf eine indirekte Kopplung beziehen, und eine Positionsbeziehung zwischen Entitäten kann eine direkte oder eine indirekte Positionsbeziehung sein. Als Beispiel für eine indirekte Positionsbeziehung zählen zu Bezugnahmen auf ein Ausbilden einer Schicht „A“ über einer Schicht „B“ Situationen, in denen sich eine oder mehrere Zwischenschichten (z.B. eine Schicht „C“) zwischen der Schicht „A“ und der Schicht „B“ befinden, sofern die relevanten Eigenschaften und Funktionalitäten der Schicht „A“ und der Schicht „B“ durch die Zwischenschicht(en) nicht wesentlich verändert werden.
Mehrere physische Systeme sind als potentielle Umsetzungen von Qubits vorgeschlagen worden. Jedoch sind Halbleiterschaltungen und im Besonderen supraleitende Schaltungen von großem Interesse, da sie Skalierbarkeit bieten, wobei es sich um die Möglichkeit handelt, Schaltungen mit einer größeren Anzahl von interagierenden Qubits herzustellen. Supraleitende Qubits beruhen üblicherweise auf Josephson-Übergängen (JJ). Bei einem Josephson-Übergang handelt es sich um zwei Supraleiter, die zum Beispiel durch eine dünne, isolierende Barriere gekoppelt sind. Ein Josephson-Übergang kann mithilfe einer isolierenden Tunnelbarriere wie zum Beispiel Al₂O₃ zwischen supraleitenden Elektroden gefertigt werden. Bei solchen Josephson-Übergängen aus Supraleiter-Isolator-Supraleiter (SIS) ist der maximal zulässige Suprastrom der kritische Strom I_c. Supraleitende Qubits mit einem abstimmbaren kritischen Strom (z.B. auf Grundlage von Josephson-Übergängen) sind allgemein zweckdienlich auf dem Gebiet der Quantendatenverarbeitung und sind mithilfe einer sogenannten supraleitenden Quanteninterferenzeinheit (SQUID) umgesetzt worden, die ermöglicht, dass die Qubit-Frequenz mithilfe eines externen Magnetfeldes abgestimmt wird. Bei der SQUID handelt es sich um zwei parallele JJs, wodurch eine Schleife ausgebildet wird, durch die ein Magnetfeld angelegt werden kann. Bei dieser Gestaltung wird die SQUID als DC-SQUID bezeichnet. Mehrere Probleme stehen jedoch mit einem Qubit mit abstimmbarer Frequenz, im Besonderen mit einem supraleitenden Qubit in Zusammenhang, dessen Frequenz durch das Anlegen eines externen Magnetflusses abgestimmt wird. Beispielsweise könnte ein externes Magnetfeld das Verhältnis der Josephson-Energie und der Ladeenergie verringern, wodurch eine Empfindlichkeit gegenüber Ladungsrauschen entstehen kann. Als weiteres Beispiel ist die Empfindlichkeit des Qubits gegenüber Flussrauschen umso größer, je größer die Frequenzabstimmbarkeit des Qubits als Funktion des Magnetflusses ist, wobei ein solches Rauschen die Kohärenzzeiten des Qubits verringern kann.
Quantenfehler-Korrekturschemata stützen sich auf Arrays von Qubits, die aneinandergekoppelt sind und auf die durch eine externe Steuerung eingewirkt wird, um Quantengatteroperationen durchzuführen. Bei einer Quantendatenverarbeitung und im Besonderen dem Quantenschaltungsmodell zur Datenverarbeitung ist ein Quantengatter (oder ein logisches Quantengatter) eine grundlegende Quantenschaltung, die mit einer geringen Anzahl von Qubits arbeitet. Sie sind die Bausteine von Quantenschaltungen, so wie klassische Logikgatter es für herkömmliche Digitalschaltungen sind. Die gebräuchlichsten Quantengatter arbeiten mit Räumen von einem oder zwei Qubits, so wie die üblichen klassischen Logikgatter mit einem oder zwei Bits arbeiten.
Supraleitende Transmon-Qubits mit fester Frequenz und Mikrowellen-Kreuzresonanzgatter bieten eine einfache und robuste Architektur für ein solches System, sie sind jedoch sehr empfindlich gegenüber den jeweiligen Frequenzen von angrenzenden Qubits. Diese Frequenzen sind wiederum sehr empfindlich gegenüber der detaillierten Nanostruktur der Josephson-Übergänge in den Qubits. In der Praxis ist es schwierig, Qubits mit einer festen Frequenz von 5 GHz mit einer besseren Frequenzpräzision als etwa plus oder minus (±) 4 % herzustellen. Eine Transmon-Qubit-Konstruktion (die auf einer DC-SQUID mit symmetrischen oder asymmetrischen Josephson-Übergängen beruht) mit abstimmbarem Fluss bietet die Fähigkeit, Frequenzen anzupassen, um die Gatteroperation zu optimieren. Der Bereich der Abstimmbarkeit sollte jedoch sehr klein gestaltet werden (gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen im Besonderen etwa 100 MHz), anderenfalls erhöht die Abstimmbarkeit die Empfindlichkeit gegenüber einer Quantenzustandsdephasierung durch die Wirkung von Flussrauschen. Gleichzeitig sollte der Josephson-Übergang in jeglicher Qubit-Konstruktion mit abstimmbarer Frequenz bestimmte Grenzen der Übergangsgröße nicht überschreiten. Eine übermäßige Übergangsgröße kann eine Übergangsfertigung erschweren, eine unerwünschte Übergangskapazität beitragen und/oder willkürlich auftretende Schäden wie zum Beispiel Zwei-Niveau-System-Dissipatoren enthalten. Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine modifizierte Transmon-Qubit-Konstruktion bereit, die dazu gestaltet ist, einen Abstimmbereich von weniger als 100 MHz zu erzielen, ohne übermäßige Übergangsgrößen zu erfordern.
Im Folgenden werden verschiedene Beschränkungen bei abstimmbaren Transmon-Schemata nach dem Stand der Technik erörtert. Wie oben angemerkt, setzen Transmon-Qubits üblicherweise einen einzelnen Josephson-Übergang mit einem kritischen Strom I_c1 ein. Wenn der kritische Strom abstimmbar gestaltet werden muss, wird ein Schema eingesetzt, das ein Paar Josephson-Übergänge mit kritischen Strömen I_c2 und I_c3 in einer SQUID-Schleife verwendet, wobei I_c3 > I_c2 gilt. Eine (nicht dargestellte) externe Feldspule passt den Magnetfluss in der Schleife an, wodurch ermöglicht wird, den kombinierten kritischen Strom der Übergänge um einen Bruchteil anzupassen, der dem Verhältnis 2 I_c2 / (I_c2 + I_c3) entspricht. Die Qubit-Frequenz skaliert etwa als Quadratwurzel des kritischen Stroms, sodass die Abstimmbarkeit auf dem Verhältnis der kritischen Ströme I_c3/I_c2 beruht, das wiederum direkt von dem Verhältnis der Josephson-Übergangsflächen abhängt. Daher weist dieses Abstimmbarkeitsschema nach dem Stand der Technik mehrere Beschränkungen auf:

1) Fertigungsgrenzen bei der Übergangsgröße. Bei aktuellen Fertigungssystemen unter Verwendung von Elektronenstrahl-Lithographie ist es schwierig, Josephson-Übergänge zuverlässig kleiner als etwa 60 Nanometer (nm) x 60 nm (oder 3.600 Quadratnanometer (nm²)) herzustellen. Häufiger werden die Übergänge mit einer Fläche von etwa 90 nm x 90 nm (z.B. 8.100 nm²) hergestellt. Um eine Abstimmbarkeit von 100 MHz zu erzielen (wie in einer oder mehreren Ausführungsformen bereitgestellt), würde I_c2, bereitgestellt durch einen Übergang mit 60 nm × 60 nm oder 90 nm × 90 nm, und I_c3, bereitgestellt durch eine Übergangsfläche, die 50-mal größer als die Übergangsfläche von I_c2 ist, d.h., 424 nm × 424 nm oder 636 nm × 636 nm (z.B. 180.000 nm² bzw. 405.000 nm²), erfordern. In der Praxis ist es schwierig, diese unterschiedlichen Übergangsflächen gleichzeitig in derselben Einheit herzustellen. Nach dem Stand der Technik wird häufiger ein Verhältnis der Flächen von 15:1 erzielt (was eine Abstimmbarkeit von etwa 330 MHz ergibt).
2) Übergangskapazität. Die Transmon-Konstruktion stützt sich auf ein Überbrücken des Übergangs mit einer großen Kapazität, um die Ladungsdispersion der Einheit zu verringern und sie gegenüber Auswirkungen eines lokalen Ladungsrauschens unempfindlich zu machen. Diese Kapazität kann durch photolithographisch definierte Strukturmerkmale, die etwa 65 Femtofarad (fF) aufweisen können, sorgfältig gesteuert werden. Der Übergang trägt darüber hinaus eine Kapazität in einem Umfang von etwa 4 fF bei. Wenn die Übergänge umkonstruiert werden, um sie erheblich zu vergrößern, liefern diese Übergänge dem Qubit eine überschüssige, unerwünschte Kapazität.
3) In dem Übergang beinhaltete Schäden. Zwei-Ebenen-System(TLS)-Schäden können in der amorphen Struktur des Übergangsbarrierendielektrikums auftreten. Jegliche dieser Schäden in den Übergängen, die in der Nähe der Frequenz des Qubits liegen, koppeln sich an das Qubit und verschlechtern die Kohärenz des Qubits. Es wird geschätzt, dass ein typischer Übergang mit einer Größe von 100.000 nm² solche Schäden mit einer Energiedichte 1 alle 3 GHz enthält. Der Übergang weist folglich eine Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 60 auf, dass er innerhalb von 50 MHz zu einem solchen Schaden liegt. Der Bestand von TLSs skaliert jedoch direkt mit der Fläche, sodass ein Übergang von 405.000 nm² eine Wahrscheinlichkeit von etwa 1 zu 15 aufwiese. Wenn eine TLS-Kopplung vermieden werden soll, müssen die Übergänge klein gehalten werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befassen sich mit Beschränkungen von Konstruktionsschemata nach dem Stand der Technik. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Strukturen und Verfahren bereitgestellt, um ein schwach abstimmbares Qubit zu erzeugen. Das schwach abstimmbare Qubit ist dazu gestaltet, die wichtigsten Transmon-Eigenschaften, die Qubit-Frequenz, eine moderate Anharmonizität und eine geringe Ladungsdispersion, durch kapazitives Koppeln eines Transmons mit einem Einzelübergang an ein asymmetrisches DC-SQUID-Transmon zu erhalten. Durch Abstimmen des externen Magnetflusses Φ_ext, der die asymmetrische DC-SQUID-Transmon-Schleife durchläuft, ändert sich die Resonanzfrequenz des asymmetrischen DC-SQUID-Oszillators, und aufgrund der kapazitiven Kopplung und/oder der Impedanzbelastung bewirkt die Änderung der Resonanzfrequenz des asymmetrischen DC-SQUID-Oszillators eine Verschiebung der Resonanzfrequenz des Qubits (d.h., der Qubit-Frequenz), dessen Resonanzfrequenz durch das nicht abstimmbare Transmon-Qubit dominiert wird. Eine solche Frequenzverschiebung des Qubits lässt sich mit einer χ-Verschiebung der Frequenz des Transmons mit einem Einzel-JJ erklären.
Unter Bezugnahme auf die Figuren ist 1 eine Schaltung eines schwach abstimmbaren Qubits 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Qubit 100 ist schwach abstimmbar, da der abstimmbare Bereich der Resonanzfrequenz (d.h., der Qubit-Frequenz f_q) der Qubit-Schaltung 100 verringert oder begrenzt (d.h., schwach abstimmbar) ist, wodurch ermöglicht wird, Frequenzkollisionen mit sonstigen Qubit-Schaltungen und/oder Betriebsfrequenzen zu vermeiden und gleichzeitig die Empfindlichkeit des Qubits gegenüber Flussrauschen zu verringern. Es versteht sich, dass die Qubit-Schaltung 100 mit sonstigen Qubit-Schaltungen 100 in einem Array oder einer Matrix gekoppelt ist, wodurch ein Quantendatenverarbeitungsprozessor ausgebildet wird, wie einem Fachmann verständlich ist. Bei einigen Ausführungsformen beträgt der abstimmbare Bereich der Resonanzfrequenz (d.h., der Qubit-Frequenz f_q) etwa 100 MHz. Bei sonstigen Ausführungsformen ist die Resonanzfrequenz des Qubits 100 in einem Abstimmbereich von weniger als 100 MHz abstimmbar. Bei sonstigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Resonanzfrequenz des Qubits 100 in einem Abstimmbereich von 50 MHz oder weniger abstimmbar. Es versteht sich, dass die Abstimmbarkeit von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erheblich geringer als bei abstimmbaren Transmon-Qubits nach dem Stand der Technik (die bei etwa 300 MHz liegen) ist, ohne dass die oben erörterten Probleme auftreten. Abstimmbar bedeutet, dass die Qubit-Frequenz f_q des Qubits 100 um einen gewissen Betrag (MHz) zunehmen oder abnehmen kann, und dieser Bereich ist in der neuen Konstruktion gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung begrenzt/verringert worden, wodurch das abstimmbare Qubit 100 schwach abstimmbar gemacht wird. Wenn die Qubit-Frequenz f_q des Qubits 100 zum Beispiel 4,5 GHz mit einer Abstimmbarkeit von 100 MHz beträgt, kann die Qubit-Frequenz des Qubits 100 nach unten bis auf 4,45 GHz und nach oben bis auf 4,55 GHz abgestimmt werden.
Das Qubit 100 beinhaltet ein Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz und ein Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz, die eine Elektrode gemeinsam nutzen und durch einen Kopplungskondensator Cc 120 aneinandergekoppelt sind. Das Transmon-Qubit 110A beinhaltet einen Einzel-JJ 102 mit einem kritischen Strom, der mit I_c1 gekennzeichnet wird. Das Transmon-Qubit 110A ist ein Qubit mit fester Frequenz und ist nicht abstimmbar. Der Einzel-JJ 102 in dem Transmon-Qubit 110A wird durch einen Kondensator C₁ 122 überbrückt.
Das Transmon-Qubit 110B beinhaltet eine asymmetrische DC-SQUID 104, die durch einen Kondensator C₂ 124 überbrückt wird. In dem schwach abstimmbaren Qubit 100 weist der Kondensator C₁ 122 einen größeren Wert als der Kondensator C₂ 124 auf. Die asymmetrische DC-SQUID 104 wird durch einen JJ 105A und einen JJ 105B ausgebildet, die in einer Schleife miteinander verbunden sind. Die asymmetrische DC-SQUID 104 ist durch den externen Magnetfluss Φ_ext abstimmbar, der die asymmetrische DC-SQUID-Transmon-Schleife durchläuft. Bei dem JJ 105A handelt es sich um einen kleineren Josephson-Übergang (d.h., einen Supraleiter-Isolator-Supraleiter) mit einer kleineren Fläche als der größere JJ 105B. Der JJ 105A weist einen kritischen Strom I_c2 auf, und der JJ 105B weist einen kritischen I_c3 auf. Da der JJ 105B größer als der JJ 105A ist, ist der supraleitende kritische Strom I_c3 größer als der kritische Strom I_c2. Bei einer Umsetzung können der kritische Strom I_c1 und I_c2 etwa gleich sein.
Wie zu erkennen ist, wird das neue Qubit 100 durch Koppeln der beiden Transmon-Qubits 110A und 110B aneinander ausgebildet, das Qubit 100 verhält sich jedoch wie/dient als ein Einzel-Qubit mit einer definierten Übergangsfrequenz (d.h., einer Qubit-Frequenz f_q). Die Kombination der asymmetrischen DC-SQUID 104 in dem Transmon 110B mit abstimmbarer Frequenz und des Einzel-JJ 102 in dem Transmon 110A mit fester Frequenz bewirkt, dass das Qubit 100 einen verringerten oder begrenzten abstimmbaren Bereich aufweist. Beispielsweise tragen die Resonanzfrequenzen sowohl des festen Einzel-JJ 102 (Transmon-Qubit 110A) wie auch der DC-SQUID 104 (Transmon-Qubit 110B) zu der Resonanzfrequenz f_q des Qubits 100 bei, die Resonanzfrequenz des festen Einzel-JJ 102, die nicht abstimmbar ist, hat jedoch eine dominierendere Wirkung auf die Resonanzfrequenz f_q. Dadurch, dass die unterschiedlichen JJs 105A und 105B in der DC-SQUID 104 vorhanden sind, erhält das Qubit 100 eine begrenzte Abstimmbarkeit. Im Vergleich mit einem typischen abstimmbaren Transmon, das eine DC-SQUID enthält, ist der abstimmbare Bereich des Qubits 100 begrenzt, da die DC-SQUID 104 nur teilweise zu dem kritischen Gesamtstrom beiträgt, wobei der feste Einzel-JJ 102 den überwiegenden Beitrag zu der Resonanzfrequenz leistet.
Die Schaltungselemente der Qubit-Schaltung 100 sind aus einem supraleitenden Material hergestellt. Zu Beispielen für (bei niedrigen Temperaturen wie zum Beispiel etwa 10 bis 100 Millikelvin (mK) oder etwa 4 K) supraleitende Materialien zählen Niob, Aluminium, Tantal usw. Beispielsweise sind die JJs 102, 105A und 105B aus einem supraleitenden Material hergestellt, und ihre Tunnelübergänge können aus einer dünnen Tunnelbarriere wie zum Beispiel einem Oxid hergestellt sein. Die Kondensatoren C₁, C₂ und C_C sind aus einem supraleitenden Material hergestellt, das durch ein dielektrisches Material getrennt wird. Die Leitungen, die die verschiedenen Elemente verbinden, sind aus einem supraleitenden Material hergestellt.
2 ist eine beispielhafte Umsetzung der Qubit-Schaltung 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. In 2 beinhaltet die Qubit-Schaltung 100 zwei große supraleitende Pads 202A und 202B. Der Einzel-JJ 102 ist mit den beiden großen Pads 202A und 202B verbunden. Der Kondensator C₁ 122 ist zwischen den beiden großen Pads 202A und 202B ausgebildet.
Die DC-SQUID 104 ist mit einem großen Pad, zum Beispiel dem großen supraleitenden Pad 202A verbunden und mit einem kleinen supraleitenden Pad 204 verbunden. Das kleine Pad 204 ist kleiner als das große Pad 202A. Der Kondensator C₂ 124 ist zwischen dem großen Pad 202A und dem kleinen Pad 204 ausgebildet. Der Kopplungskondensator C_C 120 ist zwischen dem großen Pad 202A und dem kleinen Pad 204 ausgebildet. Wenngleich dies der Einfachheit halber nicht dargestellt wird, kann die Qubit-Schaltung 100 auf einem Substrat wie zum Beispiel einem Wafer ausgebildet sein. Bei dem Wafer kann es sich um einen Silicium-Wafer, einen Saphir-Wafer oder ein sonstiges Substratmaterial handeln, das bei der Mikrofertigung verwendet wird.
2 ist einfach eine beispielhafte Umsetzung, und es versteht sich, dass es sonstige Umsetzungen der Qubit-Schaltung 100 gibt. Verschiedene Parameter der Schaltungselemente können so modifiziert werden, dass das gewünschte Ergebnis gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen erzielt wird. Es können Modifizierungen an der Position der Pads 202A, 202B, 204, der Größe der Pads 202A, 202B, 204 und/oder dem Abstand zwischen den Pads 202A, 202B, 204 vorgenommen werden. Der Abstand zwischen den Pads 202A, 202B, 204 wirkt sich auf die Werte der Kondensatoren C_C, C₁, C₂ aus.
Zur Erläuterung und nicht als Beschränkung ist 3 eine Tabelle 1, die berechnete Qubit-Eigenschaften für ein bestimmtes Konstruktionsbeispiel der Qubit-Schaltung 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. In dem Konstruktionsbeispiel gilt I_C1 = I_C2 = 27 Nanoampere (nA) und I_C3 = 81 nA. Darüber hinaus gilt für die Kondensatoren C₁ = 55 fF, C₂ = 20 fF und C_C = 25 fF. In diesem Konstruktionsbeispiel beträgt der Abstimmbarkeitsbereich 48 MHz, was bedeutet, dass die Qubit-Frequenz f_q des Qubits 100 auf 24 MHz oberhalb und unterhalb der Durchschnittsfrequenz des Qubits abgestimmt werden kann.
Tabelle 1 stellt Qubit-Eigenschaften des Qubits 100 für das Konstruktionsbeispiel dar. Die Qubit-Eigenschaften werden für zwei Fälle des externen Magnetflusses Φ_ext veranschaulicht, der die asymmetrische DC-SQUID-Transmon-Schleife durchläuft. Im ersten Fall beträgt der externe Magnetfluss Φ_ext 0, was bedeutet, dass kein Fluss die Schleife durchläuft. Im zweiten Fall ist der externe Magnetfluss Φ_ext gleich Φ₀/2, was als ein halbes Flussquant bezeichnet wird, wobei Φ₀ ein Flussquant ist. Das (supraleitende) Magnetflussquant ist Φ₀ = h/(2e), wobei es sich um eine Kombination von grundlegenden physikalischen Konstanten, der Planck-Konstanten h und der Elektronenladung e, handelt, die 2,0678 × 10^-15 Wb entspricht.
In dem Konstruktionsbeispiel bleibt die Qubit-Frequenz f_q in dem gewünschten Betriebsbereich, der selbst bei Abstimmung im Allgemeinen zwischen 4 und 5 GHz liegt. Dieser Frequenzbereich wird üblicherweise bei supraleitenden Qubits verwendet, weil er hoch genug ist, um eine thermische Besetzung von Qubit-Zuständen zu vermeiden, wenn Qubits in einem Entmischungskryostaten betrieben werden, und gleichzeitig niedrig genug ist, um die meisten Mikrowellennebenresonanzen zu vermeiden und Operationen mit allgemein verfügbarer Mikrowellenelektronik zu erleichtern. Wenngleich das Konstruktionsbeispiel im Mikrowellenbereich von 4 bis 5 GHz liegen soll, der üblicherweise verwendet wird, versteht es sich, dass es sich bei der Qubit-Frequenz um sonstige Frequenzen handeln kann. Von den sonstigen, in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften ist die Anharmonizität ein Maß der Unterschiedlichkeit von aufeinanderfolgenden Energieniveaus im Qubit-Energiespektrum. Eine 200 MHz übersteigende Anharmonizität ist erwünscht (jedoch nicht erforderlich), um den ersten und den zweiten Energieübergang des Qubits deutlich zu unterscheiden. Die Ladungsdispersion des Qubits gibt die Fähigkeit des Qubits an, mit einer externen Ladung abgestimmt zu werden. Ein solches Verhalten ist unerwünscht, da Ladungsrauschen in einem Qubit-System ein willkürliches Abstimmen verursachen und zu Dekohärenz führen kann. Eine geringe Ladungsdispersion (deutlich unter 100 kHz) ist in jedem funktionalen Qubit-Zustand vorzuziehen (jedoch nicht erforderlich). Die letzte Zeile der Tabelle 1 betrifft die in 4 und 5 beschriebenen Verhaltensweisen.
4 ist ein V-Energiespektrum (V-System) des Qubits 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das V-System wird für den Arbeitspunkt Φ_ext=0 dargestellt. In 4 stellt das V-System Energieniveaus dar, bei denen es sich um Pfade zum Auslesen des Qubits 100 handelt. Der Quantenzustand des Qubits 100 kann sich bei 0 Energie, auf dem 1. Energieniveau oder dem 4. Energieniveau befinden. Der Quantenzustand des Qubits 100 kann aufgrund eines zwischen diesen Niveaus vorhandenen Kopplungsterms zwischen dem 0-Energieniveau (d.h., dem Grundzustand) und dem 1. Energieniveau hin und her wechseln. Gleichermaßen kann der Quantenzustand des Qubits 100 auch zwischen dem 0-Energieniveau (d.h., dem Grundzustand) und dem 4. Energieniveau hin und her wechseln.
Ein (nicht dargestellter) Ausleseresonator kann mit dem Qubit 100 gekoppelt werden, um den Zustand des Qubits 100 abzuleiten (d.h., auszulesen), wie einem Fachmann verständlich ist. Das V-System stellt dar, dass der Ausleseresonator eine Ausleseresonanzfrequenz f_r aufweisen kann, die dem 4. Energieniveau des Qubits 100 entsprechen kann. In diesem Beispiel beträgt das 4. Energieniveau des Qubits 100 etwa 14,6 GHz. Dementsprechend kann der Ausleseresonator eine Ausleseresonanzfrequenz von etwa f_r = 14,6 GHz zum Auslesen des Quantenzustands des Qubits 100 aufweisen. Das Auslesen kann durch Bestrahlen des Resonators mit einem elektromagnetischen Feld bei einer Resonanz mit der Resonatorfrequenz und Beobachten der Intensität des aus dem Resonator austretenden Signals durchgeführt werden. Wenn die Intensität schwach ist, ist das Messergebnis „0“, wenn die Intensität dagegen stark (hell) ist, ist das Ergebnis „1“.
5 ist ein V-Energiespektrum (V-System) des Qubits 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das V-System wird für den Arbeitspunkt Φ_ext = Φ₀/2 dargestellt. Wie oben angemerkt, stellt das V-System in 5 Energieniveaus dar, bei denen es sich um Pfade zum Auslesen des Qubits 100 handelt. Jedoch stellt 5 ein 7. Energieniveau dar. Dementsprechend kann sich der Quantenzustand des Qubits 100 bei 0 Energie, auf dem 1. Energieniveau oder dem 7. Energieniveau befinden. Der Quantenzustand des Qubits 100 kann aufgrund eines zwischen diesen Niveaus vorhandenen Kopplungsterms zwischen dem 0-Energieniveau (d.h., dem Grundzustand) und dem 1. Energieniveau hin und her wechseln. Gleichermaßen kann der Quantenzustand des Qubits 100 auch zwischen dem 0-Energieniveau (d.h., dem Grundzustand) und dem 7. Energieniveau hin und her wechseln.
Wie oben angemerkt, kann ein (nicht dargestellter) Ausleseresonator mit dem Qubit 100 gekoppelt werden, um den Zustand des Qubits 100 abzuleiten (d.h., auszulesen), wie einem Fachmann verständlich ist. In diesem Fall stellt das V-System dar, dass der Ausleseresonator eine Ausleseresonanzfrequenz f_r aufweisen kann, die dem 7. Energieniveau des Qubits 100 entspricht. In diesem Beispiel beträgt das 7. Energieniveau des Qubits 100 etwa 25,46 GHz. Dementsprechend kann der Ausleseresonator eine Ausleseresonanzfrequenz von etwa f_r= 25,46 GHz zum Auslesen des Quantenzustands des Qubits 100 aufweisen. Ein Auslesen kann auf dieselbe Weise durchgeführt werden, wie oben für den Fall des 4. Energieniveaus beschrieben worden ist.
6 ist ein Ablaufplan 600 eines Verfahrens zum Bereitstellen einer supraleitenden Quanten(elektronik)einheit (d.h., der Qubit-Schaltung 100) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es kann auf 1 bis 5 Bezug genommen werden.
In Block 602 wird ein Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz bereitgestellt. In Block 604 wird ein Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz bereitgestellt. In Block 606 wird ein Einzel-Qubit 100 ausgebildet, indem das Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz mit dem Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz durch einen gemeinsam genutzten Knoten verbunden wird und indem sie kapazitiv gekoppelt werden.
Das Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz und das Transmon 110B mit abstimmbarer Frequenz nutzen einen Knoten gemeinsam und sind durch einen Kopplungskondensator C_C 120 kapazitiv gekoppelt. Das Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz besteht aus einem Einzel-JJ, der durch einen ersten Kondensator C₁ 122 überbrückt wird. Das Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz besteht aus einer asymmetrischen supraleitenden Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (DC-SQUID) 104, die durch einen zweiten Kondensator C₂ 124 überbrückt wird, dessen Kapazität geringer als die des ersten Kondensators 122 ist. Die DC-SQUID 104 beinhaltet zwei Josephson-Übergänge (JJs), wobei es sich bei den beiden JJs um einen ersten JJ 105B und einen zweiten JJ 105A handelt. Der erste JJ 105B ist größer als der zweite JJ 105A.
Eine Qubit-Frequenz f_q des Einzel-Qubits 100 ist dazu gestaltet, in einem Bereich von (±) etwa 150 MHz, 100 MHz, 75 MHz, 50 MHz, und/oder etwa 25 MHz (nach oben oder unten) abgestimmt zu werden. Eine Verschiebung der Qubit-Frequenz f_q des Einzel-Qubits 100 beruht auf und/oder wird durch das Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz bewirkt.
7 ist ein Ablaufplan 700 eines Verfahrens zum Gestalten eines Einzel-Qubits 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es kann auf 1 bis 6 Bezug genommen werden. In Block 702 wird ein einzelner Josephson-Übergang (JJ) 102 bereitgestellt, der durch einen ersten Kondensator C₁ 122 überbrückt wird, um ein Transmon 110A mit fester Frequenz auszubilden. In Block 704 wird eine asymmetrische supraleitende Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (DC-SQUID) 104 durch einen zweiten Kondensator C₂ 124 überbrückt, um ein Transmon 110B mit abstimmbarer Frequenz auszubilden. In Block 706 wird das Transmon 110A mit fester Frequenz durch einen gemeinsam genutzten Knoten und einen Kopplungskondensator 120 mit dem Transmon 110B mit abstimmbarer Frequenz verbunden. Beispielsweise wird der Einzel-JJ 102 durch den einen gemeinsam genutzten Knoten mit der DC-SQUID 104 verbunden. Darüber hinaus nutzen die beiden Qubits eine Elektrode (einen Knoten) gemeinsam und sind durch den Kopplungskondensator C_C 120 kapazitiv gekoppelt.
8 ist ein Ablaufplan 800 eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Energiesystems eines Einzel-Qubits 100 zum Auslesen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In Block 802 ist das Einzel-Qubit 100 als Transmon-Qubit 110A mit fester Frequenz gestaltet, das mit einem Transmon-Qubit 110B mit abstimmbarer Frequenz gekoppelt ist. In Block 804 ist das Qubit 100 dazu gestaltet, das Energiesystem des Einzel-Qubits als V-Energiesystem zu erzeugen (wie zum Beispiel in 4 und 5), sodass ein Auslesen (durch einen Ausleseresonator) des Einzel-Qubits 100 so gestaltet ist, dass es durch Koppeln an ein 4. Energieniveau oder ein 7. Energieniveau des Einzel-Qubits 100 durchzuführen ist.
Zu technischen Auswirkungen und Vorteilen zählt ein supraleitendes schwach abgestimmtes Qubit. Zu den technischen Vorteilen zählt des Weiteren eine Qubit-Frequenz von etwa 4,8 GHz, die sich in dem typischen Bereich von 4 bis 5 GHz befindet, mit einer geringen Ladungsdispersion im Bereich von 10^-5 bis 10^-6 GHz. Zu den technischen Vorteilen zählt eine moderate Anharmonizität von etwa 260 MHz, sodass die Zustände 0 bis 1 als Qubit verwendet werden können. Das schwach abgestimmte Qubit kann denselben Fertigungsprozess wie Transmone verwenden, sodass keine zusätzlichen Fertigungsschritte erforderlich sind. Das schwach abgestimmte Qubit weist einen ähnlichen Platzbedarf wie ein typisches Qubit auf, und das neue Qubit nimmt keine größere Fläche ein. Zu den technischen Vorteilen zählt, dass das schwach abgestimmte Qubit in einem Bereich von etwa 50 MHz schwach abstimmbar ist, wodurch es möglich ist, eine Überfüllung von Frequenzen von sonstigen Qubits zu vermeiden. Das schwach abgestimmte Qubit weist eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Flussrauschen auf. Es weist darüber hinaus eine geringe JJ-Asymmetrie von etwa 1:3 auf, was weniger TLSs bedeutet, und es kann zuverlässig gefertigt werden, da es ähnliche Übergangsflächen aufweist. Darüber hinaus weist das schwach abgestimmte Qubit ein V-System mit Einzelphotonenübergängen zwischen den Energiezustandsniveaus 0 bis 1 und den Energiezustandsniveaus 0 bis 4 für ein Fluss-Bias Φ_ext= nΦ₀ auf, das die SQUID-Schleife durchläuft, wobei n=0, ±1, ±2, ±3 usw. gilt. Ein weiteres V-System ist mit Einzelphotonenübergängen zwischen den Energiezustandsniveaus 0 bis 1 und den Energiezustandsniveaus 0 bis 7 für ein Fluss-Bias Φ_ext= (n+1/2)Φ₀ ausgebildet, das die SQUID-Schleife durchläuft, wobei n=0, ±1, ±2, ±3 usw. gilt. Der 4. Zustand kann dazu verwendet werden, ein schnelles Auslesen des Zustands durchzuführen, indem der 4. Zustand resonant an einen Ausleseresonator gekoppelt wird.
Der Begriff „etwa“ und Varianten davon sollen den Fehlergrad beinhalten, der einer Messung der jeweiligen Menge auf Grundlage der zum Zeitpunkt des Einreichens der Anmeldung verfügbaren Ausrüstung zugehörig ist. Beispielsweise kann „etwa“ einen Bereich von ± 8 % oder 5 % oder 2 % eines bestimmten Wertes beinhalten.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin unter Bezugnahme auf Ablaufpläne und/oder Blockschaltbilder bzw. Schaubilder von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Block der Ablaufpläne und/oder der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Ablaufplänen und/oder den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern mittels durch einen Computer lesbare Programmanweisungen ausgeführt werden können.
Die Ablaufpläne und die Blockschaltbilder bzw. Schaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufplänen oder Blockschaltbildern bzw. Schaubildern ein Modul, ein Segment oder einen Teil von Anweisungen darstellen, die eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Ausführung der bestimmten logischen Funktion(en) beinhalten. In einigen alternativen Ausführungen können die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren gezeigt stattfinden. Zwei nacheinander gezeigte Blöcke können zum Beispiel in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal je nach entsprechender Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ferner anzumerken, dass jeder Block der Blockschaltbilder bzw. Schaubilder und/oder der Ablaufpläne sowie Kombinationen aus Blöcken in den Blockschaltbildern bzw. Schaubildern und/oder den Ablaufplänen durch spezielle auf Hardware beruhende Systeme umgesetzt werden können, welche die festgelegten Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen aus Spezial-Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgten zur Veranschaulichung, sind jedoch nicht erschöpfend oder auf die erörterten Ausführungsformen beschränkt gemeint. Zahlreiche Modifizierungen und Varianten sind für Fachleute ersichtlich, ohne vom Umfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsformen, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber auf dem Markt erhältlichen Technologien am besten zu erläutern oder um anderen Fachleuten zu ermöglichen, die hierin erörterten Ausführungsformen zu verstehen.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen einer supraleitenden Quanteneinheit, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Transmon-Qubits mit fester Frequenz; Bereitstellen eines Transmon-Qubits mit abstimmbarer Frequenz; und Koppeln des Transmon-Qubits mit fester Frequenz an das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz einen Knoten mit dem Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz gemeinsam nutzt und das Transmon-Qubit mit fester Frequenz wie auch das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz durch einen Kopplungskondensator kapazitiv gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz durch einen ersten Kondensator überbrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz durch einen zweiten Kondensator überbrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste Kondensator einen größeren Wert als der zweite Kondensator aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz eine supraleitende Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (DC-SQUID) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die DC-SQUID asymmetrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 7, wobei die DC-SQUID zwei Josephson-Übergänge (JJs) aufweist, wobei es sich bei den beiden JJs um einen ersten JJ und einen zweiten JJ handelt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste JJ größer als der zweite JJ ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Qubit-Frequenz des Einzel-Qubits dazu gestaltet ist, verschoben zu werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Verschiebung der Qubit-Frequenz des Einzel-Qubits durch eine Frequenzverschiebung in dem Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz einen einzelnen Josephson-Übergang aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Koppeln des Transmon-Qubits mit fester Frequenz und des Transmon-Qubits mit abstimmbarer Frequenz ein Einzel-Qubit ausbildet.
Supraleitende Quanteneinheit, die aufweist: ein Transmon-Qubit mit fester Frequenz; und ein Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz an das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz gekoppelt ist.
Quanteneinheit nach Anspruch 14, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz und das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz einen Knoten gemeinsam nutzen und durch einen Kopplungskondensator kapazitiv gekoppelt sind.
Quanteneinheit nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz durch einen ersten Kondensator überbrückt ist.
Quanteneinheit nach Anspruch 16, wobei das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz durch einen zweiten Kondensator überbrückt ist.
Quanteneinheit nach Anspruch 17, wobei der erste Kondensator einen größeren Wert als der zweite Kondensator aufweist.
Quanteneinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz eine supraleitende Gleichstrom-Quanteninterferenzeinheit (DC-SQUID) ist.
Quanteneinheit nach Anspruch 19, wobei die DC-SQUID asymmetrisch ist.
Quanteneinheit nach Anspruch 19 oder 20, wobei die DC-SQUID zwei Josephson-Übergänge (JJs) beinhaltet, wobei es sich bei den beiden JJs um einen ersten JJ und einen zweiten JJ handelt.
Quanteneinheit nach Anspruch 21, wobei der erste JJ größer als der zweite JJ ist.
Quanteneinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Transmon-Qubit mit fester Frequenz einen einzelnen Josephson-Übergang aufweist.
Quanteneinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei das Koppeln zwischen dem Transmon-Qubit mit fester Frequenz und dem Transmon-Qubit mit abstimmbarer Frequenz ein Einzel-Qubit ausbildet.
Einzel-Qubit, das eine Quanteneinheit nach Anspruch 24 aufweist, sofern auf die Ansprüche 16, 17 und 19 rückbezogen.
Verfahren zum Bereitstellen eines Energiesystems einer Quanteneinheit nach Anspruch 24, sofern auf Anspruch 14 rückbezogen, wobei das Verfahren aufweist: Erzeugen des Energiesystems des Einzel-Qubits als V-Energiesystem, sodass ein Auslesen des Einzel-Qubits dazu gestaltet ist, durch Koppeln an ein 4. Energieniveau oder ein 7. Energieniveau des Einzel-Qubits durchgeführt zu werden.