JP2020038976A - 共面導波管の磁束量子ビットを有するプログラム可能な汎用量子アニーリング - Google Patents
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Abstract
Description
共面導波管の磁束量子ビットを採用する完全にプログラム可能な汎用量子アニーラの説明を提供する前に、図1A〜図1Bに関して、共面導波管の磁束量子ビットの概要が提供される。図1Aは、共面導波管の磁束量子ビット100の一例の上面図を示す概略図である。量子ビット100は、量子デバイス104に結合された共面導波管102を含む。量子デバイス104は、限定はしないが、超伝導量子干渉デバイス(SQUID)を含み得る。この例では量子デバイス104はDC超伝導量子干渉デバイス(DC-SQUID)であるが、他のSQUIDデバイスも使用され得る。共面導波管102およびDC-SQUID 104は、これらを取り囲む接地面106と電気接触している。導波管102、DC-SQUID 104および接地面106の各々が、誘電体基板上の標準的な薄膜製造プロセスを使用して、超伝導薄膜材料から形成されている。導波管102は、基板上に細長い薄膜として構成されており、薄膜の一端108は接地面106と電気接触しており、薄膜の別の反対端110はDC-SQUID 104と電気接触している。導波管102の細長い面は、対応する同一の広がりをもつ間隙105によって接地面106から分離されている。この例では、それぞれの間隙105の幅は、たとえば電磁波の不必要な反射を防止するために、細長い導波管の長さに沿って一定である。導波管の所望のモードプロファイルは、対称な共面導波管(CPW)モードであり、中央のトレースの両側の2つの接地面は同一の電圧に保たれている。いくつかの実装形態では、導波管102は、(細長い面に沿って測定したとき)約数千マイクロメートルまでの長さと、(長さに対して横断して測定したとき)約数十マイクロメートルまでの幅とを有し得る。導波管102(ならびに接地面106およびDC-SQUIDの一部分)を形成する、堆積されたフィルムの厚さは、たとえば約100〜200nmでよい。
理論に拘束されずに、量子アニーラのハミルトニアン(相互作用)が調整可能な係数を伴ういわゆる非確率的項を有するならば、量子アニーラは汎用量子コンピュータの計算能力を有すると言うことができる。非確率的ハミルトニアンは、正の非対角項と負の非対角項の両方を有するハミルトニアンである。たとえば、汎用量子コンピュータを表す形態を有するものとして、次のハミルトニアンが提案されており、
前述の回路モデルに対応する量子ハミルトニアンは次式で表現され得る。
式(5)の非確率的項は、次式のように表現され得る。
H(s)=(1-s)HB+sHP+s(1-s)HD
HBは初期のハミルトニアンであり、HPは
102 共面導波管
104 量子デバイス
105 間隙
106 接地面
108 薄膜の一端
110 薄膜の反対端
112 超伝導材料のループ
114 ジョセフソン接合
115 接触パッド
116 回路図
118 キャパシタンス
120 インダクタンス
122 接地
200 量子アニーラ
202 磁束量子ビット
203 量子デバイス
205 細長い薄膜超伝導導波管
206 磁束量子ビット
207 量子デバイス
209 細長い薄膜超伝導導波管
210 調整量子デバイス
212 結合器要素
214 共面超伝導接地面
216 ワイヤ
220 読出しデバイス
300 量子アニーラ
302 量子ビット
303 薄膜超伝導導波管
304 量子ビット
305 薄膜超伝導導波管
306 量子ビット
307 薄膜超伝導導波管
308 量子ビット
309 薄膜超伝導導波管
310 調整量子デバイス
311 DC-SQUID
312 結合器要素
313 DC-SQUID
314 グラウンド接続
315 DC-SQUID
317 DC-SQUID
320 読出しデバイス
Claims (18)
- 複数の共面導波管の磁束量子ビットと、
前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットが、量子コンピュータデバイスの前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの他の共面導波管の磁束量子ビットと動作可能に結合することができるように配置された少なくとも1つの結合器要素と、
前記複数の共面導波管の磁束量子ビットの第1の共面導波管の磁束量子ビット、および前記複数の共面導波管の磁束量子ビットの第2の共面導波管の磁束量子ビットと電気接触している調整量子デバイスとを備える、量子コンピュータデバイス。 - 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットが、(a)量子ビット量子デバイス、および(b)前記量子ビット量子デバイスと並列に電気的に結合された細長い薄膜超伝導体導波管を備える、請求項1に記載の量子コンピュータデバイス。
- それぞれの結合器要素が、2つの異なる共面導波管の磁束量子ビットを動作可能に結合するように配置されている、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- それぞれの結合器要素が、前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのうち1つの共面導波管の磁束量子ビットの細長い薄膜超伝導体導波管を、前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのうち別の共面導波管の磁束量子ビットの細長い薄膜超伝導体導波管に動作可能に結合するように配置されている、請求項3に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記調整量子デバイスが超伝導量子干渉デバイス(SQUID)である、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記SQUIDがDC-SQUIDである、請求項5に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記SQUIDの第1の端が、前記量子ビット量子デバイスと前記第1の共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜導波管との間の前記第1の共面導波管の磁束量子ビットと電気接触しており、前記SQUIDの第2の端が、前記量子ビット量子デバイスと前記第2の共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜導波管との間の前記第2の共面導波管の磁束量子ビットと電気接触している、請求項5に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記細長い薄膜超伝導体導波管の第1の端が前記量子ビット量子デバイスと電気接触しており、前記細長い薄膜超伝導体導波管の第2の端が共面接地面と電気接触している、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記薄膜超伝導体導波管の第1の細長い面と第2の逆向きの細長い面が、前記共面接地面に対して間隔を空けて同一の広がりをもつ、請求項8に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記調整量子デバイスについて、前記調整量子デバイスの第1の端が、前記量子ビット量子デバイスと前記第1の共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜導波管との間の前記第1の共面導波管の磁束量子ビットと電気接触しており、前記調整量子デバイスの第2の端が、前記量子ビット量子デバイスと前記第2の共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜導波管との間の第2の磁束量子ビットと電気接触している、請求項9に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記調整量子デバイスおよび前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの量子ビット量子デバイスが、超伝導量子干渉デバイス(SQUID)を備える、請求項10に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記量子ビット量子デバイスが超伝導量子干渉デバイス(SQUID)を備える、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記SQUIDがDC-SQUIDである、請求項12に記載の量子コンピュータデバイス。
- それぞれの結合器要素が薄膜超伝導体を備え、それぞれの結合器要素について、前記薄膜超伝導体が、前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのうち第1のものの対応する第1の細長い薄膜超伝導体導波管と、前記共面導波管の磁束量子ビットのうち第2のものの対応する第2の細長い薄膜超伝導体導波管とから間隔を空けており、第1の対応する細長い薄膜超伝導体導波管と第2の対応する細長い薄膜超伝導体導波管との間の電磁結合を可能にする、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜超伝導体導波管に動作可能に結合可能な対応する量子ビット読出しデバイスをさらに備える、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビットのそれぞれの共面導波管の磁束量子ビットについて、前記対応する量子ビット読出しデバイスが、前記共面導波管の磁束量子ビットの前記細長い薄膜超伝導体導波管の面から間隔を空けた蛇行する薄膜超伝導体を備え、前記量子ビット読出しデバイスと前記細長い薄膜超伝導体導波管との間の電磁結合を可能にする、請求項15に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記複数の共面導波管の磁束量子ビット、前記少なくとも1つの結合器、および前記調整量子デバイスが、誘電体基板上に配置されている、請求項2に記載の量子コンピュータデバイス。
- 前記量子コンピュータデバイスが、i=1 ... N、j=1 ... Nについて、次式のハミルトニアンによって表され、
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