EP4497091A1 - Quantentechnologischer schaltkreis - Google Patents

Quantentechnologischer schaltkreis

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Publication number
EP4497091A1
EP4497091A1 EP23713638.7A EP23713638A EP4497091A1 EP 4497091 A1 EP4497091 A1 EP 4497091A1 EP 23713638 A EP23713638 A EP 23713638A EP 4497091 A1 EP4497091 A1 EP 4497091A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
qubit
bias
quantum
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23713638.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Degenhardt
Stefan Van Waasen
Patrick VLIEX
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP4497091A1 publication Critical patent/EP4497091A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/40—Physical realisations or architectures of quantum processors or components for manipulating qubits, e.g. qubit coupling or qubit control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/70—Quantum error correction, detection or prevention, e.g. surface codes or magic state distillation

Definitions

  • the invention relates to a quantum technological circuit.
  • At least one of the circuit components of quantum technology circuits consists of a qubit circuit, which can be implemented in different technologies, such as quantum dot technologies or superconducting quantum technologies.
  • a qubit circuit which can be implemented in different technologies, such as quantum dot technologies or superconducting quantum technologies.
  • Such a suitable quantum state can be used to realize a physical qubit.
  • This adjustment process (tuning) is usually carried out manually and requires a lot of time due to the large number of variables to be adjusted, which can also depend on each other.
  • the invention is based on the object of facilitating the setting of the operating point and, in particular, of reducing the time required for this.
  • the quantum technological circuit has the following locally assigned to each other
  • Circuit components has: a qubit circuit with quantum states that can be adjusted depending on a bias signal; a bias circuit for applying to the qubit circuit an output bias signal encoded by an input signal of the bias circuit; a readout circuit in communication with the qubit circuit for reading out the quantum state that adjusts in response to the applied output bias signal and for outputting a readout signal encoding the readout quantum state; and an adjustment circuit, which is in communication with the bias circuit and the readout circuit, for executing an iterative algorithm, which, starting with an initial value, iteratively applies values for the input signal to the bias circuit and, depending on the readout signal of the readout circuit output in response thereto, continues the iteration until the output readout signal corresponds to the setting of a desired quantum state.
  • the components used to realize the desired quantum state of the qubit circuit are locally assigned to one another. This eliminates the need for complex cabling with a computer located outside of a circuit board.
  • Each qubit circuit is assigned a setting circuit for setting the operating point locally. The the condition The data describing the qubit circuit is evaluated locally and the input signals to the bias circuit are set locally. This solution is therefore scalable. The reading of the quantum state of the qubit circuit, the evaluation and the setting of the bias signals can take place using highly integrated electronics that are locally assigned to a qubit or a group of qubits that can be implemented with the help of the qubit circuit.
  • the local assignment of the circuit components can be realized in that they are formed on a common, one-piece circuit carrier. Individual circuit components can expediently be connected to one another by at least one interposer provided on the circuit carrier.
  • the qubit circuit has adjustable quantum states depending on a bias signal.
  • a suitable quantum state can be used to realize a physical qubit.
  • the qubit circuit may, in one example, include a single circuit for generating a single physical qubit.
  • the qubit circuit can also have a single circuit for generating multiple physical qubits, for example two, three or more physical qubits.
  • the physical qubits have physical qubit states.
  • the qubit circuit may comprise a plurality of qubit circuits, where each qubit circuit of the plurality may serve to generate one or more physical qubits.
  • the quantum technology circuit further has a bias circuit for applying an output bias signal encoded by an input signal of the bias circuit to the qubit circuit.
  • the bias signal can be used to set a suitable quantum state and thus the operating point of the qubit circuit.
  • the output bias signal can be, for example, a voltage signal or a current signal. How the input signal to the bias circuit is determined iteratively is explained below.
  • the quantum technology circuit has a readout circuit that is in communication connection with the qubit circuit.
  • the readout circuit is used to read out the quantum state that adjusts in response to the applied output bias signal and to output a readout signal encoding the readout quantum state to the adjustment circuit.
  • a concrete implementation of such a readout circuit will be discussed below in connection with a specific one Example of a qubit circuit explained.
  • the readout circuit can also be suitable for reading out the physical qubit state.
  • the quantum technology circuit can have a state readout circuit for reading out the physical qubit state.
  • the quantum technology circuit also has an adjustment circuit.
  • the operating point adjustment is carried out by the adjustment circuit applying an initial value for the input signal to the bias circuit.
  • the bias circuit applies an output bias signal encoded by the input signal to the qubit circuit in response to the input signal. This sets a specific quantum state of the qubit circuit. This quantum state is read out by the readout circuit, encoded into a readout signal and output to the adjustment circuit. Depending on this output signal, the adjustment circuit applies a new input signal to the bias circuit. This iteration continues until the desired quantum state is established. The operating point is then set.
  • the qubit circuits that can be used for the solution according to the invention can in particular be known quantum dot circuits, which can be designed as charge qubits or as spin qubits, in particular STo spin qubits.
  • These quantum dot circuits have control electrodes (gate electrodes) to which the bias signal is applied in the form of voltage levels, the values of which, for example, adjust the charge state of the quantum dot circuit, i.e. the number of electrons present there and/or their spin state.
  • the bias circuit has a bias generation circuit for generating a bias voltage.
  • the output bias signal can have this bias.
  • the bias circuit generating the bias signal is designed as a digital-to-analog converter, whose digital input signal encodes its analog output voltage signal, which is applied to the qubit circuit as an output bias signal.
  • qubit circuits are superconducting quantum circuits, in particular transmon qubits, which can also be adjusted using an electrical bias signal.
  • the readout circuit can be arranged immediately adjacent to the qubit circuit. “Immediately adjacent” means here, that no other circuit component is arranged between the qubit circuit and the readout circuit.
  • the readout of the emerging quantum state by the readout circuit can then be carried out in particular by translating the setting of the quantum state into a change in capacitance (charge to capacitance), which is then recorded using RF reflectometry or charge-based capacitance measurement (CBCM). becomes.
  • CBCM charge-based capacitance measurement
  • This is encoded into a readout signal that corresponds to a logic 0 or a 1.
  • a readout signal that corresponds to a logic 0 or a 1.
  • the readout signals 1 or 0 output by the readout circuit thus encode the respective quantum state read out.
  • the emerging quantum state can be read out in one embodiment by a readout circuit that has a charge sensor, such as a quantum point contact (QPC) charge sensor or a single electron transistor or a sensing dot (SD) (see e.g. C. Meyer, “Quantum Computing with Semiconductor Quantum Dots”, E. Kammerloher et al., “Sensing dot with high output swing for scalable baseband readout of spin qubits”, arXiv:2107.13598v1).
  • QPC quantum point contact
  • SD sensing dot
  • Such an embodiment is particularly advantageous if the quantum state to be set is related to a charge state or can be translated into a charge state.
  • a readout circuit having a charge sensor, and in particular the charge sensor itself, is preferably arranged immediately adjacent to the qubit circuit.
  • the bias circuit can be arranged immediately adjacent to the qubit circuit.
  • “immediately adjacent” means that no other circuit component is arranged between the qubit circuit and the bias circuit.
  • the initial value used by the iterative algorithm of the adjustment circuit for the input signal to the base circuit can in particular be a value based on knowledge of the physical conditions of the qubit circuit. In particular, due to the physical conditions of the qubit circuit, it can be determined within which limits the bias signal is required for sensible operation must lie. Then, for example, a value in the middle between these limits can be chosen as the initial value.
  • the iterative algorithm is based on a stability diagram that describes, for example, the number of electrons in the quantum dot circuit as a function of the voltage levels applied to its control electrodes.
  • the quantum technology circuit may optionally have a state control circuit which is in communication connection with the qubit circuit and which causes manipulation of the physical qubit states of the qubit circuit depending on a control input signal
  • the quantum technology circuit may optionally have a control circuit which is in communication with the state control circuit and, depending on a control signal supplied from outside the circuit, either starts the setting operation of the setting circuit or is switched to a normal operating mode in which it outputs control input signals to the state control circuit. This allows qubit manipulations to be carried out, such as those required for applications in the field of quantum computing.
  • the setting circuit can in particular be designed as a component of the control circuit. Alternatively, in one example, the control circuit may be a separate circuit from the adjustment circuit.
  • the state control circuit and the control circuit are further circuit components of the quantum technology circuit.
  • At least one of the circuit components may be program controlled.
  • the at least one program-controlled circuit component can have a microprocessor.
  • the qubit circuit and/or the bias circuit and/or the readout circuit and/or the adjustment circuit and/or the state control circuit and/or the control circuit can be program-controlled.
  • at least one of the circuit components may be a hardwired circuit component.
  • at least a first circuit component may be program controlled and at least a second circuit component may be a hard-wired circuit component.
  • the adjustment circuit may comprise a Turing complete processor.
  • the iterative algorithm can then be run on the Turing full processor.
  • the algorithm can be in one Embodiment is executed by hard-wired hardware tailored to the iterative algorithm, according to an application specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the quantum technological circuit is then preferably arranged in a cryostat or similar.
  • it is advantageous if at least one circuit component of the quantum technological circuit is a cryogenic circuit component.
  • the qubit circuit and/or the bias circuit and/or the readout circuit and/or the adjustment circuit and/or state control circuit and/or the control circuit is a cryogenic circuit. This enables the circuit components to function reliably even at low temperatures.
  • the quantum technology circuit is manufactured using a CMOS manufacturing process.
  • the circuit components can then be CMOS-based circuit components, and in particular CMOS-based cryogenic circuit components.
  • the circuit components can in particular be formed on a common circuit carrier.
  • the circuit carrier can in particular be designed in one piece.
  • the circuit carrier can be formed from a semiconductor substrate.
  • the circuit components can, for example, be formed on, in particular directly on or in, the circuit carrier.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a quantum technology circuit according to the invention.
  • Fig. 1 shows a quantum technology circuit 1 according to the invention.
  • the quantum technology circuit 1 has a circuit carrier 2.
  • circuit carrier 2 Several circuit components, namely a qubit circuit 3, a bias circuit 4, a readout circuit 5, an adjustment circuit 6, a control circuit 8 containing the adjustment circuit 6 and a state control circuit 7 are arranged on the circuit carrier 2.
  • the circuit components 4, 5, 6, 7, 8 can be formed, for example, on, directly on or in the circuit carrier 2.
  • the circuit carrier 2 is formed in one piece.
  • the invention is not limited to this.
  • the qubit circuit 3 has adjustable quantum states depending on a bias signal. To determine the operating points of the qubit circuit 3, suitable quantum states must be set by applying a corresponding bias signal. Such a suitable quantum state can be used to realize a physical qubit.
  • the qubit circuit 3 can have, for example, a quantum dot circuit. Additionally or alternatively, the qubit circuit 3 may have a superconducting quantum circuit.
  • the quantum technology circuit 1 further has a bias circuit 4 for applying an output bias signal 11 encoded by an input signal 10 of the bias circuit 4 to the qubit circuit 3.
  • the qubit circuit 3 is in communication connection with the readout circuit 5.
  • the readout circuit 5 is used to read out the quantum state of the qubit circuit 3, which is set in response to the applied output bias signal 11, and to output a readout signal 13 encoding the readout quantum state.
  • the readout circuit 5 has a readout function 12 for this purpose.
  • the circuit carrier 2 also has, as a circuit component, an adjustment circuit 6 which is in communication connection with the bias circuit 4 and the readout circuit 5 for executing an iterative algorithm.
  • the iterative algorithm iteratively applies values for the input signal 10 to the bias circuit 4, starting with an initial value.
  • the bias circuit 4 then applies an output bias signal 11 encoding the input signal 10 to the qubit circuit 3 in response to the input signal 10.
  • This sets a quantum state of the qubit circuit 3.
  • the quantum state is read out by the readout circuit 5 and output to the setting circuit 6 as a readout signal 13 encoding the readout quantum state.
  • the iteration is now continued until the output readout signal 13 corresponds to the setting of a desired quantum state.
  • the quantum technology circuit 1 can further have a state control circuit 7, as shown in FIG. 1.
  • this state control circuit 7 is not required for the operating point setting and is optional.
  • the state control circuit 7 is in communication connection with the qubit circuit 3 and, depending on a control input signal 14, causes manipulation 15 of the physical qubit states of the qubit circuit 3.
  • the circuit carrier 2 also has a control circuit 8.
  • the setting circuit 6 is designed as a component of the control circuit 8.
  • the setting circuit 6 can be designed separately from the control circuit 8.
  • the control circuit 8 is in communication connection with the state control circuit 7.
  • the control circuit 8 can be connected via a voltage supply line 20 to a voltage supply (not shown) arranged outside the circuit carrier 2. This allows the circuit components of the quantum technology circuit 1 to be supplied with voltage.
  • a control signal 21 can be supplied to the control circuit 8 from outside the circuit carrier 2.
  • either the setting operation of the setting circuit 6 can be started or it can be switched to a normal operating mode in which the control circuit 8 outputs control input signals 14 to the state control circuit 7.
  • the form of the control input signals 14 can be specified from the outside by control signals 22.
  • the control input signals 14 can cause a manipulation 15 of the physical qubit states of the qubit circuit 3 caused by the state control circuit 7. This allows applications in the field of quantum information processing to be realized.
  • the control circuit 8 can also have an output with which output signals 23 can be output from the circuit 1. These output signals 23 can, for example, encode the quantum state of the qubit circuit 3 and/or a physical qubit state. The output signals 23 can be output, for example, to a computer (not shown) arranged outside the circuit carrier 2.
  • the readout circuit 5 is arranged directly adjacent to the qubit circuit 3. This means that no further circuit component is arranged between the qubit circuit 3 and the readout circuit 5.
  • the bias circuit 4 is arranged immediately adjacent to the qubit circuit 3.
  • the qubit circuit 3 has a quantum dot circuit.
  • the quantum dot circuit can be designed as a charge qubit or as a spin qubit, in particular as an ST 0 spin qubit.
  • the bias circuit 4 may preferably include a bias generation circuit for generating a bias voltage.
  • This bias voltage generation circuit is preferably designed as a digital-to-analog converter, whose digital input signal 10 encodes its analog output voltage signal (ie, the output bias signal 11).
  • the quantum dot circuit has control electrodes (gate electrodes) to which the output bias signal 11 of the bias circuit 4 is applied.
  • the number of electrons in the quantum dot can usually be adjusted via a plunger gate; This can also be controlled with a bias voltage. This makes it possible to adjust the potential well, tunnel barriers between quantum dots and qubits, as well as the number of electrons in each quantum dot.
  • the resulting quantum state can be read out in particular by translating the setting of the quantum state into a change in capacity (charge to capacitance).
  • the change in capacitance can then be detected using RF reflectometry or charge-based capacitance measurement (CBCM).
  • CBCM charge-based capacitance measurement
  • the readout circuit 5 detects a very small change in capacitance, which depends on whether the tunneling of an electron is possible due to the spin alignment of the qubit or is quantum mechanically prohibited due to the Pauli spin blockade. This is converted into a logical 0 or a logical 1 and passed from the readout circuit 5 to the setting circuit 6 as a readout signal 13.
  • the readout circuit 5 is arranged immediately adjacent to the qubit circuit 3.
  • the readout circuit 5 can have a charge sensor, for example a quantum dot charge sensor or a one-electron transistor or a sensing dot for reading out the emerging quantum state.
  • Circuit components can be program controlled.
  • the Setting circuit 6 has a Turing-complete processor for executing the iterative algorithm.
  • the setting circuit 6 can, for example, have hard-wired hardware specifically tailored to the iterative algorithm (in the sense of an application specific integrated circuit (ASIC)).
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the qubit circuit 3, the bias circuit 4 and the readout circuit 5 are preferably implemented on one chip.
  • the chip is then arranged on the circuit carrier 2. It is advantageous if the readout circuit 5 and the bias circuit 4 are arranged as close as possible to the qubit circuit 3. Since digital signals can be transmitted between the readout circuit 5 and the setting circuit 6 as well as the control circuit 8 and the bias circuit 4, spatial proximity is not so relevant here.
  • Fig. 1 The signals exchanged between the circuit components are indicated in Fig. 1 with arrows (reference numbers 10, 11, 12, 13, 14), which also indicate the direction of signal exchange. However, it is also possible for further signals to be exchanged between the circuit components, for example signals associated with a communication protocol. Such optional signals are shown in FIG. 1 with dashed arrows.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen quantentechnologischen Schaltkreis (1), der folgende einander lokal zugeordnete Schaltkreiskomponenten (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist: einen Qubit-Schaltkreis (3) mit in Abhängigkeit von einem Biassignal einstellbaren Quantenzuständen; einen Biasschaltkreis (4) zum Anlegen eines durch ein Eingangssignal (10) des Biasschaltkreises (4) kodierten Ausgangsbiassignals (11) an den Qubit-Schaltkreis (3); einen in Kommunikationsverbindung mit dem Qubit-Schaltkreis (3) stehenden Ausleseschaltkreis (5) zum Auslesen eines sich ansprechend auf das angelegte Ausgangsbiassignal (11) einstellenden Quantenzustands und zur Ausgabe eines den ausgelesenen Quantenzustand kodierenden Auslesesignals (13); und einen mit dem Biasschaltkreis (4) und dem Ausleseschaltkreis (5) in Kommunikationsverbindung stehenden Einstellschaltkreis (6) zur Ausführung eines iterativen Algorithmus, der beginnend mit einem Anfangswert iterativ Werte für das Eingangssignal (10) an dem Biasschaltkreis (4) anlegt und in Abhängigkeit von dem jeweils darauf ansprechend ausgegebenen Auslesesignal (13) des Ausleseschaltkreises (5) die Iteration fortsetzt, bis das ausgegebene Auslesesignal (13) der Einstellung eines gewünschten Quantenzustands entspricht.

Description

QUANTENTECHNOLOGISCHER SCHALTKREIS
Die Erfindung bezieht sich auf einen quantentechnologischen Schaltkreis.
Mindestens eine der Schaltkreiskomponenten quantentechnologischer Schaltkreise besteht aus einem Qubit-Schaltkreis, der in unterschiedlichen Technologien realisiert sein kann, wie beispielsweise Quantenpunkttechnologien oder supraleitenden Quantentechnologien. In diesen Technologien ist es bekannt, zur Festlegung der Arbeitspunkte geeignete Quantenzustände der Qubit-Schaltkreise durch Anlegen eines entsprechenden Biassignals einzustellen. Ein solcher geeigneter Quantenzustand kann der Realisierung eines physikalischen Qubits dienen. Dieser Einstellvorgang (Tuning) wird herkömmlich manuell durchgeführt und ist aufgrund der großen Anzahl einzustellender Größen, die auch noch voneinander abhängen können, mit einem hohen Zeitaufwand verbunden.
Um den für das Tuning erforderlichen Zeitaufwand zu verringern sind in der Vergangenheit computerbasierte Verfahren vorgeschlagen worden, die zum Teil auch künstliche Intelligenz verwenden. Bei all diesen Verfahren werden die Quantenzustände des in der Regel in einem Kryostat angeordneten Qubit-Schaltkreises ausgelesen, die Auslesesignale werden einem außerhalb des Kryostats angeordneten externen Rechner übermittelt und dort zentral abgespeichert und verarbeitet. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass ihre hardwaretechnische Realisierung aufgrund der großen Anzahl an erforderlichen Datenleitungen von dem Qubit-Schaltkreis zu dem externen Rechner aufwendig ist und sie unter anderem aufgrund der zu verarbeitenden Datenmengen nicht skalierbar sind.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Arbeitspunkteinstellung zu erleichtern und insbesondere den hierfür erforderlichen Zeitaufwand zu verringern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der quantentechnologische Schaltkreis folgende einander lokal zugeordnete
Schaltkreiskomponenten aufweist: einen Qubit-Schaltkreis mit in Abhängigkeit von einem Biassignal einstellbaren Quantenzuständen; einen Biasschaltkreis zum Anlegen eines durch ein Eingangssignal des Biasschaltkreises kodierten Ausgangsbiassignals an den Qubit-Schaltkreis; einen in Kommunikationsverbindung mit dem Qubit-Schaltkreis stehenden Ausleseschaltkreis zum Auslesen des sich ansprechend auf das angelegte Ausgangsbiassignal einstellenden Quantenzustands und zur Ausgabe eines den ausgelesenen Quantenzustand kodierenden Auslesesignals; und einen mit dem Biasschaltkreis und dem Ausleseschaltkreis in Kommunikationsverbindung stehenden Einstellschaltkreis zur Ausführung eines iterativen Algorithmus, der beginnend mit einem Anfangswert iterativ Werte für das Eingangssignal an dem Biasschaltkreis anlegt und in Abhängigkeit von dem jeweils darauf ansprechend ausgegebenen Auslesesignal des Ausleseschaltkreises die Iteration fortsetzt, bis das ausgegebene Auslesesignal der Einstellung eines gewünschten Quantenzustands entspricht.
Bei dem erfindungsgemäßen quantentechnologischen Schaltkreis sind die zur Realisierung des gewünschten Quantenzustandes des Qubit-Schaltkreises verwendeten Komponenten einander lokal zugeordnet. Eine komplexe Verkabelung mit einem außerhalb eines Schaltungsträgers angeordneten Rechner entfällt somit. Jedem Qubit-Schaltkreis ist ein Einstellschaltkreis zur Einstellung des Arbeitspunktes lokal zugeordnet. Die den Zustand des Qubit-Schaltkreises beschreibenden Daten werden also lokal ausgewertet und die Eingangssignale an den Biasschaltkreis werden lokal festgesetzt. Diese Lösung ist somit skalierbar. Das Auslesen des Quantenzustands des Qubit-Schaltkreises, die Auswertung und das Setzen der Biassignale kann dabei durch hochintegrierte Elektronik stattfinden, die lokal einem Qubit oder einer Gruppe von Qubits, das/die mit Hilfe des Qubit-Schaltkreises realisierbar ist/sind, zugeordnet ist.
Die lokale Zuordnung der Schaltkreiskomponenten kann dadurch realisiert sein, dass sie an einem gemeinsamen einstückig ausgebildeten Schaltungsträger ausgebildet sind. Zweckmäßig können einzelne Schaltkreiskomponenten durch mindestens einen an dem Schaltungsträger vorgesehenen Interposer miteinander verbunden sein.
Der Qubit-Schaltkreis weist in Abhängigkeit von einem Biassignal einstellbare Quantenzustände auf. Ein geeigneter Quantenzustand kann der Realisierung eines physikalischen Qubits dienen.
Der Qubit-Schaltkreis kann in einem Beispiel einen einzigen Schaltkreis zur Erzeugung eines einzigen physikalischen Qubits aufweisen. Alternativ kann der Qubit-Schaltkreis auch einen einzigen Schaltkreis zur Erzeugung mehrerer physikalischer Qubits, beispielsweise zwei, drei oder mehr physikalischer Qubits aufweisen. Die physikalischen Qubits weisen physikalische Qubit-Zustände auf. Alternativ kann der Qubit-Schaltkreis eine Mehrzahl von Qubit-Schaltkreisen aufweisen, wobei jeder Qubit-Schaltkreis der Mehrzahl der Erzeugung eines oder mehrerer physikalischen/r Qubits dienen kann.
Der quantentechnologische Schaltkreis weist weiter einen Biasschaltkreis zum Anlegen eines durch ein Eingangssignal des Biasschaltkreises kodierten Ausgangsbiassignals an den Qubit-Schaltkreis auf. Durch das Biassignal kann also ein geeigneter Quantenzustand und damit der Arbeitspunkt des Qubit-Schaltkreises eingestellt werden. Bei dem Ausgangsbiassignal kann es sich beispielsweise um ein Spannungssignal oder um ein Stromsignal handeln. Weiter unten wird erläutert, wie das Eingangssignal des Biasschaltkreises iterativ festgelegt wird.
Außerdem weist der quantentechnologische Schaltkreis einen Ausleseschaltkreis auf, der mit dem Qubit-Schaltkreis in Kommunikationsverbindung steht. Der Ausleseschaltkreis dient dem Auslesen des sich ansprechend auf das angelegte Ausgangsbiassignal einstellenden Quantenzustands und zur Ausgabe eines den ausgelesenen Quantenzustand kodierenden Auslesesignals an den Einstellschaltkreis. Eine konkrete Realisierung eines solchen Ausleseschaltkreises wird weiter unten im Zusammenhang mit einem konkreten Beispiel eines Qubit-Schaltkreises erläutert. In einer Ausführungsform kann der Ausleseschaltkreis zudem zum Auslesen des physikalischen Qubit-Zustands geeignet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der quantentechnologische Schaltkreis in einer Ausführungsform einen Zustandsausleseschaltkreis zum Auslesen des physikalischen Qubit-Zustandes aufweisen.
Zur Einstellung des Arbeitspunktes weist der quantentechnologische Schaltkreis weiter einen Einstellschaltkreis auf. Die Arbeitspunkteinstellung erfolgt dadurch, dass der Einstellschaltkreis einen Anfangswert für das Eingangssignal an den Biasschaltkreis anlegt. Der Biasschaltkreis legt in Reaktion auf das Eingangssignal ein durch dieses kodiertes Ausgangsbiassignal an den Qubit-Schaltkreis an. Dadurch wird ein bestimmter Quantenzustand des Qubit-Schaltkreises eingestellt. Dieser Quantenzustand wird durch den Ausleseschaltkreis ausgelesen, in ein Auslesesignal kodiert und an den Einstellschaltkreis ausgegeben. In Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal legt der Einstellschaltkreis ein neues Eingangssignal an den Biasschaltkreis an. Diese Iteration wird so lange fortgeführt, bis der gewünschte Quantenzustand eingestellt ist. Der Arbeitspunkt ist dann eingestellt.
Bei den für die erfindungsgemäße Lösung verwendbaren Qubit-Schaltkreisen kann es sich insbesondere um bekannte Quantenpunktschaltkreise handeln, die als Ladungs-Qubits oder als Spin-Qubits, insbesondere STo-Spin-Qubits ausgebildet sein können. Diese Quantenpunktschaltkreise weisen Steuerelektroden auf (Gate-Elektroden), an die das Biassignal in Form von Spannungspegeln angelegt wird, durch deren Werte beispielsweise der Ladungszustand des Quantenpunktschaltkreises, d.h. die Anzahl der dort vorhandenen Elektronen und/oder deren Spin-Zustand eingestellt wird.
Vorzugsweise weist der Biasschaltkreis einen Vorspannungserzeugungsschaltkreis zur Erzeugung einer Vorspannung auf. Das Ausgangsbiassignal kann diese Vorspannung aufweisen. Vorzugsweise ist der das Biassignal erzeugende Biasschaltkreis als Digital- Analog-Wandler ausgebildet, dessen digitales Eingangssignal dessen analoges Ausgangsspannungssignal kodiert, das als Ausgangsbiassignal an den Qubit-Schaltkreis angelegt wird.
Ein weiteres Beispiel für einen Qubit-Schaltkreis sind supraleitende Quantenschaltkreise, insbesondere Transmon-Qubits, die ebenfalls durch ein elektrisches Biassignal einstellbar sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Ausleseschaltkreis unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis angeordnet sein. „Unmittelbar benachbart“ bedeutet hierbei, dass keine andere Schaltkreiskomponente zwischen dem Qubit-Schaltkreis und dem Ausleseschaltkreis angeordnet ist. Das Auslesen des sich einstellenden Quantenzustands durch den Ausleseschaltkreis kann dann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Einstellung des Quantenzustands in eine Kapazitätsänderung übersetzt wird (charge to capacitance), die dann mittels RF-Reflektometrie oder ladungsbasierter Kapazitätsmessung (charge-based capacitance measurement, CBCM) erfasst wird. Hierdurch werden von dem Ausleseschaltkreis sehr kleine Kapazitätsänderungen erfasst, die davon abhängen, ob das Tunneln eines Elektrons aufgrund des Zustands des Qubit-Schaltkreises (im Falle eines Spin-Qubits der Spin-Ausrichtung) quantenmechanisch verboten oder erlaubt ist. Dies wird in ein Auslesesignal kodiert, das einer logischen 0 oder einer 1 entspricht. Beispielsweise signalisiert 1 , dass das Tunneln möglich ist und 0, dass das Tunneln aufgrund der Pauli- Spin-Blockade quantenmechanisch verboten ist. Die von dem Ausleseschaltkreis ausgegebenen Auslesesignale 1 oder 0 kodieren somit den jeweils ausgelesenen Quantenzustand.
Alternativ kann das Auslesen des sich einstellenden Quantenzustands in einer Ausführungsform durch einen Ausleseschaltkreis erfolgen, der einen Ladungssensor, wie beispielsweise einen Quantenpunktkontakt (QPC)-Ladungssensor oder einen Ein- Elektronen-Transistor (single electron transistsor) oder einen sensing dot (SD) aufweist (siehe dazu z.B. C. Meyer, „Quantum Computing with Semiconductor Quantum Dots“, E. Kammerloher et al., „Sensing dot with high output swing for scalable baseband readout of spin qubits“, arXiv:2107.13598v1 ). Eine solche Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn der einzustellende Quantenzustand mit einem Ladungszustand in Zusammenhang steht oder in einen Ladungszustand übersetzbar ist. Auch ein einen Ladungssensor aufweisender Ausleseschaltkreis, und insbesondere der Ladungssensor selbst, ist bevorzugt unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis angeordnet.
In einer eiteren Ausführungsform kann der Biasschaltkreis unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis angeordnet sein. Auch hier bedeutet „unmittelbar benachbart“, dass keine weitere Schaltkreiskomponente zwischen dem Qubit-Schaltkreis und dem Biasschaltkreis angeordnet ist.
Der von dem iterativen Algorithmus des Einstellschaltkreises verwendete Anfangswert für das Eingangssignal an den Basisschaltkreis kann insbesondere ein durch Kenntnis der physikalischen Gegebenheiten des Qubit-Schaltkreises begründeter Wert sein. Insbesondere kann aufgrund der physikalischen Gegebenheiten des Qubit-Schaltkreises feststehen, innerhalb welcher Schranken das Biassignal für eine sinnvolle Betriebsweise liegen muss. Dann kann beispielsweise ein Wert in der Mitte zwischen diesen Schranken als Anfangswert gewählt werden. Vorzugsweise beruht der iterative Algorithmus auf einem Stabilitätsdiagramm, das beispielsweise die Anzahl der Elektronen im Quantenpunktschaltkreis in Abhängigkeit von den an dessen Steuerelektroden angelegten Spannungspegeln beschreibt.
Der quantentechnologische Schaltkreis kann optional einen Zustandssteuerschaltkreis aufweisen, der mit dem Qubit-Schaltkreis in Kommunikationsverbindung steht, und der in Abhängigkeit von einem Steuereingangssignal eine Manipulation der physikalischen Qubit- Zustände des Qubit-Schaltkreises bewirkt, und der quantentechnologische Schaltkreis kann optional einen Steuerschaltkreis aufweisen, der mit dem Zustandssteuerschaltkreis in Kommunikationsverbindung steht und der in Abhängigkeit von einem von außerhalb des Schaltkreises zugeführten Steuersignal entweder den Einstellbetrieb des Einstellschaltkreises startet oder in einen Normalbetriebsmodus geschaltet wird, in dem er an den Zustandssteuerschaltkreis Steuereingangssignale ausgibt. Dadurch können Qubit- Manipulationen durchgeführt werden, wie sie z.B. für Anwendungen im Bereich des Quantencomputings erforderlich sind. Der Einstellschaltkreis kann insbesondere als Bestandteil des Steuerschaltkreises ausgebildet sein. Alternativ kann der Steuerschaltkreis in einem Beispiel ein von dem Einstellschaltkreis getrennter Schaltkreis sein. Der Zustandssteuerschaltkreis und der Steuerschaltkreis sind in dieser Ausführungsform weitere Schaltkreiskomponenten des quantentechnologischen Schaltkreises.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann mindestens eine der Schaltkreiskomponenten programmgesteuert sein. Insbesondere kann in einer Ausführungsform die mindestens eine programmgesteuerte Schaltkreiskomponente einen Mikroprozessor aufweisen. Es kann beispielsweise der Qubit-Schaltkreis und/oder der Biasschaltkreis und/oder der Ausleseschaltkreis und/oder der Einstellschaltkreis und/oder der Zustandssteuerschaltkreis und/oder der Steuerschaltkreis programmgesteuert sein. In einer Ausführungsform kann mindestens eine der Schaltkreiskomponenten eine fest verdrahtete Schaltkreiskomponente sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann mindestens eine erste Schaltkreiskomponente programmgesteuert sein und mindestens eine zweite Schaltkreiskomponente kann eine fest verdrahtete Schaltkreiskomponente sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Einstellschaltkreis einen Turing- vollständigen Prozessor aufweisen. Der iterative Algorithmus kann dann auf dem Turing- vollständigen Prozessor ausgeführt werden. Alternativ kann der Algorithmus in einer Ausführungsform von einer auf den iterativen Algorithmus zugeschnittenen und fest verdrahteten Hardware ausgeführt werden, gemäß eines application specific integrated circuit (ASIC).
Für die Erzeugung von Quantenzuständen können tiefe Temperaturen erforderlich sein. Der quantentechnologische Schaltkreis wird dann vorzugsweise in einem Kryostat oder Ähnlichem angeordnet. In so einem Fall ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Schaltkreiskomponente des quantentechnologischen Schaltkreises eine kryogene Schaltkreiskomponente ist. Insbesondere ist der Qubit-Schaltkreis und/oder der Biasschaltkreis und/oder der Ausleseschaltkreis und/oder der Einstellschaltkreis und/oder Zustandssteuerschaltkreis und/oder der Steuerschaltkreis ein kryogener Schaltkreis. Dies ermöglicht eine zuverlässige Funktion der Schaltkreiskomponenten auch bei tiefen Temperaturen.
In einer Ausführungsform ist der quantentechnologische Schaltkreis mittels einem CMOS-Fertigungsverfahren hergestellt. Bei den Schaltkreiskomponenten kann es sich dann um CMOS-basierte Schaltkreiskomponenten, und insbesondere um CMOS-basierte kryogene Schaltkreiskomponenten handeln.
Die Schaltkreiskomponenten können insbesondere an einem gemeinsamen Schaltungsträger ausgebildet sein. Der Schaltungsträger kann insbesondere einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Schaltungsträger aus einem Halbleitersubstrat ausgebildet sein. Die Schaltkreiskomponenten können beispielsweise an, insbesondere unmittelbar an oder in dem Schaltungsträger ausgebildet sein.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen quantentechnologischen Schaltkreises.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen quantentechnologischen Schaltkreis 1. Der quantentechnologische Schaltkreis 1 weist einen Schaltungsträger 2 auf. An dem Schaltungsträger 2 sind mehrere Schaltkreiskomponenten, nämlich ein Qubit-Schaltkreis 3, ein Biasschaltkreis 4, ein Ausleseschaltkreis 5, ein Einstellschaltkreis 6, ein den Einstellschaltkreis 6 enthaltender Steuerschaltkreis 8 und ein Zustandssteuerschaltkreis 7 angeordnet. Die Schaltkreiskomponenten 4, 5, 6, 7, 8 können beispielsweise an, unmittelbar an oder in dem Schaltungsträger 2 ausgebildet sein. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Schaltungsträger 2 einstückig ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Qubit-Schaltkreis 3 weist in Abhängigkeit von einem Biassignal einstellbare Quantenzustände auf. Zur Festlegung der Arbeitspunkte des Qubit-Schaltkreises 3 sind geeignete Quantenzustände durch Anlegen eines entsprechenden Biassignals einzustellen. Ein solcher geeigneter Quantenzustand kann der Realisierung eines physikalischen Qubits dienen. Der Qubit-Schaltkreis 3 kann beispielsweise einen Quantenpunkt-Schaltkreis aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Qubit-Schaltkreis 3 einen supraleitenden Quantenschaltkreis aufweisen.
Der quantentechnologische Schaltkreis 1 weist weiter einen Biasschaltkreis 4 zum Anlegen eines durch ein Eingangssignal 10 des Biasschaltkreises 4 kodierten Ausgangsbiassignals 11 an den Qubit-Schaltkreis 3 auf.
Weiter steht der Qubit-Schaltkreis 3 mit dem Ausleseschaltkreis 5 in Kommunikationsverbindung. Der Ausleseschaltkreis 5 dient dem Auslesen des sich ansprechend auf das angelegte Ausgangsbiassignal 11 eingestellten Quantenzustands des Qubit-Schaltkreises 3 und zur Ausgabe eines den ausgelesenen Quantenzustand kodierenden Auslesesignals 13. Der Ausleseschaltkreis 5 weist dazu eine Auslesefunktion 12 auf.
Der Schaltungsträger 2 weist weiter als Schaltkreiskomponente einen mit dem Biasschaltkreis 4 und dem Ausleseschaltkreis 5 in Kommunikationsverbindung stehenden Einstellschaltkreis 6 zur Ausführung eines iterativen Algorithmus auf. Der iterative Algorithmus legt beginnend mit einem Anfangswert iterativ Werte für das Eingangssignal 10 an dem Biasschaltkreis 4 an. Der Biasschaltkreis 4 legt dann in Reaktion auf das Eingangssignal 10 ein das Eingangssignal 10 kodierendes Ausgangsbiassignal 11 an den Qubit-Schaltkreis 3 an. Dadurch wird ein Quantenzustand des Qubit-Schaltkreises 3 eingestellt. Der Quantenzustand wird von dem Ausleseschaltkreis 5 ausgelesen und als ein den ausgelesenen Quantenzustand kodierendes Auslesesignal 13 an den Einstellschaltkreis 6 ausgegeben. In Abhängigkeit von dem ausgegebenen Auslesesignal 13 des Ausleseschaltkreises 5 wird die Iteration nun fortgesetzt, bis das ausgegebene Auslesesignal 13 der Einstellung eines gewünschten Quantenzustands entspricht.
Der erfindungsgemäße quantentechnologische Schaltkreis 1 kann weiter, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, einen Zustandssteuerschaltkreis 7 aufweisen. Dieser Zustandssteuerschaltkreis 7 ist jedoch nicht für die Arbeitspunkteinstellung erforderlich und ist optional. Der Zustandssteuerschaltkreis 7 steht mit dem Qubit-Schaltkreis 3 in Kommunikationsverbindung und bewirkt in Abhängigkeit von einem Steuereingangssignal 14 eine Manipulation 15 der physikalischen Qubit-Zustände des Qubit-Schaltkreises 3.
Der Schaltungsträger 2 weist weiter einen Steuerschaltkreis 8 auf. Der Einstellschaltkreis 6 ist in der gezeigten Ausführungsform als Bestandteil des Steuerschaltkreises 8 ausgebildet. Alternativ kann der Einstellschaltkreis 6 getrennt von dem Steuerschaltkreis 8 ausgebildet sein. Der Steuerschaltkreis 8 steht mit dem Zustandssteuerschaltkreis 7 in Kommunikationsverbindung. Der Steuerschaltkreis 8 kann über eine Spannungsversorgungsleitung 20 mit einer außerhalb des Schaltungsträgers 2 angeordneten Spannungsversorgung (nicht dargestellt) verbunden sein. Dadurch können die Schaltkreiskomponenten des quantentechnologischen Schaltkreises 1 mit Spannung versorgt werden. Dem Steuerschaltkreis 8 kann von außerhalb des Schaltungsträgers 2 ein Steuersignal 21 zugeführt werden. In Abhängigkeit von dem Steuersignal 21 kann entweder der Einstellbetrieb des Einstellschaltkreises 6 gestartet werden oder es kann in einen Normalbetriebsmodus geschaltet werden, in dem der Steuerschaltkreis 8 an den Zustandssteuerschaltkreis 7 Steuereingangssignale 14 ausgibt. Die Form der Steuereingangssignale 14 kann von außen durch Kontrollsignale 22 vorgegeben werden. Die Steuereingangssignale 14 können eine von dem Zustandssteuerschaltkreis 7 bewirkte Manipulation 15 der physikalischen Qubit-Zustände des Qubit-Schaltkreises 3 bewirken. Damit können Anwendungen im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung verwirklicht werden.
Der Steuerschaltkreis 8 kann zudem eine Ausgabe aufweisen, mit der Ausgangssignale 23 von dem Schaltkreis 1 ausgegeben werden können. Diese Ausgangssignale 23 können beispielsweise den Quantenzustand des Qubit-Schaltkreises 3 und/oder einen physikalischen Qubit-Zustand kodieren. Die Ausgangssignale 23 können beispielsweise an einen außerhalb des Schaltungsträgers 2 angeordneten Rechner (nicht dargestellt) ausgegeben werden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen quantentechnologischen Schaltkreises 1 ist der Ausleseschaltkreis 5 unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis 3 angeordnet. Das heißt, es ist keine weitere Schaltkreiskomponente zwischen dem Qubit-Schaltkreis 3 und dem Ausleseschaltkreis 5 angeordnet. Außerdem ist der Biasschaltkreis 4 unmittelbar benachbart zu dem Qubit- Schaltkreis 3 angeordnet. Als eine konkrete Realisierung des in Fig. 1 gezeigten quantentechnologischen Schaltkreises 1 sei ein Beispiel genannt, bei dem der Qubit-Schaltkreis 3 einen Quantenpunktschaltkreis aufweist. Der Quantenpunktschaltkreis kann als Ladungs-Qubit oder als Spin-Qubit, insbesondere als ST0-Spin-Qubit ausgebildet sein. Der Biasschaltkreis 4 kann vorzugsweise einen Vorspannungserzeugungsschaltkreis zur Erzeugung einer Vorspannung aufweisen. Vorzugsweise ist dieser Vorspannungserzeugungsschaltkreis als Digital-Analog-Wandler ausgebildet, dessen digitales Eingangssignal 10 dessen analoges Ausgangsspannungssignal (d.h., das Ausgangsbiassignal 11 ) kodiert. Der Quantenpunktschaltkreis weist Steuerelektroden (Gate-Elektroden) auf, an die das Ausgangsbiassignal 11 des Biasschaltkreises 4 angelegt wird. Dadurch können Quantenzustände des Quantenpunktschaltkreises als Ladungszustände (d.h. die Anzahl der dort vorhandenen Elektronen und/oder deren Spinzustände) eingestellt werden. Die Anzahl der Elektronen im Quantenpunkt kann hierbei zumeist über ein Plunger-Gate eingestellt werden; auch dieses kann mit einer Vorspannung angesteuert werden. Es ist hierdurch möglich, den Potentialtopf, Tunnelbarrieren zwischen Quantenpunkten und Qubits, sowie die Anzahl der Elektronen in jedem Quantenpunkt einzustellen.
Im Falle eines Quantenpunktschaltkreises kann das Auslesen des sich einstellenden Quantenzustandes insbesondere dadurch erfolgen, dass die Einstellung des Quantenzustands in eine Kapazitätsänderung übersetzt wird (charge to capacitance). Die Kapazitätsänderung kann dann mittels RF-Reflektometrie oder ladungsbasierter Kapazitätsmessung (charge-based capacitance measurement, CBCM) erfasst werden. Hierbei wird dann von dem Ausleseschaltkreis 5 eine sehr kleine Kapazitätsänderung erfasst, die davon abhängt, ob das Tunneln eines Elektrons aufgrund der Spin-Ausrichtung des Qubits möglich ist, oder aufgrund der Pauli-Spin-Blockade quantenmechanisch verboten ist. Dies wird in eine logische 0 oder eine logische 1 umgewandelt und von dem Ausleseschaltkreis 5 als Auslesesignal 13 an den Einstellschaltkreis 6 übergeben. Für die Übersetzung des Quantenzustands in eine Kapazitätsänderung ist es vorteilhaft, wenn der Ausleseschaltkreis 5, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, unmittelbar benachbart zum dem Qubit- Schaltkreis 3 angeordnet ist. Alternativ kann in einem Beispiel der Ausleseschaltkreis 5 einen Ladungssensor, z.B. einen Quantenpunkt-Ladungssensor oder einen Ein-Elektron- Transistor oder einen Sensing dot zum Auslesen des sich einstellenden Quantenzustands aufweisen.
Bei der erläuterten Ausführungsform kann mindestens eine der
Schaltkreiskomponenten programmgesteuert sein. Beispielsweise kann der Einstellschaltkreis 6 einen Turing-vollständigen Prozessor zur Ausführung des iterativen Algorithmus aufweisen. Alternativ kann der Einstellschaltkreis 6 beispielsweise eine speziell auf den iterativen Algorithmus zugeschnittene und fest verdrahtete Hardware aufweisen (im Sinne eines application specific integrated circuit (ASIC)).
Vorzugsweise werden der Qubit-Schaltkreis 3, der Biasschaltkreis 4 und der Ausleseschaltkreis 5 auf einem Chip realisiert. Der Chip wird dann an dem Schaltungsträger 2 angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn der Ausleseschaltkreis 5 und der Biasschaltkreis 4 möglichst nahe an dem Qubit-Schaltkreis 3 angeordnet sind. Da zwischen dem Ausleseschaltkreis 5 und dem Einstellschaltkreis 6 sowie dem Steuerschaltkreis 8 und dem Biasschaltkreis 4 digitale Signale übermittelt werden können, ist hier eine räumliche Nähe nicht so relevant.
Die zwischen den Schaltkreiskomponenten ausgetauschten Signale sind in Fig. 1 mit Pfeilen angezeigt (Bezugszeichen 10, 11 , 12, 13, 14), die auch die Richtung des Signalaustauschs angeben. Jedoch ist es auch möglich, dass weitere Signale zwischen den Schaltkreiskomponenten ausgetauscht werden, beispielsweise mit einem Kommunikationsprotokoll in Zusammenhang stehende Signale. Solche optionalen Signale sind in Fig. 1 mit gestrichelten Pfeilen dargestellt.
Liste der Bezugszeichen quantentechnologischer Schaltkreis
Schaltungsträger
Qubit-Schaltkreis
Biasschaltkreis
Ausleseschaltkreis
Einstellschaltkreis
Zustandssteuerschaltkreis
Steuerschaltkreis
Eingangssignal des Biasschaltkreises
Ausgangsbiassignal
Auslesefunktion des Ausleseschaltkreises
Auslesesignal
Steuereingangssignal
Qubit-Manipulation
Spannungsversorgung
Steuersignal
Kontrollsignal
Ausgangssignal

Claims

Patentansprüche
1. Quantentechnologischer Schaltkreis (1), der folgende einander lokal zugeordnete Schaltkreiskomponenten (3, 4, 5, 6, 7, 8) aufweist: einen Qubit-Schaltkreis (3) mit in Abhängigkeit von einem Biassignal einstellbaren Quantenzuständen; einen Biasschaltkreis (4) zum Anlegen eines durch ein Eingangssignal (10) des Biasschaltkreises (4) kodierten Ausgangsbiassignals (11) an den Qubit-Schaltkreis (3); einen in Kommunikationsverbindung mit dem Qubit-Schaltkreis (3) stehenden Ausleseschaltkreis (5) zum Auslesen eines sich ansprechend auf das angelegte Ausgangsbiassignal (11) einstellenden Quantenzustands und zur Ausgabe eines den ausgelesenen Quantenzustand kodierenden Auslesesignals (13); und einen mit dem Biasschaltkreis (4) und dem Ausleseschaltkreis (5) in Kommunikationsverbindung stehenden Einstellschaltkreis (6) zur Ausführung eines iterativen Algorithmus, der beginnend mit einem Anfangswert iterativ Werte für das Eingangssignal (10) an dem Biasschaltkreis (4) anlegt und in Abhängigkeit von dem jeweils darauf ansprechend ausgegebenen Auslesesignal (13) des Ausleseschaltkreises (5) die Iteration fortsetzt, bis das ausgegebene Auslesesignal (13) der Einstellung eines gewünschten Quantenzustands entspricht.
2. Schaltkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Qubit-Schaltkreis (3) einen Quantenpunkt-Schaltkreis und/oder einen supraleitenden Quantenschaltkreis aufweist.
3. Schaltkreis (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biasschaltkreis (4) einen Vorspannungserzeugungsschaltkreis zur Erzeugung einer Vorspannung aufweist.
4. Schaltkreis (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannungserzeugungsschaltkreis einen Digital-Analog-Wandler aufweist.
5. Schaltkreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseschaltkreis (5) unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis (3) angeordnet ist.
6. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biasschaltkreis (4) unmittelbar benachbart zu dem Qubit-Schaltkreis (3) angeordnet ist.
7. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltkreis (1) weiter einen Zustandssteuerschaltkreis (7) aufweist, der mit dem Qubit-Schaltkreis (3) in Kommunikationsverbindung steht, und der in Abhängigkeit von einem Steuereingangssignal (14) eine Manipulation der physikalischen Qubit-Zustände des Qubit-Schaltkreises (3) bewirkt, und weiter einen Steuerschaltkreis (8) aufweist, der mit dem Zustandssteuerschaltkreis (7) in Kommunikationsverbindung steht und der in Abhängigkeit von einem von außerhalb des Schaltkreises (1 ) zugeführten Steuersignal (21 ) entweder den Einstellbetrieb des Einstellschaltkreises (6) startet oder in einen Normalbetriebsmodus geschaltet wird, in dem er an den Zustandssteuerschaltkreis (7) Steuereingangssignale (14) ausgibt.
8. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Schaltkreiskomponenten (3, 4, 5, 6, 7, 8) programmgesteuert ist.
9. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellschaltkreis (6) einen Turing-vollständigen Prozessor aufweist.
10. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schaltkreiskomponente (3, 4, 5, 6, 7, 8) des quantentechnologischen Schaltkreises (1 ) eine kryogene Schaltkreiskomponente ist.
11. Schaltkreis (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der quantentechnologische Schaltkreis (1 ) mittels einem CMOS-Fertigungsverfahren hergestellt ist.
12. Schaltkreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Schaltkreiskomponenten (3, 4, 5, 6, 7, 8) an einem gemeinsamen Schaltungsträger (2) ausgebildet sind.
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