JP2023538511A - 無線周波数（ｒｆ）‐直流（ｄｃ）コンバータ、およびバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ｑｓｇ） - Google Patents

無線周波数（ｒｆ）‐直流（ｄｃ）コンバータ、およびバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ｑｓｇ） Download PDF

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Abstract

無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータが提供される。ＤＣ電流がコンバータのＤＣ入力ポートを介して印加されたとき、ＤＣ電流は、コンバータのジョセフソン接合（ＪＪ）を通じて接地にシャントされ、コンバータの抵抗器を通じて流れるＤＣ電流は実質的になく、ＲＦ電流がコンバータのＲＦ入力ポートを介して印加されたとき、ＲＦ電流周波数に反比例するパルス間空間を有するＲＦ‐ＤＣコンバータのＤＣ‐ＳＦＱコンバータからのＳＦＱ電流パルスの出力列は、ＪＪに、ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングして、ＲＦ周波数に線形的に依存するＪＪにわたる定常状態電圧を生成させる。

Description

本発明の現在主張されている実施形態は、量子計算に関し、より具体的には、無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータならびにバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）と、それらを使用した量子機械システムとに関する。
速い磁束バイアスパルスの適用は、従来、多数のデジタル‐アナログコンバータ（ＤＡＣ）ビットと、バイアス抵抗器のジョンソン雑音とによってセットされたパルス振幅の精度で、電流を温度Ｔ＝４Ｋ抵抗器に駆動する、室温のギガサンプル／秒（ＧＳ／ｓ）のＤＡＣによって実現されてきた。しかしながら、この方法は、意図されたデバイス（被試験デバイス‐ＤＵＴ）に到達する前に、電流パルスが複数の温度段階とフィルタリングとを通過しなければならないので、大きいパルス形状の歪みに悩まされる。加えて、正確なパルスの高さを達成するために、比較的大きい計数を有する電圧ＤＡＣが必要である。さらに、複数ｎ個のデバイスをバイアスするのに必要な配線は、複数のデバイスの数ｎに応じて線形的にスケーリングされる。したがって、デバイス（ＤＵＴ）に直接印加されること、または、相互インダクタのペアを介して磁束として結合されることのいずれかができる速い電流パルスを生成するための新しい方法またはシステムを提供することが望ましい。
加えて、静的磁束バイアスの超伝導回路への印加は、冷めた抵抗器（例えば、約４Ｋの温度Ｔの）への電圧の印加を介して主に実行されており、これは、次いで、デバイス（ＤＵＴ）に相互に結合された１次インダクタンスループに電流を駆動する。室温配線および電圧源オーバーヘッドの観点でのこのアプローチのスケーリングは、磁束バイアスを希望するデバイス（ＤＵＴ）の数において線形である。表面コードなどのコンピューティングパラダイムの実装を介して量子利点を実証するために必要な数千個ではなくても数百個の物理デバイス（例えば、キュビット）を収容するのに必要な熱負荷および物理空間は、維持することができない（ｕｎｔｅｎａｂｌｅ）。したがって、バイポーラ磁束バイアス電流を生成するための新しい方法またはシステムを提供し、その結果、デバイスの数を室温の制御ラインにスケーリングすることが、クライオスタット（ｃｒｙｏｓｔａｔ）の任意の段階で最小からゼロの動的熱負荷を達成しながら、改善されることもまた望ましい。
本発明の態様は、直流（ＤＣ）入力ポートと、無線周波数（ＲＦ）入力ポートと、ＲＦ入力ポートに接続された直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）コンバータとを含む無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータを提供しており、ＤＣ‐ＳＦＱコンバータは、ＲＦ電流をＳＦＱ電流パルスに変換するように構成されている。コンバータはさらに、第１の誘導線を介してＤＣ入力ポートに且つ第２の誘導線を介してＤＣ‐ＳＦＱコンバータに接続されるとともに接地に接続されたジョセフソン接合（ＪＪ）と、ジョセフソン接合に接続されるとともに第３の誘導線を介してＤＣ入力ポートに接続された抵抗器とを含む。動作中には、ＤＣ電流がＤＣ入力ポートを介して印加されたとき、ＤＣ電流はＪＪを通じて接地にシャントされ、抵抗器を通じて流れるＤＣ電流は実質的になく、ＲＦ電流がＲＦ入力ポートを介して印加されたとき、ＲＦ電流周波数に反比例するパルス間空間を有するＤＣ‐ＳＦＱコンバータからのＳＦＱ電流パルスの出力列は、ジョセフソン接合（ＪＪ）に、ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングすることで、ＲＦ周波数に線形的に依存するジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧を生成することを実行させ、その結果、抵抗器を通じて流れる電流は、ＲＦ電流のＲＦ周波数に直接依存する。
実施形態において、コンバータはさらに、第１の誘導線を介してＤＣ入力ポートに且つ第２の誘導線を通じてＤＣ‐ＳＦＱコンバータを介してＲＦ入力ポートに接続されるとともに接地に接続された複数のジョセフソン接合を含む。複数のジョセフソン接合は、ＲＦ電流がＲＦ入力ポートを介して印加されたときに、ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングして、ＲＦ周波数に線形的に依存する複数のジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧を生成するように構成されており、その結果、抵抗器を通じて流れる電流は、ＲＦ電流のＲＦ周波数に直接依存する。
実施形態において、ジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧（Ｖ）は、次の等式Ｖ＝Φ０×ｆｃｌｋに従ってＲＦ周波数（ｆｃｌｋ）に比例しており、ここで、Φ０は、超伝導磁束量子である。
本発明のさらなる態様は、上記の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータを含む量子機械システムを提供する。実施形態において、量子機械システムはさらに、抵抗器に接続された少なくとも１つの量子機械デバイスを含む。実施形態において、当該１または複数のデバイスは、例えば、キュビット、超伝導量子干渉デバイス、または非量子機械デバイスを含む。
実施形態において、量子機械システムはさらに、入力ポートと出力ポートとを有する高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラを含む。ＲＳＦＱパルスダブラの出力ポートはＤＣ‐ＳＦＱコンバータの入力ポートに接続されており、ＲＳＦＱパルスダブラは、ＤＣ‐ＳＦＱコンバータの入力ポートを通じてＳＦＱパルス電流入力を生成するように構成されている。
実施形態において、ＲＳＦＱパルスダブラは、ＲＳＦＱパルスダブラの入力ポートにおいて入力された単一無線周波数電流パルスから、ＲＳＦＱパルスダブラの出力ポートにおける印加されたＳＦＱパルスの２倍のレートで、複数の電流パルスを生成し、これにより、コンバータにわたりより大きい電圧を生成するように構成されている。
実施形態において、量子機械システムはさらに、直列に接続された高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラのｍ個の段階を含む。ＲＳＦＱパルスダブラのｍ個の段階は、次の式、Ｉ＝２ｍ×Φ０×ｆｃｌｋ／Ｒによって与えられたＲＦ電流（Ｉ）を生成するように構成されており、ここでΦ０は超伝導磁束量子であり、ｆｃｌｋはＲＦ電流のＲＦ周波数であり、Ｒは抵抗器の抵抗値である。
実施形態において、量子機械システムは、複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータと、複数の量子機械デバイスとを含み、複数の量子機械デバイスの各々は、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータのうち対応するものに接続されている。複数のＲＦ‐ＤＣコンバータはアドレス指定可能であり、その結果、ＲＦ電流から生成されたＳＦＱパルスは、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータ内の所望のコンバータにルーティングされる。
実施形態において、量子機械システムはさらに、直流（ＤＣ）および無線周波数（ＲＦ）電流を受け取るように構成された入力ポートと、複数のアドレスラインとを含み、各アドレスラインは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）を有しており、第１のアドレスラインにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は入力ポートに接続されている。複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ内の各コンバータは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）のうち対応するものに接続されている。
実施形態において、第１のアドレスラインにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は、第２のアドレスラインにおける２つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）に接続されており、２つのデマルチプレクサの各々は、少なくとも２つの無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータに接続されている。
本発明の別の態様は、少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第１の入力ポートと、少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第２の入力ポートとを含むバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）を提供する。ＱＳＧはさらに、第１の入力ポートに接続された第１のジョセフソン接合（ＪＪ）ならびに第２の入力ポートに接続された第２のジョセフソン接合（ＪＪ）（ここで、第１のおよび第２のジョセフソン接合はさらに接地に接続されている）と、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合に接続されたインダクタ（Ｌｑ）とを含んでいる。インダクタ（Ｌｑ）と第１のおよび第２のジョセフソン接合（ＪＪ）とは、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ループを形成する。動作中に、第１のジョセフソン接合と第２のジョセフソン接合とインダクタ（Ｌｑ）とによって形成されたストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、第１の入力ポートを通じて入力された少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルス、または、第２の入力ポートを通じて入力された少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスにそれぞれ基づいて徐々に増加または減少する。
実施形態において、ストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、次の等式、ΔＩ＝Φ０／Ｌｑによって与えられた電流インクリメントΔＩによって増加または減少し、ここで、Φ０は超伝導磁束量子であり、Ｌｑはインダクタ（Ｌｑ）のインダクタンス値である。
実施形態において、ＱＳＧはさらに、第１のジョセフソン接合（ＪＪ）、第２のジョセフソン接合（ＪＪ）、およびインダクタ（Ｌｑ）に接続された第３の入力ポートを含み、当該第３の入力ポートは、バイアス直流電流（ＤＣ）をストレージループに入力して、第１のおよび第２のジョセフソン接合を電気的にバイアスするように構成されており、その結果、第１のおよび第２のジョセフソン接合は、パルスがそれらのそれぞれの入力に印加されたときにパルスを生成する。
実施形態において、ＳＱＵＩＤループのスクリーニングパラメータβＬは、ＳＱＵＩＤループ内の第１のおよび第２のジョセフソン接合の臨界電流Ｉと、第１のおよび第２のジョセフソン接合を接続しているインダクタのインダクタンス値とに依存している。
実施形態において、ＱＳＧはさらに、第１の誘導線を介して第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および第１の入力ポートに接続された第３のジョセフソン接合（ＪＪ）と、第２の誘導線を介して第２のジョセフソン接合（ＪＪ）および第２の入力ポートに接続された第４のジョセフソン接合（ＪＪ）とを含む。第１のジョセフソン接合（ＪＪ）と第３のジョセフソン接合（ＪＪ）とは第１のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）を形成し、第２のジョセフソン接合（ＪＪ）と第４のジョセフソン接合（ＪＪ）とは第２のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）を形成する。
本発明のさらに別の態様は、上記ＱＳＧを含む量子機械システムを提供する。実施形態において、量子機械システムはさらに、複数のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）と、複数の量子機械デバイスとを含み、当該複数の量子機械デバイスの各々は、複数のＱＳＧのうち対応するものに誘導結合されている。複数のＱＳＧは、入力されたＳＦＱパルスが複数のＱＳＧ内の所望のＱＳＧにルーティングされるように、アドレス指定可能である。
実施形態において、量子機械システムはさらに、直流（ＤＣ）および単一磁束量子（ＳＦＱ）無線周波数電流を受け取るように構成された入力ポートと、複数のアドレスラインとを含み、各アドレスラインは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）を有しており、第１のアドレスラインにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は入力ポートに接続されている。各ＱＳＧは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）のうち対応するものに接続されている。
本開示だけでなく、構造の関連要素の動作方法および機能ならびに部品の組み合わせと、製造の経済性とは、添付図面を参照して以下の説明および添付の特許請求の範囲を考慮してより明らかになり、そのすべては本明細書の一部を形成し、ここで、同様の参照符号は様々な図面において対応する部分を指定する。しかしながら、複数の図面は例示および説明目的のみであって、本発明の限定の定義として意図されるものでないことは、明確に理解されるべきである。
本発明の実施形態に係る無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータの概略電子回路である。
本発明の実施形態に係る、異なる駆動周波数（示された周波数は、５ＧＨｚ、７ＧＨｚ、９ＧＨｚ、１１ＧＨｚ、１３ＧＨｚ、および１５ＧＨｚである）に対する２０個のＪＪ（例えば、給電ジョセフソン伝送線‐ＦＪＴＬ）のシミュレーション（例えば、ＷＲＳｐｉｃｅを使用した）の結果として得られる電流‐電圧のプロットである。
本発明の実施形態に係る、ＲＦ駆動周波数の関数として、１３０ｐＨのインダクタと２０個のＪＪ ＦＪＴＬからの０．１の抵抗器との直列組み合わせを通じて駆動された電流の動的シミュレーション（例えば、ＷＲＳｐｉｃｅを使用した）から得られた出力抵抗電流（μＡ単位）対時間（ｎｓ単位）のプロットである。
本発明の実施形態に係る、図１に示されたＲＦ‐ＤＣコンバータを含む量子機械システムのブロック図である。
例示的な従来の高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラの概略電子回路である。
本発明の実施形態に係る、５つのカスケード接続されたＲＳＦＱパルスダブラの直列アレイに入力された単一パルスと、ＲＳＦＱパルスダブラによって出力された複数のパルスとのプロットである。
本発明の実施形態に従って、単一ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１０６が、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータを介して複数のデバイス（ＤＵＴ）に、制御可能に速い磁束バイアスをどのように提供できるかを図示した模式図である。
本発明の実施形態に係るバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）の概略電子回路である。
本発明の実施形態に係る、図８に示されたバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）の動的シミュレーションを示す。 本発明の実施形態に係る、図８に示されたバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）の動的シミュレーションを示す。 本発明の実施形態に係る、図８に示されたバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）の動的シミュレーションを示す。 本発明の実施形態に係る、図８に示されたバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）の動的シミュレーションを示す。
本発明の実施形態に係る、図８に示されたＱＳＧを使用した量子機械システムの模式図である。
図１は、本発明の実施形態に係る無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータの概略電子回路である。無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ１００は、直流（ＤＣ）入力ポート１０２と、無線周波数（ＲＦ）入力ポート１０４とを含む。コンバータ１００はまた、ＲＦ入力ポート１０４に接続された直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）（ＤＣ／ＳＦＱ）コンバータ１０６を含む。ＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１０６は、ＲＦ電流をＳＦＱ電流パルスに変換するように構成されている。無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ１００はまた、第１の誘導線１１０を介してＤＣ入力ポート１０２に且つ第２の誘導線１１２を介してＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１０６に接続されるとともに接地１１６に接続されたジョセフソン接合（ＪＪ）１０８Ａを含む。コンバータ１００はまた、第３の誘導線１２０を介してジョセフソン接合（ＪＪ）１０８ＡとＤＣ入力ポート１０２とに接続された抵抗器１１８を含む。
動作中には、ＤＣ電流がＤＣ入力ポート１０２を介して印加されたとき、ＤＣ電流はＪＪ１０８Ａを通じて接地１１６にシャントされ、抵抗器１１８を通じて流れるＤＣ電流は実質的になく、ＲＦ電流がＲＦ入力ポート１０４を介して印加されたとき、ＲＦ電流周波数に反比例するパルス間空間を有するＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１０６からのＳＦＱ電流パルスの出力列は、ジョセフソン接合（ＪＪ）１０８Ａに、ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングすることで、ＲＦ周波数に線形的に依存するジョセフソン接合（ＪＪ）１０８Ａにわたる定常状態電圧を生成することを実行させ、その結果、抵抗器１１８を通じて流れる電流は、ＲＦ電流のＲＦ周波数に直接依存する。
実施形態において、コンバータ１００はさらに、第１の誘導線１１０を介してＤＣ入力ポート１０２に且つ第２の誘導線１１２を通じてＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１０６を介してＲＦ入力ポート１０４に接続されるとともに接地１１６に接続された複数のジョセフソン接合１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄを含む。４つのジョセフソン接合が図１に図示されているが、任意の数の、例えば、２つ、３つ、またはより多くのジョセフソン接合が使用できることが理解できる。複数のジョセフソン接合１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄは、ＲＦ電流がＲＦ入力ポート１０４を介して印加されたときに、ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングして、ＲＦ周波数に線形的に依存する複数のジョセフソン接合（ＪＪ）１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄにわたる定常状態電圧を生成するように構成されており、その結果、抵抗器１１８を通じて流れる電流は、ＲＦ電流のＲＦ周波数に直接依存する。ＦＪＴＬにおいて使用されるＪＪが多いほど、ＦＪＴＬが供給できる、ＲＦによって駆動されていた電流の量が多くなるということを留意する価値があり得る。
図１に示されたように、大域的バイアス電流がＤＣ入力ポート１０２に印加されたとき、電流はＪＪ１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃおよび１０８Ｄを通じて接地に完全にシャントされ（上向き矢印）、抵抗性パス（すなわち、抵抗１１８）を通じてデバイス（ＤＵＴ）（図示せず）に向けて流れる電流はない（下向き矢印）。ＲＦ電流がＲＦ入力ポート１０４において印加されたとき、ＪＪ１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃおよび１０８Ｄは、印加されたＲＦトーンの周波数と同等なレートでスイッチングすることを開始し、駆動周波数に線形的に依存する定常状態電圧を展開する。ＦＪＴＬは、ジョセフソン接合（ＪＪ）１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄにわたって、次の等式に従ってＲＦ周波数（ｆｃｌｋ）に比例する定常状態ＤＣ電圧（Ｖ）を展開する。
Ｖ＝Φ０×ｆｃｌｋ
ここで、Φ０は、超伝導磁束量子である。
この電圧は、次いで、抵抗器１１８を通じて電流を駆動し、ここで、電流の大きさは、オームの法則Ｉ＝Ｖ／Ｒ＝Φ０×ｆｃｌｋ／Ｒによって与えられる。したがって、最後の関係は、この回路がＤＣ電流コンバータに対する真のＲＦ周波数であることを示しており、ここで、線形スケーリングが、磁束量子およびシャント抵抗によってセットされている。
図２は、本発明の実施形態に係る、異なる駆動周波数（示された周波数は、５ＧＨｚ、７ＧＨｚ、９ＧＨｚ、１１ＧＨｚ、１３ＧＨｚ、および１５ＧＨｚである）に対する２０個のＪＪ（例えば、給電ジョセフソン伝送線‐ＦＪＴＬ）のシミュレーション（例えば、ＷＲＳｐｉｃｅを使用した）の結果として得られる電流‐電圧のプロットである。実施形態において、すべてのＪＪは２５０μＡの臨界電流を有しており、結果として５ｍＡの回路の総計の臨界電流をもたらす。図２は、すべての印加された周波数のＦＪＴＬに対して約１．５ｍＡの印加されたＤＣバイアスにおいて開始されるシャピロステップを示す。例えば約３．５ｍＡの電流において大域的にバイアスされたとき、ＦＪＴＬは、最大約１．５ｍＡの電流を供給またはシンクして、動作可能なまま維持されることができる。ＦＪＴＬにわたって展開された電圧は、広い範囲の大域的バイアス電流に対して極めて安定している。
図３は、本発明の実施形態に係る、ＲＦ駆動周波数の関数として、１３０ｐＨのインダクタと２０個のＪＪ ＦＪＴＬからの０．１の抵抗器との直列組み合わせを通じて駆動された電流の動的シミュレーション（例えば、ＷＲＳｐｉｃｅを使用した）から得られた出力抵抗電流（μＡ単位）対時間（ｎｓ単位）のプロットである。ＷＲＳｐｉｃｅは、Ｗｈｉｔｅｌｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄが作り出した回路シミュレーションおよび分析ツールである。時点ｔ＝０ｎｓにおいて、５ＧＨｚのＲＦ電流は、ｄｃ／ＳＦＱコンバータ１０６に印加される。コンバータ１０６からの出力パルスは、次いで、２０個のＪＪを有するＦＪＴＬに供給される。ＦＪＴＬは電圧を（５ＧＨｚで、この電圧は約１０μＶである）展開し、これは、次いで、ｔ＝Ｌ／Ｒ＝１．３ｎｓの特性時間で抵抗器１１８を通じて電流を駆動する。時点ｔ＝５０ｎｓにおいて、ＲＦ入力ポート１０４を通じたＲＦ駆動周波数入力は１０ＧＨｚに変更され、抵抗器１１８を通じた駆動された、結果として得られる電流は、２倍にされる。最終的に、時点ｔ＝１００ｎｓにおいて、ＲＦ駆動周波数は再び５ＧＨｚにセットされ、結果として、抵抗器１１８を通じて駆動された電流が元の１００μＡの値に戻る。
図４は、本発明の実施形態に係る、ＲＦ‐ＤＣコンバータ１００を含む量子機械システム２００のブロック図である。量子機械システム２００は、例えば、１または複数のジョセフソン接合ＪＪ１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄが提供され得るＲＦ‐ＤＣコンバータ１００を含む。実施形態において、量子機械システム２００はまた、ＲＦ‐ＤＣコンバータ１００の抵抗器１１８に接続された少なくとも１つの量子機械デバイス２０２を含む。実施形態において、１または複数のデバイス２０２は、キュビット、超伝導量子干渉デバイス、または、例えばトランジスタもしくは他の回路などの非量子機械デバイスのうちの少なくとも１つを含む。
実施形態において、ＦＪＴＬの動作電圧を増加することが可能であることが有益であり得る。動作電圧を増加させるために、量子機械システム２００は、１または複数の高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラ段階２０４を含み得る。１または複数のＲＳＦＱパルスダブラ段階２０４は、ＲＦ‐ＤＣコンバータ１００に先立って提供され、これにより、動作電圧において２ｍの利得の増加を達成することができ、ここで、ｍはＲＳＦＱパルスダブラ段階の数である。
図５は、例示的な従来の高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラ２０４の概略電子回路である。ＲＳＦＱパルスダブラ２０４は、入力ポート５０２と出力ポート５０４とを有する。ＲＳＦＱパルスダブラ２０４の出力ポート５０４は、ＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１００の入力ポート１０４に接続されている。ＲＳＦＱパルスダブラ２０４は、ＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１００の入力ポート１０４を通じて、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルス電流入力を生成するように構成されている。しかしながら、他のタイプのＲＳＦＱパルスダブラを使用することもできる。
図６は、本発明の実施形態に係る、ＲＳＦＱパルスダブラ２０４に入力された単一パルスと、ＲＳＦＱパルスダブラ２０４によって出力された複数のパルスとのプロットである。
実施形態において、ＲＳＦＱパルスダブラ２０４は、ＲＳＦＱパルスダブラ２０４の入力ポートにおいて入力された単一無線周波数電流パルス６０２から、ＲＳＦＱパルスダブラ２０４の出力ポートにおける印加されたＳＦＱパルスの２倍のレートで、複数の電流パルス６０４を生成し、これにより、コンバータ１００にわたるより大きい電圧を生成するように構成されている。
実施形態において、直列に接続された高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラ２０４のｍ個の段階が使用できる。例えば、図６は、直列に５回カスケード接続された図５に示されたＲＳＦＱパルスダブラ２０４の（例えば、ＷＲＳｐｉｃｅを使用した）シミュレーションの結果を示す。ＲＳＦＱパルスダブラ２０４のｍ個の段階は、次の式によって与えられたＲＦ電流（Ｉ）を生成するように構成されることができる。
Ｉ＝２ｍ×Φ０×ｆｃｌｋ／Ｒ
ここで、Φ０は超伝導磁束量子であり、ｆｃｌｋはＲＦ電流のＲＦ周波数であり、Ｒは抵抗器の抵抗値である。
実施形態において、入力パルスが入力ポート５０２に到達したとき、ジョセフソン接合Ｊ１とＪ２は順次スイッチングする。Ｊ２からのＳＦＱパルスは、ジョセフソン接合Ｊ４とＪ５とから形成された上部パスと、ジョセフソン接合Ｊ２とＪ３とから形成された下部分岐との間において分割される。下部分岐におけるシャント抵抗Ｒｓは、ジョセフソン接合Ｊ３において任意のスイッチングアクションを遅延させている下部分岐内の電流のＬ／Ｒ上昇時間をセットする。上部分岐パルスは、ジョセフソン接合Ｊ３とＪ４とに電流を駆動することも行いながら出力ポート５０４にパルスを供給しているジョセフソン接合Ｊ５をスイッチングする。ジョセフソン接合Ｊ２のスイッチングからの遅延された電流からのそれとともに、この追加電流は、ジョセフソン接合Ｊ３を強制的にスイッチングさせて、出力において第２パルスを生成する。ジョセフソン接合Ｊ４は、ジョセフソン接合Ｊ２が２回スイッチングすることを防止する保護接合として行動する。直列に配置されたｍ個の段階の場合、ＲＦ‐ＤＣコンバータ１００によって駆動された、結果として得られる電流は、Ｉ＝２ｍ×Φ０×ｆｃｌｋ／Ｒである。この回路と、その動作とは、既存の文献からのものである。それは、問題であるか？
図７は、本発明の実施形態に従って、単一ｄｃ／ＳＦＱコンバータ１０６が、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータを介して複数のデバイス（ＤＵＴ）に、制御可能に速い磁束バイアスをどのように提供できるかを図示した模式図である。実施形態において、量子機械システム２００は、複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ１００を含む。量子機械システム２００は、複数のデバイスＤＵＴ（例えば、量子機械デバイス）２０２も含む。複数の量子機械デバイス２０２の各々は、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータ１００のうち対応するものに接続されている。複数のＲＦ‐ＤＣコンバータ１００はアドレス指定可能であり、その結果、ＤＣ‐ＳＦＱコンバータ１０６によってＲＦ電流から生成されたＳＦＱパルスは、複数のＲＦ‐ＤＣコンバータ（ＦＪＴＬ）１００内の所望のコンバータにルーティングされる。
実施形態において、量子機械システム２００はさらに、直流（ＤＣ）および無線周波数（ＲＦ）電流を受け取るように構成された入力ポート７０２と、複数のアドレスライン７０４とを含み、各アドレスライン７０４は、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）７０６を有している。第１のアドレスライン７０４Ａにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）７０６Ａは、ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１０６を介して入力ポート７０２に接続されている。複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ（ＦＪＴＬ）１００内の各コンバータは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）７０６のうち対応するものに接続されている。
実施形態において、第１のアドレスライン７０４Ａにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）７０６Ａは、第２のアドレスライン７０４Ｂにおける２つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）７０６に接続されており、２つのデマルチプレクサ７０６の各々は、少なくとも２つの無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ（ＦＪＴＬ）１００に接続されている。
したがって、実施形態において、多段階ＲＳＦＱパルス乗算器２０４と抵抗シャント型ＦＪＴＬ１００との直列組み合わせは、ＲＳＦＱ ＤＥＭＵＸツリーの端に配置されることができ、その結果、単一ｄｃ／ＳＦＱコンバータ源１０６は、多数のデバイス（ＤＵＴ）２０２を駆動することができる。図７に示されたように、単一ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１０６は、磁束がバイアスされた１：２ ＤＥＭＵＸ７０６の入力を駆動する。それぞれのアドレスライン７０４における電流の符号に応じて、ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１０６からの磁束パルスは、１：２ ＤＥＭＵＸ７０４の左または右のいずれかにルーティングされる。
図８は、本発明の実施形態に係るバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）８００の概略電子回路である。バイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）８００は、少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第１の入力ポート８０２と、少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第２の入力ポート８０４とを含む。ＱＳＧ８００はさらに、第１の入力ポート８０２に接続された第１のジョセフソン接合（ＪＪ）８０６と、第２の入力ポート８０４に接続された第２のジョセフソン接合（ＪＪ）８０８とを含む。第１のおよび第２のジョセフソン接合８０６、８０８はさらに、接地８０９に接続されている。ＱＳＧ８００はまた、第１のジョセフソン接合８０６と第２のジョセフソン接合８０８とに接続されたインダクタ（Ｌｑ）８１０を含む。インダクタ（Ｌｑ）８１０と第１のおよび第２のジョセフソン接合（ＪＪ）８０６および８０８とは、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ループを形成する。動作中に、第１のジョセフソン接合８０６と第２のジョセフソン接合８０８とインダクタ（Ｌｑ）８１０とによって形成されたストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、第１の入力ポート８０２を通じて入力された少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルス、または、第２の入力ポート８０４を通じて入力された少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスにそれぞれ基づいて徐々に増加または減少する。
実施形態において、ストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、次の等式
ΔＩ＝Φ０／Ｌｑ
によって与えられた電流インクリメントΔＩによって増加または減少し、ここで、Φ０は超伝導磁束量子であり、Ｌｑはインダクタ（Ｌｑ）のインダクタンス値である。
実施形態において、ＱＳＧ８００はまた、第１のジョセフソン接合（ＪＪ）８０６、第２のジョセフソン接合（ＪＪ）８０８およびインダクタ（Ｌｑ）８１０に接続された第３の入力ポート８１３を含む。第３の入力ポート８１３は、第１のおよび第２のジョセフソン接合８０６および８０８が、パルスがそれらのそれぞれの入力に対して印加されたときに、パルスを生成するように、バイアス直流電流（ＤＣ）をストレージループに入力し、第１のおよび第２のジョセフソン接合８０６および８０８を電気的にバイアスさせるように構成されている。
実施形態において、ＳＱＵＩＤループのスクリーニングパラメータβＬは、ＳＱＵＩＤループ内の第１のおよび第２のジョセフソン接合８０６および８０８の臨界電流Ｉと、第１のおよび第２のジョセフソン接合を接続しているインダクタのインダクタンス値とに依存している。
実施形態において、ＱＳＧ８００はさらに、第１の誘導線８１６を介して第１のジョセフソン接合（ＪＪ）８０６と第１の入力ポート８０２とに接続された第３のジョセフソン接合（ＪＪ）８１２を含む。ＱＳＧ８００はまた、第２の誘導線８１８を介して第２のジョセフソン接合（ＪＪ）８０８と第２の入力ポート８０４とに接続された第４のジョセフソン接合（ＪＪ）８１４を含む。第１のジョセフソン接合（ＪＪ）８０６と第３のジョセフソン接合（ＪＪ）８１２とは第１のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）８１９を形成し、第２のジョセフソン接合（ＪＪ）８０８と第４のジョセフソン接合（ＪＪ）８１４とは第２のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）８２０を形成する。
実施形態において、ＳＦＱパルスが第１の入力ポート"Ｉｎｃ"８０２に到達したとき、それは、接合Ｊ１ ８１２とＪ２ ８０６とをスイッチングすることをトリガし、Ｌｑ８１０を通じてＪ２ ８０６から流れる循環電流（左から右への矢印）をセットアップする。ユーザは、第２の入力ポート「Ｄｅｃ」８０４から接合Ｊ３ ８０８とＪ４ ８１４とをトリガして、Ｌｑ８１０を通じてＪ３ ８０８から流れる電流を循環させ（右から左への矢印）、デバイスをリセットすることによって、この循環電流の設定を解除することができる。誘導値Ｌｑ（したがって、βｌ）は非常に大きいので、循環電流は、Ｊ３ ８０８またはＪ２ ８０６のいずれかの接合をオーバーバイアスまたはアンダーバイアスするのに十分大きくなく、複数のパルスが第１の入力ポート"Ｉｎｃ"８０２または第２の入力ポート「Ｄｅｃ」８０４のいずれかから連続して印加されることを可能にする。第１の入力ポート８０２または第２の入力ポート８０４からロードされたＳＦＱパルスはそれぞれ、ΔＩ＝Φ０／Ｌｑの単位でＬｑおよび接合Ｊ２ ８０６ならびにＪ３ ８０８によって形成されたストレージループにおける電流を増加または減少する。実施形態において、βＬは約１００に等しい。
したがって、それぞれ第１のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）８１９および第２のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）８２０の最後の段階ＪＪ（この場合、Ｊ２ ８０６およびＪ３ ８０８）と組み合わせたストレージインダクタＬｑは、例えば約１００に等しいβＬを有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を形成する。これは、いずれかのＪＴＬ（第１のＪＴＬ８１９または第２のＪＴＬ８２０）からロードできる多数の磁束量子の格納を可能にし、これは結果として、ステップサイズΔＩ＝Φ０／Ｌｑを有する電流Ｌｑの正確なインクリメントまたはデクリメントをもたらす。ユーザが決定したように適量の電流がＬｑに一度ロードされると、回路は、ループに永続的に格納された磁束でパワーダウンされることができる。実施形態において、ＱＳＧ８００は、Ｌｑの値に依存した循環電流の１００～１０００の磁束量子価値をサポートすることができ、したがって、０．０１～０．００１Φ０の順序で磁束バイアスにおける正確な段階を可能にする。
図９Ａ～９Ｄは、本発明の実施形態に係る、図８に示されたバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）８００の動的シミュレーションを示す。図９Ａに示されたようなパルスが第２の入力ポート「Ｄｅｃ」８０４の入力からロードされるにつれて、Ｌｑにおける電流Ｉ（Ｌｑ）は、図９Ｂに示されたように、量子化量のΦ０／Ｌｑで低下する。図９Ｃに示されたようなパルスが第１の入力ポート"Ｉｎｃ"８０２にロードされるにつれて、図９Ｄに示されたように、電流は、磁束パルスごとに同じ量子化量で増加する（左から右に上昇する階段状部分）。第１の入力ポート"Ｉｎｃ"８０２に印加されたＳＦＱパルスは、ループに格納された電流を量子化量だけ増加させる。１つの階段から次の階段への移行は、パルスが印加されると発生する。第２の入力ポート８０４に印加された図９Ｃに示されたＳＦＱパルスは、図９Ｄに示されたように、量子化インダクタンスＬｑに格納された電流を量子化量だけ低下させる（左から右に下降する階段状部分）。
図１０は、本発明の実施形態に係る、図８に示されたＱＳＧ８００を使用した量子機械システム１０００の模式図である。量子機械システム１０００は、バイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）８００を含む。実施形態において、量子機械システムは、複数のＱＳＧ８００を含む。実施形態において、量子機械システムはさらに、複数の量子機械デバイス１００２を含む。複数の量子機械デバイス１００２の各々は、例えばインダクタンス１００４を介して、複数のＱＳＧ８００のうち対応するものに誘導結合されている。複数のＱＳＧ８００は、ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１００６からの入力されたＳＦＱパルスが複数のＱＳＧ８００内の所望のＱＳＧにルーティングされるように、アドレス指定可能である。
実施形態において、量子機械システム１０００はさらに、直流（ＤＣ）および単一磁束量子（ＳＦＱ）無線周波数電流を受け取るように構成された入力ポート１００８を含む。量子機械システム１０００はさらに、複数のアドレスライン１０１０を含む。各アドレスライン１０１０は、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０１２を有する。第１のアドレスライン１０１０Ａにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０１２Ａは、入力ポート１００８に接続されている。各ＱＳＧ８００は、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１０１２のうち対応するものに接続されている。
実施形態において、単一ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１００６は、多数の異なるキュビット１００２に、バイポーラ磁束バイアスを提供することができる。アドレスライン１０１０上の電流の極性は、ＤＣ／ＳＦＱコンバータ１００６からのＳＦＱパルスが、１：２ ＤＥＭＵＸ１０１２の左の出力にルーティングされたかまたは右の出力にルーティングされたかを決定する。最終段階において、アドレスライン上の電流の極性は、パルスが対応するＱＳＧ８００の第１の入力ポート"Ｉｎｃ"８０２に供給されたかまたは第２の入力ポート「Ｄｅｃ」８０４に供給されたかを決定する。ＱＳＧ８００が超伝導キュビット（ＱＢ）１００２のＳＱＵＩＤループに結合されたとき、これは、正の磁束バイアスと負の磁束バイアスとの両方を提供することができる。アドレスラインの数を有するこのようなアーキテクチャにおいてバイアスされることが可能なデバイス（例えば、キュビット）の数におけるスケーリングは、２（ｎ－１）であり、ここでｎは、アドレスラインの数である。
現在のＱＳＧ８００を使用する１つの利点は、ゼロ静止電力散逸を用いてバイポーラ永久電流を生成する能力を提供することである。これにより、あらゆる温度段階においてクライオスタット内のバイアス回路を効率的にフラックスすることができる。加えて、ＤＥＭＵＸ制御信号の付加利益と組み合わせたとき、ＱＳＧは図１０に示されたＤＥＭＵＸ構成と一緒に、室温から使用された制御ラインの数が指数関数的に減少する１０００個のデバイス（例えば、キュビット）を有するＤＣ磁束バイアス量子プロセッサ（ＤＣ ｆｌｕｘ ｂｉａｓｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に拡張可能な（ｓｃａｌａｂｌｅ）パスを提供する。
本発明の様々な実施形態の説明は例示の目的で提示されてきたが、それらは、網羅的であることまたは開示された実施形態に限定されることを意図するものではない。説明される実施形態の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの修正および変形が、当業者には明らかであろう。本明細書において使用される専門用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術の実際の適用もしくはそれに対する技術的改善を最も良好に説明し、または、本明細書において開示される実施形態を他の当業者が理解することを可能にするように選択されている。

Claims (21)

  1. 直流（ＤＣ）入力ポートと、
    無線周波数（ＲＦ）入力ポートと、
    前記ＲＦ入力ポートに接続された直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）コンバータであって、前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータはＲＦ電流をＳＦＱ電流パルスに変換するように構成された、直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）コンバータと、
    第１の誘導線を介して前記ＤＣ入力ポートに且つ第２の誘導線を介して前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータに接続されるとともに接地に接続されたジョセフソン接合（ＪＪ）と、
    第３の誘導線を介して前記ジョセフソン接合に接続されるとともに前記ＤＣ入力ポートに接続された抵抗器と
    を備える無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータであって、
    動作中には、ＤＣ電流が前記ＤＣ入力ポートを介して印加されたとき、前記抵抗器を通じて流れるＤＣ電流はなく、ＲＦ周波数におけるＲＦ電流が前記ＲＦ入力ポートを介して印加されたとき、前記ＲＦ周波数に直接依存する電流が、前記ＪＪをスイッチングする前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータからの前記ＳＦＱ電流パルスに基づいて前記抵抗器を通じて流れる、
    無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ。
  2. 前記ＲＦ電流が前記ＲＦ入力ポートを介して印加されたとき、前記ＲＦ周波数に反比例するパルス間空間を有する前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータからのＳＦＱ電流パルスの出力列は、前記ジョセフソン接合（ＪＪ）に、前記ＲＦ電流の前記ＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングすることで、前記ＲＦ周波数に線形的に依存する前記ジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧を生成することを実行させる、請求項１に記載のコンバータ。
  3. 前記第１の誘導線を介して前記ＤＣ入力ポートに且つ前記第２の誘導線を通じて前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータを介して前記ＲＦ入力ポートに接続されるとともに接地に接続された複数のジョセフソン接合をさらに備え、
    前記複数のジョセフソン接合は、前記ＲＦ電流が前記ＲＦ入力ポートを介して印加されたときに、前記ＲＦ電流の前記ＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングして、前記ＲＦ周波数に線形的に依存する前記複数のジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧を生成するように構成されており、その結果、前記抵抗器を通じて流れる前記電流は、前記ＲＦ電流の前記ＲＦ周波数に直接依存する、請求項１または２に記載のコンバータ。
  4. 前記ジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧（Ｖ）は、次の等式
    Ｖ＝Φ０×ｆｃｌｋ
    に従って前記ＲＦ周波数（ｆｃｌｋ）に比例しており、Φ０は超伝導磁束量子である、請求項１から３のいずれか一項に記載のコンバータ。
  5. 直流（ＤＣ）入力ポートと、
    無線周波数（ＲＦ）入力ポートと、
    前記ＲＦ入力ポートに接続された直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）コンバータであって、前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータはＲＦ電流をＳＦＱ電流パルスに変換するように構成された、直流（ＤＣ）‐単一磁束量子（ＳＦＱ）コンバータと、
    第１の誘導線を介して前記ＤＣ入力ポートに且つ第２の誘導線を介して前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータに接続されるとともに接地に接続されたジョセフソン接合（ＪＪ）と、
    第３の誘導線を介して前記ジョセフソン接合に接続されるとともに前記ＤＣ入力ポートに接続された抵抗器と
    を有する無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータを備えた量子機械システムであって、
    動作中には、ＤＣ電流が前記ＤＣ入力ポートを介して印加されたとき、前記ＤＣ電流は前記ジョセフソン接合（ＪＪ）を通じて接地にシャントされ、前記抵抗器を通じて流れる電流は実質的になく、ＲＦ電流が前記ＲＦ入力ポートを介して印加されたとき、前記ジョセフソン接合（ＪＪ）は、前記ＲＦ電流のＲＦ周波数と同等なレートでスイッチングして、前記ＲＦ周波数に線形的に依存する前記ジョセフソン接合（ＪＪ）にわたる定常状態電圧を生成し、その結果、前記抵抗器を通じて流れる電流は、前記ＲＦ電流の前記ＲＦ周波数に直接依存する、量子機械システム。
  6. 前記抵抗器に接続された少なくとも１つの量子機械デバイスをさらに備える、請求項５に記載の量子機械システム。
  7. 前記少なくとも１つの量子機械デバイスは、キュビット、超伝導量子干渉デバイス、または非量子機械デバイスのうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の量子機械システム。
  8. 入力ポートと出力ポートとを有する高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラをさらに備え、
    前記ＲＳＦＱパルスダブラの前記出力ポートは前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータの入力ポートに接続されており、前記ＲＳＦＱパルスダブラは、前記ＤＣ‐ＳＦＱコンバータの前記入力ポートを通じてＳＦＱパルス電流入力を生成するように構成された、請求項５から７のいずれか一項に記載の量子機械システム。
  9. 前記ＲＳＦＱパルスダブラは、ＲＳＦＱパルスダブラの前記入力ポートにおいて入力された単一無線周波数電流パルスから、前記ＲＳＦＱパルスダブラの前記出力ポートにおける印加されたＳＦＱパルスの２倍のレートで、複数の電流パルスを生成し、これにより、前記コンバータにわたりより大きい電圧を生成するように構成されている、請求項８に記載の量子機械システム。
  10. 直列に接続された前記高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）パルスダブラのｍ個の段階をさらに備え、
    前記ＲＳＦＱパルスダブラの前記ｍ個の段階は、次の式
    Ｉ＝２ｍ×Φ０×ｆｃｌｋ／Ｒ
    によって与えられた前記ＲＦ電流（Ｉ）を生成するように構成されており、Φ０は超伝導磁束量子であり、ｆｃｌｋは前記ＲＦ電流の前記ＲＦ周波数であり、Ｒは前記抵抗器の抵抗値である、請求項８または９に記載の量子機械システム。
  11. 複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータと、
    複数の量子機械デバイスであって、前記複数の量子機械デバイスの各々は前記複数のＲＦ‐ＤＣコンバータの対応するものに接続されている、複数の量子機械デバイスと
    をさらに備え、
    前記複数のＲＦ‐ＤＣコンバータはアドレス指定可能であり、その結果、前記ＲＦ電流から生成された前記ＳＦＱ電流パルスは、前記複数のＲＦ‐ＤＣコンバータ内の所望のコンバータにルーティングされる、前述の請求項５から１０のいずれか一項に記載の量子機械システム。
  12. 前記直流（ＤＣ）と前記無線周波数（ＲＦ）電流とを受け取るように構成された入力ポートと、
    複数のアドレスラインであって、各アドレスラインは少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）を有し、第１のアドレスラインにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は前記入力ポートに接続されている、複数のアドレスラインと
    をさらに備え、
    前記複数の無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータ内の各コンバータは、前記少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の対応するものに接続されている、請求項１１に記載の量子機械システム。
  13. 前記第１のアドレスラインにおける前記デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は、第２のアドレスラインにおける２つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）に接続されており、前記２つのデマルチプレクサの各々は、少なくとも２つの無線周波数（ＲＦ）‐直流（ＤＣ）コンバータに接続されている、請求項１２に記載の量子機械システム。
  14. 少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第１の入力ポートと、少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第２の入力ポートと、
    前記第１の入力ポートに接続された第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第２の入力ポートに接続された第２のジョセフソン接合（ＪＪ）であって、前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合は接地にさらに接続された、第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および第２のジョセフソン接合（ＪＪ）と、
    前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合に接続されたインダクタ（Ｌｑ）と
    を備えるバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）であって、
    前記インダクタ（Ｌｑ）と、前記第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第２のジョセフソン接合（ＪＪ）とは、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ループを形成し、動作中に、前記第１のジョセフソン接合と前記第２のジョセフソン接合と前記インダクタ（Ｌｑ）とによって形成されたストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、前記第１の入力ポートを通じて入力された前記少なくとも１つのインクリメント単一磁束量子パルス、または、前記第２の入力ポートを通じて入力された前記少なくとも１つのデクリメント単一磁束量子パルスにそれぞれ基づいて徐々に増加または減少する、バイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）。
  15. 前記ストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している前記電流は、次の等式
    ΔＩ＝Φ０／Ｌｑ
    によって与えられた電流インクリメントΔＩによって増加または減少し、Φ０は超伝導磁束量子であり、Ｌｑは前記インダクタ（Ｌｑ）のインダクタンス値である、請求項１４に記載のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）。
  16. 前記第１のジョセフソン接合（ＪＪ）、前記第２のジョセフソン接合（ＪＪ）、および前記インダクタ（Ｌｑ）に接続された第３の入力ポートをさらに備え、前記第３の入力ポートは、バイアス直流電流（ＤＣ）を前記ストレージＳＱＵＩＤループに入力して、前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合を電気的にバイアスするように構成されており、その結果、前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合は、パルスがそれらのそれぞれの入力に印加されたときにパルスを生成する、請求項１４または１５に記載のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）。
  17. 前記ＳＱＵＩＤループのスクリーニングパラメータβＬは、前記ＳＱＵＩＤループ内の前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合の臨界電流Ｉと、前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合に接続された前記インダクタのインダクタンス値とに依存している、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）。
  18. 第１の誘導線を介して前記第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第１の入力ポートに接続された第３のジョセフソン接合（ＪＪ）と、
    第２の誘導線を介して前記第２のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第２の入力ポートに接続された第４のジョセフソン接合（ＪＪ）と
    をさらに備え、
    前記第１のジョセフソン接合（ＪＪ）と前記第３のジョセフソン接合（ＪＪ）とは第１のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）を形成し、前記第２のジョセフソン接合（ＪＪ）と前記第４のジョセフソン接合（ＪＪ）とは第２のジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）を形成する、請求項１４から１７のいずれか一項に記載のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）。
  19. １または複数のインクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第１の入力ポートと、１または複数のデクリメント単一磁束量子パルスを受け取るように構成された第２の入力ポートと、
    前記第１の入力ポートに接続された第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第２の入力ポートに接続された第２のジョセフソン接合（ＪＪ）であって、前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合は接地にさらに接続された、第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および第２のジョセフソン接合（ＪＪ）と、
    前記第１のジョセフソン接合および前記第２のジョセフソン接合に接続されたインダクタ（Ｌｑ）と
    を有するバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）を備える量子機械システムであって、
    前記インダクタ（Ｌｑ）と前記第１のジョセフソン接合（ＪＪ）および前記第２のジョセフソン接合（ＪＪ）とは、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）ループを形成し、動作中に、前記第１のジョセフソン接合と前記第２のジョセフソン接合と前記インダクタ（Ｌｑ）とによって形成されたストレージＳＱＵＩＤループ内を循環している電流は、前記第１の入力ポートを通じて入力された前記１または複数のインクリメント単一磁束量子パルス、または、前記第２の入力ポートを通じて入力された前記１または複数のデクリメント単一磁束量子パルスにそれぞれ基づいて徐々に増加または減少する、量子機械システム。
  20. 複数のバイポーラ量子化超伝導電流生成器（ＱＳＧ）と、
    複数の量子機械デバイスであって、前記複数の量子機械デバイスの各々は、前記複数のＱＳＧのうち対応するものに誘導結合されている、複数の量子機械デバイスと
    をさらに備え、
    前記複数のＱＳＧは、入力されたＳＦＱパルスが前記複数のＱＳＧ内の所望のＱＳＧにルーティングされるように、アドレス指定可能である、請求項１９に記載の量子機械システム。
  21. 直流（ＤＣ）および単一磁束量子（ＳＦＱ）無線周波数電流を受け取るように構成された入力ポートと、
    各アドレスラインは、少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）を有しており、第１のアドレスラインにおけるデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は前記入力ポートに接続されている、複数のアドレスラインと
    をさらに備え、
    各ＱＳＧは、前記少なくとも１つのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）のうち対応するものに接続されている、請求項１９または２０に記載の量子機械システム。
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