JP2003067181A - Quantum computer and control method therefor - Google Patents

Quantum computer and control method therefor

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達志 赤崎
英明 ▲高▼柳
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To arbitrarily control the mutual action between quantum bits in operation of a quantum computer. SOLUTION: A Josephson joint field effect transistor (JOFET) 102 is used as a switching means for switching (turning on and off a superconducting current) a magnetic flux transfer device 101 constructed by a superconductor between the flowing state of superconducting current and the no-flowing state. The mutual action between magnetic flux quantum bits 104a, 104b is arbitrarily controlled to realize the quantum entangled state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、量子ビットを用い
た量子コンピュータおよびこの制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum computer using qubits and a control method therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】「P.W.Shor」が、1995年
に、大きな数の因数分解が、量子計算を使うと古典計算
機に比べて圧倒的な速さで計算できることを示して以
来、量子計算機の研究は理論,実験ともに急激に進んで
来ている。量子コンピュータでは,量子ビットが古典的
なコンピュータのビットに対応する。また、古典的なコ
ンピュータにおける入力,演算,出力は、量子コンピュ
ータにおける系の、初期状態の準備、系の時間発展、系
の読み出しに対応する。量子コンピュータの一般的な解
説は、文献1「細谷暁夫著、『量子コンピュータの基
礎』、サイエンス社(1999年)」に述べられている。
2. Description of the Related Art Since "P.W.Shor" showed in 1995 that a large number of factorizations can be calculated with quantum computation at an overwhelming speed compared to a classical computer, a quantum computer has been developed. The theory and experiments have rapidly progressed. In quantum computers, qubits correspond to classical computer bits. Further, the input, operation, and output in the classical computer correspond to the preparation of the initial state of the system, the time evolution of the system, and the readout of the system in the quantum computer. A general explanation of quantum computers is given in Reference 1, “Akio Hosoya,“ Basics of Quantum Computers ”, Science Co. (1999)”.

【0003】量子コンピュータにおける基本要素となる
量子ビットは、量子力学的な|0>状態と|1>状態の
重ね合わせ状態で表される。この状態は、実験的には、
量子的な二準位系にあたり、様々な量子的な二準位系を
使った量子コンピュータが提案されている。これらの提
案は、固体素子を用いたものと固体素子を用いないもの
とに分けることができる。固体素子は集積化が容易な点
で有利であるが、素子周辺の環境による影響のため、量
子的な状態を保つことが難しい。逆に、固体素子でない
ものは、集積化は難しいが周辺の環境の影響を受けにく
い。
A quantum bit, which is a basic element in a quantum computer, is represented by a superposition state of | 0> state and | 1> state in quantum mechanics. This condition is experimentally
Regarding the quantum two-level system, quantum computers using various quantum two-level systems have been proposed. These proposals can be divided into those using solid-state elements and those not using solid-state elements. A solid-state device is advantageous in that it can be easily integrated, but it is difficult to maintain a quantum state because of the influence of the environment around the device. On the other hand, if it is not a solid-state element, it is difficult to integrate it, but it is not easily affected by the surrounding environment.

【0004】磁束量子ビットは、固体素子を用いた量子
ビットの一種ではあるが、素子に超伝導体を使ってお
り、超伝導ギャップの存在のため環境の影響を受けにく
いと考えられている。また、同じく超伝導体を使った電
荷量子ビットも提案されているが、磁束のノイズは電荷
のノイズに比べて少ないので、この点においても磁束量
子ビットは有利である。このため、磁束量子ビットは、
集積化に有利でかつ環境の影響も受けにくい理想的な量
子ビットであると考えられる。
The magnetic flux qubit is a kind of qubit using a solid-state element, but it uses a superconductor for the element and is considered to be less susceptible to the environment due to the existence of the superconducting gap. A charge qubit using a superconductor has also been proposed, but since magnetic flux noise is smaller than electric charge noise, the magnetic flux qubit is also advantageous in this respect. Therefore, the magnetic flux qubit is
It is considered to be an ideal qubit that is advantageous for integration and is not easily affected by the environment.

【0005】量子コンピュータにおける演算は、量子系
の時間発展になる。1つの量子ビットの演算である位相
シフタと呼ばれる演算と、2つの量子ビットの演算であ
る制御NOTと呼ばれる演算ができれば、原理的にすべ
て演算が可能であることが示されている。2つの量子ビ
ットの演算のためには、2つの量子ビットが量子もつれ
合い状態(entangled state)にある必要がある。このた
めには、2つの量子ビット間に相互作用が必要となる。
The operation in the quantum computer is the time evolution of the quantum system. It has been shown in principle that all operations can be performed if an operation called a phase shifter that is an operation of one quantum bit and an operation called a control NOT that is an operation of two quantum bits can be performed. The operation of two qubits requires that the two qubits be in a quantum entangled state. This requires an interaction between the two qubits.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、いままでに
提案されている量子コンピュータでは、通常この相互作
用を随意に切ったり入れたりすることができない。例え
ば、現在最も多くの量子ビット数で実現されているNM
R量子コンピュータにおいては、量子ビットは核スピン
であり、量子ビット間の相互作用は核スピン同士の相互
作用である。この相互作用は、素子としてどのような分
子を選んだかによって決定されてしまい、核スピン同士
の相互作用は常に存在している。
However, in the quantum computers proposed so far, it is usually not possible to arbitrarily turn this interaction on or off. For example, the NM currently realized with the largest number of qubits
In the R quantum computer, a qubit is a nuclear spin, and an interaction between qubits is an interaction between nuclear spins. This interaction is determined by what kind of molecule is selected as an element, and the interaction between nuclear spins always exists.

【0007】このため、上記NMR量子コンピュータに
おいて、量子ビット間は常に相互作用がある状態にあ
る。量子コンピュータにおける演算がその系の時間発展
であることを考えれば、常に相互作用が存在すること
は、常にビット間で演算を行っていることになる。これ
は任意の演算をさせるには好ましいことではなく、任意
の演算を行うためには、常に行われている量子ビット間
での相互作用を打ち消す別の操作が必要となる(文献1
第5章参照)。
Therefore, in the NMR quantum computer, there is always interaction between the qubits. Considering that the operation in the quantum computer is the time evolution of the system, the fact that the interaction always exists means that the operation is always performed between bits. This is not preferable for performing an arbitrary operation, and in order to perform an arbitrary operation, another operation that cancels the interaction between qubits that is always performed is required (Reference 1).
(See Chapter 5).

【0008】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、量子コンピュータの演算に
おける量子ビット間の相互作用を、任意に制御できるよ
うにすることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to arbitrarily control the interaction between quantum bits in the operation of a quantum computer.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の一形態における
量子コンピュータは、2つの磁束量子ビットと、この2
つの磁束量子ビット間に相互作用を作用させる磁束転送
器とを備え、加えて、磁束転送器に流れる超伝導電流を
オンオフする切り換え手段を備えるようにしたものであ
る。この量子コンピュータによれば、切り換え手段によ
る磁束転送器のオンオフにより、超伝導電流が流れるこ
とにより相互作用を持つ2つの磁束量子ビット間の相互
作用が制御される。
A quantum computer according to one aspect of the present invention includes two magnetic flux qubits and two magnetic flux qubits.
A magnetic flux transfer device that interacts between two magnetic flux qubits is provided, and in addition, switching means that turns on and off the superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device is provided. According to this quantum computer, the interaction between two magnetic flux qubits that interact with each other due to the flow of a superconducting current is controlled by turning on and off the magnetic flux transfer device by the switching means.

【0010】上記量子コンピュータにおいて、切り換え
手段は、ジョセフソン接合電界効果トランジスタ、また
は磁束転送器の一部を加熱する加熱手段、または磁束転
送器の一部に設けられた超伝導体から構成された機械ス
イッチのいずれかであればよい。
In the above quantum computer, the switching means is composed of a Josephson junction field effect transistor, heating means for heating a part of the magnetic flux transfer device, or a superconductor provided in a part of the magnetic flux transfer device. It may be any of the mechanical switches.

【0011】また、本発明の一形態における量子コンピ
ュータの制御方法は、2つの磁束量子ビットと、この2
つの磁束量子ビット間に相互作用を作用させる磁束転送
器とを備えた量子コンピュータの演算を、磁束転送器に
流れる超伝導電流をオンオフすることにより制御するよ
うにしたものである。この制御方法によれば、磁束転送
器のオンオフにより、超伝導電流が流れることにより相
互作用を持つ2つの磁束量子ビット間の相互作用が制御
される。
The control method of the quantum computer according to one aspect of the present invention includes two magnetic flux qubits and the two magnetic flux qubits.
The operation of a quantum computer provided with a magnetic flux transfer device that causes an interaction between two magnetic flux qubits is controlled by turning on and off a superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device. According to this control method, the interaction between the two magnetic flux qubits that interact with each other due to the flow of the superconducting current is controlled by turning on and off the magnetic flux transfer device.

【0012】上記量子コンピュータの制御方法におい
て、磁束転送器に流れる超伝導電流のオンオフは、例え
ば、ジョセフソン接合電界効果トランジスタ、または磁
束転送器の一部を加熱すること、または、磁束転送器の
一部に設けた機械スイッチのいずれかにより行うように
すればよい。
In the control method of the quantum computer, the on / off of the superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device is performed by, for example, heating a Josephson junction field effect transistor or a part of the magnetic flux transfer device, or It may be performed by using one of the mechanical switches provided in part.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態
における量子コンピュータの一部構成の例を示す平面図
である。図1中に付けた符号について説明すると、ま
ず、101は超伝導体から構成された磁束転送器(フラ
ックストランスフォーマー)、102はジョセフソン接
合電界効果トランジスタ(JOFET:切り換え手段)
であり、磁束転送器101の電極部101a,101b
に接続している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an example of a partial configuration of a quantum computer according to an embodiment of the present invention. The reference numerals in FIG. 1 will be described. First, 101 is a magnetic flux transfer device (flux transformer) composed of a superconductor, and 102 is a Josephson junction field effect transistor (JOFET: switching means).
And the electrode parts 101a and 101b of the magnetic flux transfer device 101.
Connected to.

【0014】また、103はジョセフソン接合電界効果
トランジスタ(JOFET)のゲート電極に接続するゲ
ート配線、104a,104bは磁束量子ビット、10
5は磁束量子ビットの状態を読み出すSQUID(Super
conducting Quantum Interference Device:読み出し手
段)、106a,106bは、磁場を作り出すことで各
々の磁束量子ビットの状態を制御する制御ラインであ
る。
Further, 103 is a gate wiring connected to the gate electrode of a Josephson junction field effect transistor (JOFET), 104a and 104b are magnetic flux qubits, 10
5 is the SQUID (Super
Conducting Quantum Interference Device (reading means) 106a and 106b are control lines that control the state of each magnetic flux qubit by creating a magnetic field.

【0015】また、114,115は、トンネル絶縁部
からなるジョセフソン接合である。これらは、図示して
いない半導体基板上に絶縁膜を介して形成され、磁束量
子ビット104a,104bおよびSQUID105
は、例えばアルミニウムやニオブなどの、低温にするこ
とで超伝導製を示す材料から構成すればよい。。同様
に、磁束転送器101も、ニオブから構成すればよい。
また、磁束量子ビット104a,104bは、例えば、
約5μm角に形成されている
Further, 114 and 115 are Josephson junctions composed of tunnel insulating portions. These are formed on a semiconductor substrate (not shown) via an insulating film, and the magnetic flux qubits 104a and 104b and the SQUID 105 are formed.
May be made of a material such as aluminum or niobium that exhibits superconductivity at low temperatures. . Similarly, the magnetic flux transfer device 101 may be made of niobium.
Further, the magnetic flux qubits 104a and 104b are, for example,
Formed in about 5 μm square

【0016】このように構成することで、磁束量子ビッ
ト104a,104bが作り出す磁束をSQUID10
5で読み出し、磁束量子ビット104a,104bの状
態が、|0>状態と|1>状態とのどちらの状態となっ
ているかを検出することができる。
With this configuration, the magnetic flux generated by the magnetic flux qubits 104a and 104b is generated by the SQUID 10
5, it is possible to detect whether the state of the magnetic flux qubits 104a and 104b is the | 0> state or the | 1> state.

【0017】なお、3つのジョセフソン接合を用いた1
つの磁束量子ビットについては、文献2「J.E.Mooij,T.
P.Orlando,L.Levitov,Lin Tian,Caspar H.van der Wal,
SethLIoyd,“Josephson Persistent-Current Qubit",Sc
ience 285(1999)1036」、文献3「T.P.Orlando,J.E.Moo
ij,Lin Tian,Caspar H.van der Wal,L.S.Levitov,Seth
Lloyd,J.J.Mazo,“Superconducting persistent-curren
t qubit",Physical Review B60(1999)15398」、文献4
「Caspar H.van der Wal,A.C.J.ter Haar,F.K.Wilhelm,
R.N.Schouten,C.J.P.M.Hrmans,T.P.Orlando,Seth Lloy
d,J.E.Mooij,"Quantum Superposition of Macroscopic
Persistent-Current States",Science 290(2000)773」
に記載されている。
It should be noted that one using three Josephson junctions
For two magnetic flux qubits, see Reference 2 “JE Mooij, T.
P.Orlando, L.Levitov, Lin Tian, Caspar H.van der Wal,
SethLIoyd, “Josephson Persistent-Current Qubit”, Sc
ience 285 (1999) 1036 ", Reference 3" TP Orlando, JEMoo
ij, Lin Tian, Caspar H. van der Wal, LSLevitov, Seth
Lloyd, JJMazo, “Superconducting persistent-curren
t qubit ", Physical Review B60 (1999) 15398", Reference 4
`` Caspar H. van der Wal, ACJter Haar, FK Wilhelm,
RNSchouten, CJPMHrmans, TPOrlando, Seth Lloy
d, JEMooij, "Quantum Superposition of Macroscopic
Persistent-Current States ", Science 290 (2000) 773"
It is described in.

【0018】磁束量子ビット104a,104bの状態
は、磁場依存性を示す(文献4のFig.1参照)。このた
め、外から加える磁場により、1つの磁束量子ビットの
状態を、|0>状態と、|1>状態と、またはこれらの
量子力学的な重ね合わせ状態とに制御できる。磁束量子
ビット104a,104bの状態に対する制御は、制御
ライン106a,106bに電流を流し、この周りに磁
場を発生させるにより行うことができる。
The states of the magnetic flux qubits 104a and 104b show magnetic field dependence (see FIG. 1 of Document 4). Therefore, the state of one magnetic flux qubit can be controlled to the | 0> state, the | 1> state, or the quantum mechanical superposition state by the magnetic field applied from the outside. The control of the states of the magnetic flux qubits 104a and 104b can be performed by passing a current through the control lines 106a and 106b and generating a magnetic field around them.

【0019】制御ライン106aおよび制御ライン10
6bの周りに発生する磁場は、制御ライン106aおよ
び制御ライン106bに流れる電流に比例し、かつ制御
ライン106aおよび制御ライン106bからの距離に
反比例するので、磁束量子ビット104aおよび磁束量
子ビット104bの状態を個別に操作性良く制御でき
る。
Control line 106a and control line 10
The magnetic field generated around 6b is proportional to the currents flowing in the control line 106a and the control line 106b and inversely proportional to the distance from the control line 106a and the control line 106b. Therefore, the states of the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b are changed. Can be controlled individually with good operability.

【0020】図1では、磁束量子ビット104a,10
4bとして3つのジョセフソン接合を用いたもので示し
ているが、本発明におけるJOFETを使用した磁束転
送器101の作用は、他の磁束量子ビット場合でも同様
である。他の磁束量子ビットに関しての一例として、1
つのジョセフソン接合を用いた磁束量子ビットがある。
これは文献5「JonathAN R.Fried-man,Vijay Patel,W.C
hen,S.K,Tolpygo,J.E.Lukens,“Quantum superposition
macro-scopic states",Nature406(2000)43」に詳しく
述べられている。
In FIG. 1, the magnetic flux qubits 104a, 10a
Although 4b is shown by using three Josephson junctions, the operation of the magnetic flux transfer device 101 using the JOFET in the present invention is the same in the case of other magnetic flux qubits. As an example for other flux qubits, 1
There are magnetic flux qubits using two Josephson junctions.
This is document 5 “Jonath AN R. Fried-man, Vijay Patel, WC.
hen, SK, Tolpygo, JELukens, “Quantum superposition
Macro-scopic states ", Nature 406 (2000) 43".

【0021】2つの磁束量子ビット104a,104b
は、磁束転送器101を流れる電流を通じて磁気的な相
互作用を持ち、2つの磁束量子ビット104a,104
bの量子もつれ合い状態(entangled state)を実現する
ことができる。図2は、この磁気的な相互作用を模式的
に説明するものである。図2では、超伝導体から構成さ
れた磁束転送器101を、2つの磁束量子ビット104
a,104bで挾んだ状態を、等価的に示している。
Two magnetic flux qubits 104a, 104b
Has a magnetic interaction through the current flowing through the magnetic flux transfer unit 101, and has two magnetic flux qubits 104a and 104a.
An entangled state of b can be realized. FIG. 2 schematically illustrates this magnetic interaction. In FIG. 2, a magnetic flux transfer device 101 made of a superconductor is connected to two magnetic flux qubits 104.
The state sandwiched by a and 104b is equivalently shown.

【0022】磁束量子ビット104a、磁束量子ビット
104b、磁束転送器101の自己インダクタンスを各
々L1,L2,LTとする。また、磁束量子ビット104
aと磁束転送器101との相互インダクタンスをM1
し、磁束量子ビット104bと磁束転送器101との相
互インダクタンスをM2とする。
The self-inductances of the magnetic flux qubit 104a, the magnetic flux qubit 104b, and the magnetic flux transfer device 101 are L 1 , L 2 , and L T , respectively. Also, the magnetic flux qubit 104
The mutual inductance between a and the magnetic flux transfer device 101 is M 1 , and the mutual inductance between the magnetic flux qubit 104 b and the magnetic flux transfer device 101 is M 2 .

【0023】以下に、磁束量子ビット104aと磁束量
子ビット104bとの磁気的な相互作用について考察す
る。いま、磁束量子ビット104aでの磁束がΔΦ1
化したとすると、この磁束の変化は、磁束量子ビット1
04aの自己インダクタンスL1により、磁束量子ビッ
ト104aに電流の変化ΔI1=ΔΦ1/L1を引き起こ
す。
The magnetic interaction between the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b will be considered below. Now, assuming that the magnetic flux in the magnetic flux qubit 104a has changed by ΔΦ 1 , this change in magnetic flux is caused by the magnetic flux qubit 1
The self-inductance L 1 of 04a causes a change in current ΔI 1 = ΔΦ 1 / L 1 in the flux qubit 104a.

【0024】この磁束量子ビット104aにおける電流
の変化ΔI1は、磁束量子ビット104aと磁束転送器
101との相互インダクタンスM1により、磁束転送器
101に磁束の変化ΔΦT=M1ΔI1を引き起こす。こ
の磁束転送器101での磁束の変化ΔΦTは、磁束転送
器101の自己インダクタンスLTにより、磁束転送器
101に電流の変化ΔIT=ΔΦT/LTを引き起こす。
The change ΔI 1 in the current in the magnetic flux qubit 104a causes a change in magnetic flux ΔΦ T = M 1 ΔI 1 in the magnetic flux transfer device 101 due to the mutual inductance M 1 between the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux transfer device 101. . The change in magnetic flux ΔΦ T in the magnetic flux transfer device 101 causes a change in current ΔI T = ΔΦ T / L T in the magnetic flux transfer device 101 due to the self-inductance L T of the magnetic flux transfer device 101.

【0025】この磁束転送器101における電流の変化
ΔITは、磁束転送器101と磁束量子ビット104b
の相互インダクタンスM2により、磁束量子ビット10
4bに磁束の変化ΔΦ2=M2ΔITを引き起こす。従っ
て、磁束量子ビット104aでの磁束の変化ΔΦTは、
磁束転送器101に電流が流れることにより、磁束量子
ビット104bにおいて、磁束の変化ΔΦ2=M12Δ
Φ1/L1Tを引き起こすことになる。
The change ΔI T in the current in the magnetic flux transfer device 101 is determined by the magnetic flux transfer device 101 and the magnetic flux qubit 104b.
The mutual inductance M 2 of the magnetic flux qubit 10
Causes a change ΔΦ 2 = M 2 ΔI T of flux 4b. Therefore, the change ΔΦ T of the magnetic flux in the magnetic flux qubit 104a is
A change in the magnetic flux in the magnetic flux qubit 104b due to the current flowing through the magnetic flux transfer unit 101, ΔΦ 2 = M 1 M 2 Δ
It will cause the Φ 1 / L 1 L T.

【0026】このことは、磁束量子ビットの状態が磁場
依存性を示すことを考えると、磁束量子ビット104a
の状態は、磁束量子ビット104bの状態に変化を与
え、相互作用を持つことを意味する。すなわち、磁束量
子ビット104aの状態が、|0>状態か|1>状態に
よって、磁束量子ビット104bの状態も影響を受け
る。この逆も同様であり、2つの磁束量子ビット104
a,104bは、相互作用を持つことになる。
Considering that the state of the magnetic flux qubit shows magnetic field dependence, this means that the magnetic flux qubit 104a.
The state of means changing the state of the magnetic flux qubit 104b and having an interaction. That is, the state of the magnetic flux qubit 104a is also affected by the | 0> state or the | 1> state. The reverse is also true, and the two flux qubits 104
a and 104b will have an interaction.

【0027】ここで、磁束量子ビット104aと磁束量
子ビット104bの直接の相互インダクタンスは、考慮
する必要はない。なぜなら、この直接の相互インダクタ
ンスの大きさは、磁束量子ビット104aと磁束量子ビ
ット104bとを充分遠くに離せば、小さな値となるか
らである。この時、直接の相互作用は、磁束転送器10
1を通した相互作用の大きさに比べて小さく無視でき
る。
Here, it is not necessary to consider the direct mutual inductance of the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b. This is because the magnitude of this direct mutual inductance becomes a small value if the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b are sufficiently far apart. At this time, the direct interaction is caused by the magnetic flux transfer device 10
It is small compared to the magnitude of interaction through 1 and can be ignored.

【0028】図1において、磁束転送器101は、2つ
の磁束量子ビット104a,104bを囲むように配置
している。しかし、図2の模式図からも分かるように、
磁束転送器101と各々の磁束量子ビットとの相互イン
ダクタンスを通し、磁束量子ビット104aと磁束量子
ビット104bとが磁気的に相互作用していれば、磁束
転送器は、どのような配置,形状であろうと、同様の相
互作用の効果が得られる。
In FIG. 1, the magnetic flux transfer device 101 is arranged so as to surround the two magnetic flux qubits 104a and 104b. However, as can be seen from the schematic diagram of FIG.
If the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b magnetically interact with each other through the mutual inductance between the magnetic flux tranfer 101 and the respective magnetic flux qubits, the magnetic flux tranfer may have any arrangement and shape. If so, the same effect of interaction is obtained.

【0029】図1に示す量子コンピュータにおける磁束
転送器101を使った磁束量子ビット104a,104
bの系においては、相互作用のエネルギーは、磁束転送
器101の自己インダクタンスLTと、磁束量子ビット
104a,104bとの相互インダクタンスM1,M2
大きさと、磁束量子ビット104a,104bを流れる
電流I1,I2により決まる。
Flux qubits 104a and 104 using the flux transfer device 101 in the quantum computer shown in FIG.
In the system of b, the energy of the interaction flows through the self-inductance L T of the magnetic flux transfer device 101, the magnitudes of the mutual inductances M 1 and M 2 with the magnetic flux qubits 104a and 104b, and the magnetic flux qubits 104a and 104b. It is determined by the currents I 1 and I 2 .

【0030】磁束量子ビット104aでの磁束の変化Δ
Φは、磁束量子ビット104bにおける磁束の変化ΔΦ
2=M12ΔΦ1/L1Tを引き起こす。よって、磁束量
子ビット104bが受けた仕事(エネルギー)は、 I2ΔΦ2=M122ΔΦ1/L1T=M122ΔI1/L
T,ΔΦ1=L1ΔI1 である。また、磁束量子ビット104bが受けた仕事
(エネルギー)は、相互作用のエネルギーと考えられ、相
互作用のエネルギーをJとおくと、J=M1221/L
Tで表される。
Change in magnetic flux in the magnetic flux qubit 104a Δ
Φ is the change in magnetic flux in the magnetic flux qubit 104b ΔΦ
2 = M 1 M 2 ΔΦ 1 / L 1 L T Therefore, work flux qubit 104b receives (energy), I 2 ΔΦ 2 = M 1 M 2 I 2 ΔΦ 1 / L 1 L T = M 1 M 2 I 2 ΔI 1 / L
T , ΔΦ 1 = L 1 ΔI 1 . Also, the work that the magnetic flux qubit 104b received
(Energy) is considered to be the energy of interaction, and if the energy of interaction is J, then J = M 1 M 2 I 2 I 1 / L
Represented by T.

【0031】量子コンピュータの演算には、量子もつれ
合い状態(entangled state)が必要になる。本実施の形
態の磁束量子ビット104a,104bにおいては、上
述した磁気的な相互作用により、量子もつれ合い状態が
実現できる。相互作用で結ばれた磁束量子ビット104
a,104bが、時間発展することにより、量子もつれ
合い状態になる。いまz軸方向のパウリのスピン行列を
σzとし、相互作用のハミルトニアンをHintとすると、
相互作用のエネルギーJを使って、
Quantum computer operation requires an entangled state. In the magnetic flux qubits 104a and 104b of this embodiment, a quantum entangled state can be realized by the magnetic interaction described above. Magnetic flux qubit 104 connected by interaction
a and 104b become quantum entangled states as they evolve over time. If Pauli's spin matrix in the z-axis direction is σ z and the Hamiltonian of the interaction is H int ,
Using the energy J of interaction,

【0032】[0032]

【数1】 [Equation 1]

【0033】となる。ここで、σ1zは磁束量子ビット1
04aの磁束のz成分,σ2zは磁束量子ビット104b
の磁束のz成分であり、Hintは、σ1zとσ2zの直積に、
相互作用のエネルギーJを乗じたものである。この相互
作用で結ばれた2つの磁束量子ビットが、時間発展す
る。
It becomes Where σ 1z is magnetic flux qubit 1
Z component of magnetic flux of 04a, σ 2z is magnetic flux qubit 104b
Is the z component of the magnetic flux of, and H int is the direct product of σ 1z and σ 2z ,
It is the product of the interaction energy J. Two magnetic flux qubits connected by this interaction develop with time.

【0034】磁束量子ビット104aの状態を|a>と
し、磁束量子ビット104bの状態を|b>とする。ま
ずはじめに、磁束転送器101が超伝導電流を流さない
状態にあり、磁束量子ビット104aと磁束量子ビット
104bとの間には相互作用がないとする。磁束量子ビ
ット104aと磁束量子ビット104bの初期状態を、
|0>状態と|1>状態とが等しく存在する状態とし、
各々の状態を、 |I>=(|0>+|1>)/√2,|II>=(|0
>+|1>)/√2 とする。これらは、X軸方向のパウリのスピン行列σx
の固有ベクトルである。
The state of the magnetic flux qubit 104a is set to | a>, and the state of the magnetic flux qubit 104b is set to | b>. First, it is assumed that the magnetic flux transfer device 101 is in a state where no superconducting current flows and there is no interaction between the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b. The initial states of the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b are
It is assumed that the | 0> state and the | 1> state are the same,
For each state, | I> = (| 0> + | 1>) / √2, | II> = (| 0
> + | 1>) / √2. These are Pauli's spin matrix σ x in the X-axis direction.
Is the eigenvector of.

【0035】この時の2つの量子ビットの状態は、 |I>|II>=(|0>|0>+|0>|1>+|1
>|1>)/2 となる。時刻t=0に磁束転送器101が、超伝導電流
を流せる状態に変わり、2つの磁束量子ビット104
a,104bの状態が、相互作用を持つ状態に変わり、
これらによる系が時間発展していく。
The states of the two qubits at this time are: | I> | II> = (| 0> | 0> + | 0> | 1> + | 1
> | 1>) / 2. At time t = 0, the magnetic flux transfer device 101 changes to a state in which a superconducting current can flow, and the two magnetic flux qubits 104
The state of a, 104b changes to the state with interaction,
The system based on these will evolve over time.

【0036】つぎに、時刻tでの2つの磁束量子ビット
104a,104bの状態を|Ψ(t)>とする。状態
|Ψ(t)>は、相互作用の影響を受けて時間発展して
いき、この時間依存性は、 |Ψ(t)>=exp(−2πiHintt/h)|Ψ
(0)>,|Ψ(0)>=|I>|II> となる。
Next, the state of the two magnetic flux qubits 104a and 104b at time t is defined as | Ψ (t)>. The state | Ψ (t)> evolves over time due to the influence of the interaction, and this time dependence is | Ψ (t)> = exp (−2πiH int t / h) | Ψ
(0)>, | Ψ (0)> = | I> | II>.

【0037】上記時間依存性の式に相互作用のハミルト
ニアンを代入すると、 |Ψ(t)>={exp(−2πiJt/h)|0>|
0>+exp(2πiJt/h)|0>|1>+exp
(2πiJt/h)|1>|0>+exp(−2πiJ
t/h)|1>|1>}/2 となる。いま、時刻t=h/(8J)を考える。この時
刻の系の状態は、 |Ψ(t)>={(1−i)|0>|0>+(1+i)
|0>|1>十(1+i)|1>|0>+(1−i)|
1>|1>}/2√2 となる。
Substituting the Hamiltonian of the interaction into the above time-dependent equation, | Ψ (t)> = {exp (−2πiJt / h) | 0> |
0> + exp (2πiJt / h) | 0> | 1> + exp
(2πiJt / h) | 1> | 0> + exp (-2πiJJ
t / h) | 1> | 1>} / 2. Now, consider time t = h / (8J). The state of the system at this time is | Ψ (t)> = {(1-i) | 0> | 0> + (1 + i)
| 0> | 1> 10 (1 + i) | 1> | 0> + (1-i) |
1> | 1>} / 2√2.

【0038】このままでは、この系の状態が、直観的に
は分からない。このため、初期状態に使ったx軸方向の
パウリのスピン行列σxの固有ベクトルで、この系を書
き直してみる。x軸方向のパウリのスピン行列σxの固
有ベクトルは、 |x+>=(|0>+|1>)/√2,|x−>=(|
0>−|1>)/√2 である。これを用いて|Ψ(t)>を書き直すと、 |Ψ(t)>=(|x+>|x+>−i|x−>|x−
>}/√2 となる。
As it is, the state of this system cannot be intuitively understood. Therefore, rewrite this system with the eigenvectors of the Pauli spin matrix σ x in the x-axis direction used in the initial state. The eigenvector of Pauli's spin matrix σ x in the x-axis direction is: | x +> = (| 0> + | 1>) / √2, | x −> = (|
0> − | 1>) / √2. When | Ψ (t)> is rewritten using this, | Ψ (t)> = (| x +> | x +> − i | x−> | x−
>} / √2.

【0039】時刻t=h/(8J)においては、各々の
量子ビットの状態からだけでは、2つの量子ビットの系
全体を表すことができない。これは、系の状態が各々の
量子ビットの状態で分離して表示することができず、古
典的な状態ではあり得ない量子力学的な状態である。こ
の状態が、前述した、量子がもつれ合いした状態(entan
gled state)である。2つの磁束量子ビット104a,
104bの間に、磁束転送器101によって相互作用を
与えることで、上述した量子コンピュータの演算に必要
な量子もつれ合い状態が実現できる。
At time t = h / (8J), the entire system of two qubits cannot be represented only from the state of each qubit. This is a quantum mechanical state that cannot be displayed in a classical state, because the states of the system cannot be displayed separately for each qubit state. This state is the state in which the entanglement of quanta described above (entan
gled state). Two magnetic flux qubits 104a,
By providing an interaction between the magnetic flux transfer units 101 during 104b, the quantum entangled state necessary for the above-described operation of the quantum computer can be realized.

【0040】本実施の形態の磁束転送器101の場合、
実際の試料の形状や配置から、この相互作用の大きさを
見積もると、J=0.34[GHz]=1.41[μe
V]程度になる。このときの2つの磁束量子ビット系
が、量子もつれ合い状態になる時間は、0.37[n
S]程度である。これは、1秒間に最大27億回(2.7
GHz)の演算ができることに対応する。
In the case of the magnetic flux transfer device 101 of this embodiment,
When the magnitude of this interaction is estimated from the actual shape and arrangement of the sample, J = 0.34 [GHz] = 1.41 [μe
V]. At this time, the time required for the two magnetic flux qubit systems to be in a state of quantum entanglement is 0.37 [n
S]. This is a maximum of 2.7 billion times per second (2.7
It corresponds to the fact that the calculation of GHz) is possible.

【0041】前述したように、磁束転送器101に流れ
る電流を通し、磁束量子ビット104aと磁束量子ビッ
ト104bは、相互作用する。ここで、磁束転送器10
1に流れる電流のオンオフを制御できれば、2つの磁束
量子ビット104aと磁束量子ビット104bとの間の
相互作用の発生を制御できる。これらの制御が可能にな
れば、任意の時刻に磁束量子ビット間で相互作用させる
ことができる。
As described above, the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b interact with each other through the current flowing through the magnetic flux transfer unit 101. Here, the magnetic flux transfer device 10
If the on / off of the current flowing through 1 can be controlled, the occurrence of the interaction between the two magnetic flux qubits 104a and 104b can be controlled. If these controls become possible, the magnetic flux qubits can be made to interact at any time.

【0042】また、任意の時刻に相互作用を切り、個別
に磁束量子ビット104a,104bの状態を制御ライ
ン106a,106bにより制御することもできる。こ
のように任意に磁束量子ビット間の相互作用を制御でき
る点は、他の量子ビット系と異なり、制御可能な磁束転
送器101を利用した、磁束量子ビット104a,10
4b系における大きな利点である。
It is also possible to cut the interaction at any time and individually control the states of the magnetic flux qubits 104a and 104b by the control lines 106a and 106b. Unlike the other qubit systems, the point that the interaction between the magnetic flux qubits can be arbitrarily controlled in this manner uses the controllable magnetic flux transfer device 101, and the magnetic flux qubits 104a and 10a.
This is a great advantage in the 4b system.

【0043】本実施の形態では、超伝導体から構成され
た磁束転送器101に、超伝導電流が流れうる状態と流
れない状態とを切り換える(超伝導電流をオンオフす
る)、切り換え手段を設けるようにした。この切り換え
手段としては、例えば、上述したジョセフソン接合電界
効果トランジスタ(JOFET)102または以降に示
す熱ヒータ(加熱手段)または超伝導から構成された機
械スイッチのいずれかを用いるようにすればよい。はじ
めに、JOFET102により磁束転送器101を制御
する手法について説明する。
In this embodiment, the magnetic flux transfer device 101 made of a superconductor is provided with a switching means for switching a state in which a superconducting current can flow and a state in which no superconducting current can flow (turning the superconducting current on and off). I chose As the switching means, for example, either the above-mentioned Josephson junction field effect transistor (JOFET) 102 or a thermal heater (heating means) described later or a mechanical switch composed of superconductivity may be used. First, a method of controlling the magnetic flux transfer device 101 by the JOFET 102 will be described.

【0044】<実施の形態1>本実施の形態1では、超
伝導体から構成された磁束転送器101に超伝導電流が
流れうる状態と流れない状態と(オンオフ)を、JOF
ET102により作り出すことについて説明する。JO
FET102のゲート電極にかかる電圧を変化させれ
ば、超伝導電流のオンオフ制御ができる。JOFET1
02の具体的な構造やゲート電圧操作については、文献
6「Tatsushi Akazaki,Hideaki Takayanagi,Junsaku Ni
tta,Takatomo Enoki,“A Josehson field effect trans
istor using an InAs-inserted-channel In0.52Al0.48A
s/In0.53Ga0.47As inverted modulation-doped structr
e",Appl.Phys.Lett,68(1996)418」に述べられている。
<First Embodiment> In the first embodiment, a state in which a superconducting current can flow and a state in which a superconducting current does not flow (on / off) in a magnetic flux transfer device 101 made of a superconductor is described as JOF.
What is produced by the ET 102 will be described. JO
By changing the voltage applied to the gate electrode of the FET 102, on / off control of the superconducting current can be performed. JOFET1
Regarding the specific structure and gate voltage operation of No. 02, refer to Reference 6 “Tatsushi Akazaki, Hideaki Takayanagi, Junsaku Ni.
tta, Takatomo Enoki, “A Josehson field effect trans
istor using an InAs-inserted-channel In 0.52 Al 0.48 A
s / In 0.53 Ga 0.47 As inverted modulation-doped structr
e ", Appl. Phys. Lett, 68 (1996) 418".

【0045】図3は、JOFET102(図1)の構成
例を概略的に示す斜視図である。図3に示す符号につい
て説明すると、まず、307はニオブからなる超伝導体
から構成されたソース電極、308はニオブからなる超
伝導体から構成されたドレイン電極である。ソース電極
307は、図1に示す電極部101aに対応し、ドレイ
ン電極308は、図1に示す電極部101bに対応して
いる。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration example of the JOFET 102 (FIG. 1). Numerals shown in FIG. 3 will be described. First, 307 is a source electrode made of a superconductor made of niobium, and 308 is a drain electrode made of a superconductor made of niobium. The source electrode 307 corresponds to the electrode portion 101a shown in FIG. 1, and the drain electrode 308 corresponds to the electrode portion 101b shown in FIG.

【0046】また、309はInAsから構成されたチ
ャネル層であり、チャネル層309に二次元電子ガスが
形成される。310は、ゲート電極であり、図1のゲー
ト配線103に接続している。また、311はn形不純
物が導入されたInAlAsからなるキャリヤ供給層、
312はノンドープInA1As層、313はノンドー
プInGaAs層、314はノンドープInAlAs
層、315はInPからなる半導体基板である。
Reference numeral 309 denotes a channel layer composed of InAs, and a two-dimensional electron gas is formed in the channel layer 309. Reference numeral 310 denotes a gate electrode, which is connected to the gate wiring 103 in FIG. Reference numeral 311 denotes a carrier supply layer made of InAlAs having n-type impurities introduced,
312 is a non-doped InA1As layer, 313 is a non-doped InGaAs layer, 314 is a non-doped InAlAs layer.
The layers 315 are semiconductor substrates made of InP.

【0047】チャネル層309には、キャリヤ供給層3
11から、ノンドープInA1As層312,ノンドー
プInGaAs層313を介して電子が供給され、供給
された電子により二次元電子ガスが形成される。ゲート
電極310にゲート電圧をかけると、チャネル層309
に形成されている二次元電子ガスのキャリヤー濃度が変
化する。このキャリヤー濃度の変化が、二次元電子ガス
層に流れる超伝導電流を変化させる。図4は、JOFE
T102のゲート電圧特性を示す。グラフの横軸は電圧
であり、縦軸は電流である。ゲート電圧Vgが0Vの時
は、電圧が0mVの状態で超伝導電流が約5.5μA流
れている。
The carrier supply layer 3 is formed on the channel layer 309.
Electrons are supplied from 11 through the non-doped InA1As layer 312 and the non-doped InGaAs layer 313, and the supplied electrons form a two-dimensional electron gas. When a gate voltage is applied to the gate electrode 310, the channel layer 309
The carrier concentration of the two-dimensional electron gas formed in the film changes. This change in carrier concentration changes the superconducting current flowing in the two-dimensional electron gas layer. Figure 4 shows JOFE
The gate voltage characteristic of T102 is shown. The horizontal axis of the graph is voltage and the vertical axis is current. When the gate voltage V g is 0 V, a superconducting current of about 5.5 μA flows at a voltage of 0 mV.

【0048】これに、マイナス方向のゲート電圧を印加
していくと、流れうる超伝導電流は少なくなり、Vg
−1.1Vまで印加すると、JOFET102のソース
・ドレイン間には電流がまったく流れなくなる。このよ
うにJOFET102の簡便なゲート電圧操作だけで、
磁束転送器101に流れる超伝導電流を操作でき、磁束
量子ビット104a,104b間の相互作用を簡便に制
御することが可能である。また、JOFET102の二
次元電子ガスが形成されるチャネル層309にはInA
sを使っているため、ゲート電圧操作によるJOFET
102の応答速度は早く、高速での相互作用の切り換え
が可能である。
When a negative gate voltage is applied to this, the superconducting current that can flow decreases, and V g =
When applied to -1.1V, no current flows between the source and drain of JOFET 102. Thus, by simply operating the gate voltage of JOFET 102,
The superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device 101 can be manipulated, and the interaction between the magnetic flux qubits 104a and 104b can be easily controlled. Further, InA is formed in the channel layer 309 of the JOFET 102 where the two-dimensional electron gas is formed.
Since s is used, JOFET by operating the gate voltage
The response speed of 102 is fast, and the switching of interaction can be performed at high speed.

【0049】<実施の形態2>つぎに、磁束転送器10
1のオンオフ制御を、磁束転送器101を加熱すること
で制御する場合について説明する。図5は、本発明の他
の形態における量子コンピュータの一部構成を示す平面
図である。ここでは、磁束転送器101のオンオフ制御
を、熱ヒータ(加熱手段)502により行うようにし
た。他の部分は、図1の量子コンピュータと同様であ
る。
<Second Embodiment> Next, the magnetic flux transfer device 10 will be described.
A case where the on / off control of No. 1 is controlled by heating the magnetic flux transfer unit 101 will be described. FIG. 5 is a plan view showing a partial configuration of a quantum computer according to another mode of the present invention. Here, the on / off control of the magnetic flux transfer device 101 is performed by the thermal heater (heating means) 502. The other parts are similar to those of the quantum computer of FIG.

【0050】熱ヒータ502に通電せずに非加熱状態と
した状態では、磁束転送器101はすべて超伝導状態と
なり、超伝導電流が流れうる状態となる。これに対し、
熱ヒータ502に通電して過熱状態として磁束転送器1
01の一部を超伝導転移温度以上に加温し超伝導状態を
壊せば、超伝導電流が流れない状態となる。このよう
に、熱ヒータ502の非加熱/加熱切り換え動作によ
り、磁束転送器101のオンオフ制御が可能となり、磁
束量子ビット104a,104b間の相互作用を簡便に
制御することが可能となる。
When the heat heater 502 is not energized and is in a non-heated state, all of the magnetic flux transfer devices 101 are in a superconducting state, in which a superconducting current can flow. In contrast,
The magnetic flux transfer device 1 is turned on by energizing the thermal heater 502.
If a part of 01 is heated above the superconducting transition temperature to break the superconducting state, the superconducting current does not flow. In this way, the non-heating / heating switching operation of the thermal heater 502 enables ON / OFF control of the magnetic flux transfer device 101, which makes it possible to easily control the interaction between the magnetic flux qubits 104a and 104b.

【0051】<実施の形態3>つぎに、磁束転送器10
1のオンオフ制御を、機械的な動作により行う機械スイ
ッチにより作り出す場合について説明する。図6は、本
発明の他の形態における量子コンピュータの一部構成を
示す平面図である。ここでは、磁束転送器101のオン
オフ制御を、超伝導体から構成された機械スイッチ60
2により行うようにした。他の部分は、図1の量子コン
ピュータと同様である。機械スイッチ602は、例え
ば、ピエゾ素子などにより動作させればよい。
<Third Embodiment> Next, the magnetic flux transfer device 10 will be described.
A case where the on / off control of No. 1 is created by a mechanical switch performed by a mechanical operation will be described. FIG. 6 is a plan view showing a partial configuration of a quantum computer according to another mode of the present invention. Here, on / off control of the magnetic flux transfer device 101 is performed by a mechanical switch 60 made of a superconductor.
2. The other parts are similar to those of the quantum computer of FIG. The mechanical switch 602 may be operated by, for example, a piezo element or the like.

【0052】機械スイッチ602がONで、磁束転送器
101の回路が閉じている時には、機械スイッチ602
が超伝導体であるため、超伝導電流が流れうる状態を作
り出せる。機械スイッチ602をOFFにし、磁束転送
器101の回路を切断すると、超伝導電流が流れない状
態を作り出せる。このように、機械スイッチ602の動
作により、磁束量子ビット104a,104b間の相互
作用を簡便に制御することが可能である。
When the mechanical switch 602 is ON and the circuit of the magnetic flux transfer device 101 is closed, the mechanical switch 602 is
Since is a superconductor, a state in which a superconducting current can flow can be created. By turning off the mechanical switch 602 and disconnecting the circuit of the magnetic flux transfer unit 101, a state in which no superconducting current flows can be created. In this way, the operation of the mechanical switch 602 can easily control the interaction between the magnetic flux qubits 104a and 104b.

【0053】量子コンピュータにおける演算は、先に述
べたように量子ビットから構成された系の時間発展であ
る。通常の量子コンピュータでは、量子ビット間の相互
作用は切ることができず、この相互作用も各々の量子ビ
ットとともに常に時間発展をする。従って、量子ビット
間での演算が、好むと好まざるとによらず常に行われて
しまう。このため、通常の相互作用を切れない量子ビッ
トの系では、相互作用を打ち消すための別の操作を必要
とする。
The operation in the quantum computer is the time evolution of the system composed of qubits as described above. In a normal quantum computer, the interaction between qubits cannot be cut, and this interaction also constantly evolves with each qubit. Therefore, operations between qubits are always performed regardless of whether they like it or not. For this reason, in a system of qubits that cannot break an ordinary interaction, another operation for canceling the interaction is required.

【0054】これに対し、上述した実施の形態における
量子コンピュータでは、オンオフ制御を可能とした磁束
転送器101を利用し、磁束量子ビット104aと磁束
量子ビット104b間の相互作用を随意の時間で切れる
ようにした。このため、相互作用を打ち消すための他の
操作は必要なく、磁束転送器101をオンオフする各々
の切り換え手段の簡便な動作を行うのみでよい。このた
め、本実施の形態によれば、量子コンピュータの演算に
おいて、より簡便で柔軟な演算が可能となる。
On the other hand, in the quantum computer according to the above-described embodiment, the magnetic flux transfer device 101 capable of on / off control is used, and the interaction between the magnetic flux qubit 104a and the magnetic flux qubit 104b is cut off at an arbitrary time. I did it. Therefore, another operation for canceling the interaction is not necessary, and only the simple operation of each switching means for turning the magnetic flux transfer device 101 on and off is required. Therefore, according to the present embodiment, it becomes possible to perform simpler and more flexible arithmetic operations in the quantum computer.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、切り
換え手段による磁束転送器のオンオフにより、超伝導電
流が流れることにより相互作用を持つ2つの磁束量子ビ
ット間の相互作用を制御するようにした。この結果、本
発明によれば、量子コンピュータの演算における量子ビ
ット間の相互作用を、任意に制御できるようになるとい
う優れた効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the interaction between two magnetic flux qubits that interact with each other due to the flow of a superconducting current is controlled by turning on and off the magnetic flux transfer device by the switching means. did. As a result, according to the present invention, an excellent effect that the interaction between the quantum bits in the operation of the quantum computer can be arbitrarily controlled can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態における量子コンピュー
タの一部構成の例を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of a partial configuration of a quantum computer according to an embodiment of the present invention.

【図2】 磁束量子ビットと磁束転送器との等価的な回
路を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an equivalent circuit of a magnetic flux qubit and a magnetic flux transfer device.

【図3】 JOFET102(図1)の構成例を概略的
に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration example of JOFET 102 (FIG. 1).

【図4】 JOFET102のゲート電圧特性を示す特
性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a gate voltage characteristic of JOFET 102.

【図5】 本発明の他の形態における量子コンピュータ
の一部構成を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a partial configuration of a quantum computer according to another mode of the present invention.

【図6】 本発明の他の形態における量子コンピュータ
の一部構成を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a partial configuration of a quantum computer according to another mode of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…磁束転送器(フラックストランスフォーマー)、
102…ジョセフソン接合電界効果トランジスタ(JO
FET:切り換え手段)、103…ゲート配線、104
a,104b…磁束量子ビット、105…SQUID(S
uperconductingQuantum Interference Device)、10
6a,106b…制御ライン。
101 ... Flux transformer (flux transformer),
102 ... Josephson junction field effect transistor (JO
FET: switching means), 103 ... Gate wiring, 104
a, 104b ... magnetic flux qubit, 105 ... SQUID (S
uperconductingQuantum Interference Device), 10
6a, 106b ... Control line.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中ノ 勇人 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 赤崎 達志 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 ▲高▼柳 英明 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 4M113 AB01 AB11 AC08 AC45 AD04 AD21 CA11 CA13 5B016 AA04 GA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hayato Nakano             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tatsushi Akasaki             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor ▲ High ▼ Hideaki Yanagi             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation F-term (reference) 4M113 AB01 AB11 AC08 AC45 AD04                       AD21 CA11 CA13                 5B016 AA04 GA04

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2つの磁束量子ビットと、この2つの磁
束量子ビット間に相互作用を作用させる磁束転送器とを
備えた量子コンピュータにおいて、 前記磁束転送器に流れる超伝導電流をオンオフする切り
換え手段を備えたことを特徴とする量子コンピュータ。
1. A quantum computer provided with two magnetic flux qubits and a magnetic flux transfer device for causing an interaction between these two magnetic flux qubits, and switching means for turning on and off a superconducting current flowing through the magnetic flux transfer device. A quantum computer characterized by having.
【請求項2】 請求項1記載の量子コンピュータにおい
て、 前記切り換え手段は、ジョセフソン接合電界効果トラン
ジスタであることを特徴とする量子コンピュータ。
2. The quantum computer according to claim 1, wherein the switching means is a Josephson junction field effect transistor.
【請求項3】 請求項1記載の量子コンピュータにおい
て、 前記切り換え手段は、前記磁束転送器の一部を加熱する
加熱手段であることを特徴とする量子コンピュータ。
3. The quantum computer according to claim 1, wherein the switching unit is a heating unit that heats a part of the magnetic flux transfer device.
【請求項4】 請求項1記載の量子コンピュータにおい
て、 前記切り換え手段は、前記磁束転送器の一部に設けられ
た超伝導体から構成された機械スイッチであることを特
徴とする量子コンピュータ。
4. The quantum computer according to claim 1, wherein the switching means is a mechanical switch made of a superconductor provided in a part of the magnetic flux transfer device.
【請求項5】 2つの磁束量子ビットと、この2つの磁
束量子ビット間に相互作用を作用させる磁束転送器とを
備えた量子コンピュータにおいて、 前記磁束転送器に流れる超伝導電流をオンオフすること
により前記量子コンピュータの演算を制御することを特
徴とする量子コンピュータの制御方法。
5. A quantum computer provided with two magnetic flux qubits and a magnetic flux transfer device for causing an interaction between the two magnetic flux qubits, by turning on and off a superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device. A method of controlling a quantum computer, which comprises controlling an operation of the quantum computer.
【請求項6】 請求項5記載の量子コンピュータの制御
方法において、 前記磁束転送器に流れる超伝導電流のオンオフは、ジョ
セフソン接合電界効果トランジスタにより行うことを特
徴とする量子コンピュータの制御方法。
6. The method for controlling a quantum computer according to claim 5, wherein the superconducting current flowing through the magnetic flux transfer device is turned on and off by a Josephson junction field effect transistor.
【請求項7】 請求項5記載の量子コンピュータの制御
方法において、 前記磁束転送器に流れる超伝導電流のオンオフは、前記
磁束転送器の一部を加熱することにより行うことを特徴
とする量子コンピュータの制御方法。
7. The quantum computer control method according to claim 5, wherein the superconducting current flowing through the magnetic flux transfer device is turned on and off by heating a part of the magnetic flux transfer device. Control method.
【請求項8】 請求項5記載の量子コンピュータの制御
方法において、 前記磁束転送器に流れる超伝導電流のオンオフは、前記
磁束転送器の一部に設けた機械スイッチにより行うこと
を特徴とする量子コンピュータの制御方法。
8. The quantum computer control method according to claim 5, wherein the superconducting current flowing in the magnetic flux transfer device is turned on and off by a mechanical switch provided in a part of the magnetic flux transfer device. Computer control method.
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