JP2023544505A - 量子計算システム用tジョイントコネクタ - Google Patents
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Abstract
Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のフレックス回路基板を、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアに接続するために有用であり得る。Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のフレックス回路基板を含むことができる。1つまたは複数のフレックス回路基板のそれぞれは、1つまたは複数の信号線と、超電導材料を含む1つまたは複数のスプリング相互接続部とを含むことができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線に結合することができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線を、量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合するように構成することができる。超電導材料は、約3ケルビン未満の温度で超電導性であり得る。
Description
優先権の主張
[0001] 本出願は、2020年9月16日に出願された「T-Joint Connector for Quantum Computing Systems」という題名の米国仮出願第63/079,241号の優先権の利益を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
[0001] 本出願は、2020年9月16日に出願された「T-Joint Connector for Quantum Computing Systems」という題名の米国仮出願第63/079,241号の優先権の利益を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示は、一般に、量子計算システムに関し、より詳細には、量子計算システムで使用するためのTジョイントコネクタに関する。
[0003] 量子計算は、基礎状態の重ね合わせや量子もつれなどの量子効果を利用して、古典的なデジタルコンピュータよりも効率的に特定の計算を実行する計算方法である。ビット、例えば「1」または「0」の形態で情報を格納し、操作するデジタルコンピュータとは対照的に、量子計算システムは、量子ビット(quantum bits)(「量子ビット(qubits)」)を使用して情報を操作することができる。量子ビットは、複数の状態(例えば、「0」および「1」状態の両方におけるデータ)の重ね合わせを可能にする量子デバイス、および/または複数の状態におけるデータ自体の重ね合わせを指すことができる。従来の用語によれば、量子システムにおける「0」および「1」状態の重ね合わせは、例えば、
として表され得る。デジタルコンピュータの「0」および「1」状態は、それぞれ量子ビットの
基礎状態に類似している。
[0004] 本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載されるか、または説明から学ぶことができるか、または実施形態の実施を通じて学ぶことができる。
[0005] 本開示の1つの例示的態様は、1つまたは複数のフレックス回路基板を、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアに接続するためのTジョイントコネクタに関する。Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のフレックス回路基板を含むことができる。1つまたは複数のフレックス回路基板のそれぞれは、1つまたは複数の信号線と、超電導材料を含む1つまたは複数のスプリング相互接続部とを含むことができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線に結合することができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線を、量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合するように構成することができる。超電導材料は、約3ケルビン未満の温度で超電導性であり得る。
[0006] 本開示の別の例示的態様は、量子計算システムを動作させる方法に関する。本方法は、1つまたは複数の信号線に制御パルスを送信するステップを含むことができる。1つまたは複数の信号線は、1つまたは複数のフレックス回路基板内に配置することができる。本方法は、1つまたは複数の信号線によって、1つまたは複数のフレックス回路基板を介してTジョイントコネクタに制御パルスを送信するステップを含むことができる。本方法は、Tジョイントコネクタを介して、量子ハードウェアを含む量子基板に制御パルスを送信するステップを含むことができる。本方法は、量子ハードウェアにより、制御パルスを印加して、制御パルスに少なくとも部分的に基づく少なくとも1つの量子動作を実施するステップを含むことができる。
[0007] 本開示の別の例示的態様は、量子計算システムに関する。量子計算システムは、1つまたは複数の古典的プロセッサを含むことができる。量子計算システムは、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアを含むことができる。量子計算システムは、量子ハードウェアを支持するように構成されたチャンバマウントを含むことができる。量子計算システムは、チャンバマウントを受け入れ、量子ハードウェアを真空中に配置するように構成された真空チャンバを含むことができる。真空チャンバは、真空チャンバの端部から量子ハードウェアまでの冷却勾配を形成することができる。量子計算システムは、1つまたは複数の信号線を含む複数のフレックス回路基板を含むことができる。複数のフレックス回路基板のそれぞれは、真空チャンバを介して1つまたは複数の信号線によって信号を送信するように構成することができる。量子計算システムは、複数のフレックス回路基板を量子ハードウェアに結合するように構成されたTジョイントコネクタを含むことができる。Tジョイントコネクタは、超電導材料を含む1つまたは複数のスプリング相互接続部を含むことができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線に結合することができる。1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数の信号線を、量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合するように構成することができる。超電導材料は、約3ケルビン未満の温度で超電導性であり得る。
[0008] 本開示の他の態様は、様々なシステム、装置、非一時的なコンピュータ可読媒体、ユーザインターフェース、および電子デバイスに関する。
[0009] 本開示の様々な実施形態のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより、よりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本開示の例示的実施形態を示し、説明と共に、関連する原理を説明するのに役立つ。
[0010] 当業者を対象とした実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照する明細書に記載されている。
[0021] 本開示の例示的態様は、改善された信号送信を有する量子計算システムにおいて有用なTジョイントコネクタなどのTジョイントコネクタに関する。量子計算における1つの課題は、量子ハードウェア(例えば、量子ビット)を含む過冷却量子システムと、古典的計算システム(例えば、バイナリ計算システム)との間の通信に関する。量子計算システムは、古典的計算システムによって少なくとも部分的に制御することができる。古典的計算システムは、量子ハードウェアから分離したままにすることができる。例えば、量子ハードウェアは、真空チャンバ内(例えば、真空チャンバによって形成される真空内)に配置することができ、および/または、古典的計算システムは、真空チャンバの外側(例えば、真空チャンバによって形成される真空の外側)に配置することができる。真空チャンバは、ほぼ室温で動作することができる古典的計算システムと、ほぼ絶対零度(例えば、約10ミリケルビン未満)で動作することができる量子ハードウェアとの間の温度勾配を提供することができる。
[0022] 量子計算システムは、量子ゲート操作および/または量子状態測定を正確かつ確実に実施するために、古典的計算システムと量子システム(例えば、量子ビット)との間の高速かつ堅牢な通信を必要とし得る。この要件に対処するために、多くのシステムは、古典的計算システムと量子システムとの間に、ワイヤなどの物理的信号線を採用する。
[0023] 量子ハードウェアの複雑さの増加(例えば、量子ビットの数の増加)は、古典的計算システムと量子ハードウェアとの間の物理的信号線を管理することに伴う課題を提示する可能性がある。例えば、いくつかの場合において、各量子ビットは、量子ビットへおよび/または量子ビットから信号を送信するために、1つまたは複数の信号線を必要とし得る。例えば、必要な信号線の数は、量子システム内の量子ビットの数と共に、線形より大きくないとしても、少なくともほぼ線形に増加し得る。例えば、いくつかの場合において、信号線の一部または全部が多重化されている場合であっても、各量子ビットに対して4つの信号線が必要とされ得る。したがって、量子ハードウェアの密度の増加は、信号線と、量子ハードウェア、真空チャンバの端部(例えば、入口)、異なる冷却ステージのためのフィードスルー、および/または他の構成要素などの量子計算システムの構成要素との間に必要とされる信号線および/または相互接続部の密度の増加に寄与することができる。さらに、量子ハードウェアの複雑さの増加は、クロストーク、ノイズ、干渉などに対するより大きな感受性に寄与し得る。したがって、信号線は、熱伝導率、ノイズおよび/またはクロストークの堅牢性などの他の考慮事項に対して十分な性能を提供しなければならない。
[0024] 一例として、多くの量子計算アプリケーションは、約3ケルビン未満のような、およそ絶対零度、つまり約0ケルビン付近の温度で、超電導性、または電気抵抗ゼロを達成する超電導量子ビットを採用する。したがって、量子計算に関連する1つの課題は、超電導量子ビットが超電導性を達成する温度まで、超電導量子ビットを有する量子ハードウェアを冷却することを含む。例えば、いくつかの場合において、超電導量子ビットは、約0.02ケルビン、つまり20ミリケルビン(mK)未満など、約0.1ケルビン(K)未満に冷却されなければならない。典型的には、古典的計算システムは、量子ハードウェアよりも高い温度(例えば、ほぼ室温)に維持され得る。物理的信号線は、量子ハードウェアに接続することができ、したがって、古典的計算システムと量子ハードウェアとの間の熱伝導体を形成することができる。物理的信号線は、量子ハードウェアおよび/または量子計算システムの他の構成要素を冷却するように構成される冷却システム(例えば、極低温冷却システム)の効率を低下させる可能性がある。したがって、1本の信号線であっても冷却要件が増大する可能性があるが、量子ハードウェアの複雑さが増し続けるにつれて、この問題はより重大になる可能性がある。したがって、量子ハードウェアを古典的計算システムに結合する信号線は、望ましくは、物理的に小さく(例えば、密に配置され)、低い熱負荷を提供し、低い電気散逸を提供し、および/または他の望ましい熱特性を提供することができる。
[0025] 別の例として、信号線からの信号で量子ビットを正確に駆動することが望ましい場合がある。例えば、量子ハードウェアの構成要素(例えば、コネクタ)によって引き起こされる信号反射は、量子ハードウェアの性能に悪影響を及ぼし得る。したがって、信号線および/または他の構成要素(例えば、コネクタ)は、望ましくは、低い反射率(例えば、約40 dB未満)を有し得る。加えて、および/または代替的に、信号線および/または他の構成要素(例えば、コネクタ)は、望ましくは、制御信号が信号線を介して正確に送信されるように、低歪み(例えば、パルス歪み)を提供することができる。低歪みの信号線および/または他の構成要素(例えば、コネクタ)は、改善された正確な制御信号の実装および/または量子ハードウェアにおける量子アルゴリズムの実行および/または量子ハードウェアからの正確な読み出しを提供することができる。加えて、および/または代替的に、信号線および/または他の構成要素(例えば、コネクタ)は、望ましくは、別個の信号線および/または他の構成要素間の低いクロストーク(例えば、約80 dB未満)を提供することができる。低いクロストークを提供する信号線および/または他の構成要素は、1つの量子ビットを対象とする信号線上の信号が他の量子ビットから分離され、および/または各追加信号線におけるノイズの低減に寄与することを提供するなど、改善された分離量子ビット通信を提供することができる。
[0026] 別の例として、ノイズおよび/または他の外部要因は、量子計算システムの性能に影響を与え得る。量子ハードウェアを古典的計算システムに結合する信号線は、望ましくは、量子ハードウェアの環境においてほとんど干渉を与えないことができる。例えば、信号線は、望ましくは、熱光子をほとんどまたは全く放出せず、および/または量子ハードウェアの動作を妨害し得る他の要因に寄与し得る。加えて、および/または代替的に、量子計算システムは、望ましくは、(例えば、フィルタリングを提供することによって)外部熱光子、信号ノイズ、および/または他の外部要因が量子ハードウェアの動作に干渉するのをブロックすることができる。
[0027] したがって、一部の量子計算システムは、1つまたは複数の信号線を含む1つまたは複数のフレックス回路基板を含むことができる。フレックス回路基板は、1つまたは複数の古典的プロセッサを量子ハードウェアに結合するために、1つまたは複数の信号線によって(例えば、真空チャンバを介して)信号を送信するように構成することができる。フレックス回路基板は、複数の信号線を含むことができ、改善された分離、低減された熱伝導率、および/または改善されたスケーラビリティを提供することに加えて、著しく改善された信号線密度を提供することができる。例えば、古典的プロセッサを量子ハードウェアに結合するためのフレックス回路基板を含むことは、現在および/または将来の量子計算システムにおいて達成および/または期待される、ますます多くなる量子ビット数に確実にスケーリングするインフラストラクチャを提供することができる。
[0028] フレックス回路基板を量子計算システムに含めることにより、量子計算システム内の信号通信を改善することができる。しかしながら、フレックス回路基板と量子ハードウェアとの間のインターフェースは、課題を提示する可能性がある。例えば、信号線は、フレックス回路基板と、量子ハードウェアと通信する実装基板などの実装基板における信号線との間を遷移してもよい。実装基板は、フレックス回路基板よりもかなり高い信号線密度など、より高い信号線密度を有する信号トレースを含むことができる。この問題は、複数のフレックス回路基板が単一の実装基板とインタフェースする場合にさらに悪化する可能性があり、実装基板における信号線密度の増加にさらに寄与する可能性がある。
[0029] 信号線密度の増加に対処することに加えて、フレックス回路基板と実装基板との間の接続は、望ましくは、接続を介して送信される信号の精度を維持することができる。例えば、接続は、望ましくは、接続を介して通信される信号の完全性に悪影響を及ぼし得る低歪み、クロストーク、反射率などを有することができる。加えて、多くの既存のコネクタは、フレックス回路基板と実装基板との間の接続が行われる温度において特定の材料に利用可能な超電導特性を利用することができない。これらの超電導特性は、特に量子計算用途において有益であり得る。
[0030] 本開示の例示的態様によるシステムおよび方法は、これらおよび/または他の問題に対する解決策を提供することができる。本開示の例示的態様によれば、1つまたは複数のフレックス回路基板と、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアなどの量子ハードウェアとを接続する(例えば、それらの間をインターフェースする)ために、Tジョイントコネクタを提供することができる。例えば、Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のフレックス回路基板を、量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板に結合するように構成することができる。例えば、実装回路基板は、量子ハードウェアが配置される基板であってもよいしまたは含んでもよいし、量子ハードウェアを有する基板と直接通信する基板であってもよい。例えば、Tジョイントコネクタは、複数のフレックス回路基板を単一の実装回路基板に垂直に接続するように構成することができる。これは、望ましい信号送信特性を維持しながら、多数の信号線(例えば、複数の基板からの)を比較的高い信号線密度を有する単一の基板に接続するのに適した高密度相互接続部を提供することができる。
[0031] Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のフレックス回路基板を含むことができる。フレックス回路基板のそれぞれは、1つまたは複数の信号線を含むことができる。いくつかの実施形態では、信号線は、約1ケルビン等、約20ミリケルビン等の約3ケルビン未満の温度で超電導性である(例えば、超電導性を経験する)材料等の超電導材料を含む(例えば、そのような超電導材料で構成される)信号線等の超電導信号線であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、フレックス回路基板はそれぞれ、少なくとも1つのグラウンド層、少なくとも1つの誘電体層、および/または1つまたは複数の信号線を含むことができる。いくつかの実施形態では、グラウンド層および/または信号線は、アルミニウム、スズ、ニオブ、二硫化モリブデン、BSCCOなど、約3ケルビン未満の温度での超電導材料であってもよく、またはそのような超電導材料を含んでもよい。
[0032] Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のスプリング相互接続部を含むことができる。スプリング相互接続部は、信号線に結合することができ、および/または1つまたは複数の信号線と電気通信(例えば、信号通信)することができる。例えば、スプリング相互接続部をそれぞれの信号線に結合することができる。スプリング相互接続部は、信号線を実装回路基板に、例えば、実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合することができる。
[0033] いくつかの実施形態では、スプリング相互接続部の一部または全部は、スプリング要素を含むことができる。例えば、スプリング要素は、信号線を信号パッドに結合するために、実装回路基板上に配置されたそれぞれの信号パッドに接触するように構成することができる。いくつかの実施形態において、スプリング要素は、Tジョイントコネクタを実装回路基板と嵌合させることによって生じる張力が、スプリング要素と信号パッドとの間の強固な接触を確立するように、圧縮、屈曲、格納、または他の方法で配置されてもよい。
[0034] スプリング相互接続部は、約1ケルビン等、約20ミリケルビン等の約3ケルビン未満の温度で超電導である(例えば、超電導を経験する)材料等の超電導材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、超電導材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング要素は超電導材料で形成することができる。加えて、および/または代替的に、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、超電導材料の超電導コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、超電導コーティングは、(例えば、超電導材料として)スズを含むことができる。
[0035] いくつかの実施形態では、スプリング要素は、非超電導材料で形成されてもよい。加えて、および/または代替的に、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、ベリリウム銅(例えば、BeCu)を含むことができる。例えば、スプリング要素は、非超電導材料(例えば、ベリリウム銅)で形成され、超電導材料(例えば、スズ)で被覆されてもよい。このようにして、スプリング要素は、超電導でなくてもよい所望の機械的特性(例えば、弾性、張力など)を有する材料を用いて、スプリングとして適切に機能することができ、一方、超電導コーティングは、そのコーティングがスプリング相互接続部において超電導特性を提供するのに十分であり得るので、超電導を提供することができる。
[0036] いくつかの実施形態では、スプリング相互接続部は、フレックス回路基板の表面上に配置され得る。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、半田パッドなどの信号パッドによってフレックス回路基板に取り付けることができる。信号パッドは、スプリング要素との信号通信を提供することができる。ビアは、信号線から信号パッドおよび/またはスプリング要素まで延在することができる。例えば、ビアは、信号線とスプリング要素との間の信号通信を提供することができる。いくつかの実施形態では、信号パッドとグラウンド層との間にギャップを設けて、グラウンド層を信号パッドおよび/またはスプリング要素から分離することができる。
[0037] いくつかの実施形態では、複数のスプリング相互接続部は、フレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置され得る。例えば、スプリング相互接続部のラインは、信号パッドの2次元アレイ内の信号パッドの対応するラインに結合することができる。いくつかの実施形態では、第1のフレックス回路基板は、第1の方向に第1のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された複数(例えば、第1の複数)のスプリング相互接続部を含むことができる。さらにおよび/または代替的に、第2のフレックス回路基板を第1のフレックス回路基板と平行に配置することができる。第2のフレックス回路基板は、第1のフレックス回路基板から第2の方向に離間することができる。第2の方向は、第1の方向に垂直であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、第2のフレックス回路基板は、第1の方向に第2のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された複数(例えば、第2の複数)のスプリング相互接続部を含むことができる。例えば、第2のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された複数のスプリング相互接続部は、第1のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された複数のスプリング相互接続部に対して平行であるおよび/または位置合わせすることができる。
[0038] スプリング相互接続部は、信号線を、実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合することができる。実装回路基板は、量子ハードウェアと関連付けることができる。例えば、量子ハードウェアは、実装回路基板上および/または実装回路基板と直接通信する量子基板上に配置することができる。実装回路基板は、本明細書に記載されるようなフレックス回路基板(例えば、1つまたは複数のフレキシブル基板から形成される)であってもよく、および/または剛性回路基板であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、実装回路基板は、少なくともグラウンド層および誘電体層を含むことができる。グラウンド層および/または誘電体層は、フレキシブルおよび/または剛性であってもよい。さらに、グラウンド層の反対側の実装回路基板の表面は、1つまたは複数のグラウンドパッドおよび/または1つまたは複数の信号パッドを含むことができる。例えば、グラウンド層の反対側の表面は、信号パッドの2次元アレイを含むことができる。グラウンドパッドは、信号パッド間を絶縁するように配置されてもよい。例えば、グラウンドパッドは、信号パッドの2次元アレイ間の空間に配置されてもよい。
[0039] いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタは、自己整合型であってもよい。例えば、シム、タブ、コネクタハードウェア等の様々な位置合わせシステムを使用して、フレックス回路基板を実装回路基板に位置合わせし、および/またはスプリング要素を信号パッドに位置合わせすることができる。一例として、フレックス回路基板および/またはスプリング相互接続部は、Tジョイントコネクタを実装回路基板上の嵌合インターフェースに位置合わせするように構成されたコネクタハードウェア内に配置されてもよい。例えば、いくつかの実装形態では、Tジョイントコネクタは、フレックス回路基板の少なくとも一部をTジョイントコネクタ内に収容するように構成されたコネクタシェルを含むことができる。コネクタシェルは、Tジョイントコネクタ(例えば、1つまたは複数のフレックス回路基板)を実装回路基板に位置合わせするように構成することができる。例えば、コネクタシェルは、フレックス回路基板を実装回路基板に位置合わせするためにコネクタシェルと結合する、実装回路基板上および/または実装回路基板に近接する実装ハードウェアによって受け入れられ得る。
[0040] 例えば、いくつかの実施形態では、コネクタシェルは、第1のコネクタプレートと第2のコネクタプレートとを含むことができる。第1のコネクタプレートは、第2のコネクタプレートと平行に、および/または第2のコネクタプレートから離間して配置され、それらの間に容積を画定することができる。容積は、例えば、フレックス回路基板を含むことができる。例えば、フレックス回路基板は、第1のコネクタプレートと第2のコネクタプレートとの間に配置することができる。
[0041] 第1のコネクタプレートは、第2のコネクタプレートに固定することができる。例えば、いくつかの実施形態において、第1のコネクタプレートは、ねじ、クランプ、ボルト、ロッド、ピン、または任意の他の適切な締結具によって、第2のコネクタプレートに固定され得る。いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタは、Tジョイントコネクタの少なくとも一部を貫通する1つまたは複数のスルーホールを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スルーホールは、第1のコネクタプレート、フレックス回路基板の少なくとも一部、シム、および/または第2のコネクタプレートを貫通して延びることができる。いくつかの実施形態では、スルーホールは、信号線との干渉を防止するために、フレックス回路基板のエッジのみを貫通して延びる(またはフレックス回路基板を貫通して延びない)ことができる。スルーホールは、第1のコネクタプレートを第2のコネクタプレートに固定するためのロッドアセンブリ(例えば、ねじ、ロッドおよびボルトなど)を受け入れるように構成することができる。
[0042] いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のシムを含むことができる。シムは、Tジョイントコネクタの様々な構成要素を位置合わせおよび/または分離するように、Tジョイントコネクタの構成要素を離間させるように構成することができる。一例として、シムは、第1のフレックス回路基板を第2のフレックス回路基板から離間させるように構成することができる。別の例として、シムは、コネクタシェルなど、第1のコネクタプレートおよび/または第2のコネクタプレートなど、コネクタハードウェアの一部から離してフレックス回路基板を離間させるように構成することができる。いくつかの実施形態において、シムは、非導電性材料であってもよく、または非導電性材料を含むことができる。
[0043] いくつかの実施形態において、1つまたは複数のタブが、シムから延びることができる。タブは、スプリング相互接続部を離間するように構成することができる。例えば、シムは、フレックス回路基板に平行な方向に離間したスプリング相互接続部(例えば、同じフレックス回路基板上のスプリング相互接続部)および/またはフレックス回路基板に垂直な方向に離間したスプリング相互接続部(例えば、異なるフレックス回路基板上のスプリング相互接続部)を離間してもよい。追加的および/または代替的に、タブは、スプリング相互接続部(例えば、スプリング要素)を信号パッドに位置合わせするように構成することができる。例えば、隣接するスプリング相互接続部間にタブを配置して、スプリング相互接続部がそれぞれの信号パッド以外の構成要素と電気的接続を形成することを禁止することができる。さらに、および/または代替的に、タブは、例えば、Tジョイントコネクタが実装回路基板と嵌合されるときに、それぞれの信号パッドに対してスプリング相互接続部を案内することによって、スプリング相互接続部(例えば、スプリング要素)とスプリングパッドとの間の位置合わせされた接触を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、タブは、非導電性材料など、シムと同じ材料で作ることができる。
[0044] いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタは、1つまたは複数の分離プレートを含むことができる。分離プレートは、Tジョイントコネクタの構成要素を分離する(例えば、電気的に分離する)ように構成することができる。例えば、分離プレートは、2つのフレックス回路基板の間および/またはフレックス回路基板とコネクタハードウェアとの間など、フレックス回路基板の少なくとも一部に平行に配置されてもよい。例えば、分離プレートは、第1のフレックス回路基板を第2のフレックス回路基板から分離し、および/またはフレックス回路基板を外部干渉から分離することができる。さらに、および/または代替的に、分離プレートが、フレックス回路基板と実装回路基板との間に、例えば、実装回路基板に平行に、含まれてもよい。分離プレートは、分離プレートが接地されるように、実装回路基板(例えば、グラウンドパッド)および/または他の適切なグラウンドと接触してもよい。いくつかの実施形態において、分離プレートは、シムに取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、分離プレートは、約1ケルビン未満の超電導材料などの超電導材料であってもよく、超電導材料を含んでもよい。
[0045] 本明細書で使用されるように、「フレックス回路基板」とは、その上に1つまたは複数の信号線が形成または配置され、少なくとも1つの平面において柔軟性を有する、少なくとも1つの概ね平面の基板(例えば、層状基板)または他の支持体を含む基板を指す。本明細書で使用される場合、「柔軟性」とは、破損することなく変形する(例えば、機械的応力などを受ける)能力を指す。例えば、矩形フレックス回路基板は、矩形フレックス回路基板の最大表面に沿ってフレキシブルであってもよい。矩形フレックス回路基板は、そのエッジの少なくとも一部に沿ってフレキシブルおよび/または剛性であってもよい。柔軟性は、フレックス回路基板および/またはフレックス回路基板の層が形成される材料(例えば、銅、銅合金、ニオブ、アルミニウムなどの金属、誘電体材料、非金属、ポリマー、ゴムなど)の特性として達成することができ、フレックス回路基板のヒンジ止めおよび/またはセグメント化(例えば、剛性部分のヒンジ止めおよび/またはセグメント化)によって、および/または任意の他の適切な方法で達成できる。基板は、厳密に平面(例えば、長さおよび幅にわたって実質的に線形的な断面を有する)であってもよく、および/または、基板が少なくとも1つの断面において曲がる、しわになる、またはそうでなければ非線形であるが、一般に、長さおよび幅よりも著しく小さい(例えば、約10%未満)深さを有する形状を表すという点で、一般に平面であってもよい。
[0046] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板は、少なくとも1つのグラウンド層を含むことができる。グラウンド層は、最大表面に沿った外面など、フレックス回路基板の外面を形成することができる。いくつかの実施形態では、フレックス回路基板は、2つの平行で離間したグラウンド層などの2つのグラウンド層を含むことができる。例えば、2つのグラウンド層は、フレックス回路基板の両方の最大外面を形成することができる。グラウンド層は、グラウンド層の一方の側の信号線を、グラウンド層の他方の側の干渉信号(例えば、他の層の上の信号線、他の基板、環境等からの)から分離するための電気的分離層として作用することができる。例えば、グラウンド層は、接地および/または他の適切なグラウンドに結合することができる。
[0047] グラウンド層は、任意の適切な導電性材料であってもよく、または導電性材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、グラウンド層は、約1ケルビン、約20ミリケルビンなど、約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料のような超電導材料を含む超電導グラウンド層であるか、または超電導グラウンド層を含むことができる。例として、グラウンド層は、ニオブ、スズ、アルミニウム、二硫化モリブデン、BSCCO、および/または他の適切な超電導材料であるか、またはこれらを含むことができる。加えて、および/または代替的に、グラウンド層は、信号が信号線を通過することによって実質的に変化しないように、低抵抗、低反射率、低歪みなどの高い信号伝達性能特性を有する材料であるか、またはそのような材料を含むことができる。例として、グラウンド層は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。加えて、および/または代替的に、グラウンド層は、例えば、銅、銅合金、薄い超電導材料などの、適切に高いおよび/または低い熱伝達などの望ましい熱特性を有する材料であってもよく、またはそれらを含むことができる。
[0048] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板は、少なくとも1つの誘電体層を含むことができる。誘電体層は、誘電性ポリマーなどの任意の適切な誘電体材料であってもよく、またはこれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層は、フレキシブル誘電体材料であるか、またはフレキシブル誘電体材料を含むことができる。一例として、誘電体層は、ポリイミドであるか、またはポリイミドを含むことができる。誘電体層の少なくとも一部は、グラウンド層の内面の少なくとも一部の上に形成されてもよいし、またはグラウンド層の内面の少なくとも一部に近接して配置されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、グラウンド層の内面は、誘電体層の外面と嵌合することができる。さらに、いくつかの実施形態では、2つの誘電体層の内面は、その間に配置された信号線と嵌合することができる。
[0049] フレックス回路基板は、1つまたは複数の信号線を含むことができる。1つまたは複数の信号線は、少なくとも1つの誘電体層の表面(例えば、内面)上に配置され得る。一例として、いくつかの実装形態では、1つまたは複数の信号線を、2つの誘電体層の対向する内面間に配置することができる。信号線は、任意の適切な導電性材料とすることができ、またはこれを含むことができる。いくつかの実施形態では、信号線は、約1ケルビン未満、約20ミリケルビン未満などの、約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料などの超電導材料を含む超電導信号線であってもよく、または超電導信号線を含むことができる。例として、信号線は、ニオブ、スズ、アルミニウム、二硫化モリブデン、BSCCO、および/または他の適切な超電導材料であるか、またはこれらを含むことができる。加えて、および/または代替的に、信号線は、高い信号伝達性能特性を有する材料であり得るか、またはそれを含み得る。例として、信号線は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であり得るか、またはこれらを含み得る。加えて、および/または代替的に、信号線は、例えば、銅、銅合金等のような、所望の熱特性を有する材料であり得るか、またはそれらを含み得る。
[0050] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板は、1つまたは複数のビアを含むことができる。例えば、ビアは、グラウンド層、誘電体層、および/または信号線を貫通して延びることができる。ビアは、信号線の分離を改善する働きをすることができる。加えて、および/または代替的に、ビアは、複数のグラウンド層を結合し、および/またはフレックス回路基板の層間で信号を伝達する役割を果たすことができる。いくつかの実施形態では、ビアは、ビアに沿って延在するビアプレートでめっきすることができる。いくつかの実施形態では、ビアプレートは、銅などの導電性材料であるか、または導電性材料を含むことができる。
[0051] 量子計算システムは、1つまたは複数の古典的プロセッサとデータ通信する量子ハードウェアを含むことができる。例えば、量子ハードウェアは、量子ビットを使用して情報を表現および/または操作することができる。量子ビットは、複数の状態(例えば、「0」および「1」状態の両方)の重ね合わせを可能にする任意の適切な量子デバイスであり得るか、またはそれを含み得る。一例として、量子ビットは、約20ミリケルビン未満のような約3ケルビン以下の温度で超電導性を達成する超電導材料のような超電導材料のユニットであるか、またはそれを含むことができる。いくつかの実施形態では、量子計算システムは、量子ビットのレジスタなど、1つまたは複数のマルチレベル量子サブシステムを含むことができる。いくつかの実装形態では、マルチレベル量子サブシステムは、磁束量子ビット、電荷量子ビット、トランズモン量子ビット、gmon量子ビットなどの超電導量子ビットを含むことができる。
[0052] 古典的プロセッサは、複数のビットとして表されるデータに対して動作するプロセッサなどのバイナリプロセッサとすることができる。一例として、ビットは、メモリセル、回路ノードなどの基準点における低電圧(例えば、0V)と高電圧(例えば、5V)との間の電圧差によって表すことができる。低電圧は「0」状態と関連付けることができ、高電圧は「1」状態と関連付けることができる。古典的プロセッサは、古典的プロセッサの任意の他の適切な機能に加えて、量子ハードウェアを制御するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサは、(例えば、本開示の例示的態様によるフレックス回路基板に含まれる信号線によって)量子ハードウェアに結合することができ、および/または量子ハードウェアを使用して量子動作を実行するために制御信号を送信するように構成することができる。一例として、古典的プロセッサは、量子ハードウェアにおいて(例えば、制御デバイスによって)量子ゲート動作を実装する制御信号を送信するように構成することができる。加えて、および/または代替的に、古典的プロセッサは、量子ハードウェアに量子状態測定を実行させる、および/または量子状態測定を(例えば、読み出しデバイスによって)古典的プロセッサに提供させる制御信号を送信するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサは、古典的プロセッサによって解釈可能であり得る量子システムの測定値を受け入れることができる。
[0053] 本開示の例示的態様によるシステムおよび方法は、多くの技術的効果および利点を提供することができる。例えば、本開示の例示的態様は、複数のフレックス回路基板と実装回路基板との間の高密度相互接続部を望ましく提供することができるコネクタを提供することができる。さらに、コネクタは、低信号歪み、低反射率等のような、コネクタを通る改善された信号伝達特性を提供することができる。例えば、コネクタにおける超電導材料の使用は、量子計算用途に適した性能特性を提供することができる。例えば、超電導材料の使用は、コネクタにおける接触抵抗をほとんどまたは全く提供することができない。
[0054] 本明細書中で使用されるように、記載された数値と併せて用語「約」または「およそ」の使用は、記載された数値の10%以内を指すことを意図する。
[0055] 本開示の例示的態様は、本明細書において、説明の目的で量子計算システムを参照して説明される。本開示の例示的態様によるシステムおよび方法は、フレックス回路基板を含む量子計算システムなどの量子計算用途において特定の利点を見出すことができるが、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、他の適切な用途に適用することができることを理解されたい。
[0056] 次に、図を参照して、本開示の例示的実施形態をさらに詳細に説明する。
[0057] 図1は、例示的量子計算システム100を示す。例示的システム100は、1つまたは複数の場所にある1つまたは複数の古典的コンピュータまたは量子計算デバイス上に古典的または量子コンピュータプログラムとして実装されるシステムの一例であり、その中で、以下に記載されるシステム、構成要素、および技術が実装され得る。図1は、本開示の態様を実施するために使用することができる例示的量子計算システムを示す。本明細書に提供される開示を使用する当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の量子計算構造またはシステムを使用することができることを理解するであろう。
[0058] システム100は、1つまたは複数の古典的プロセッサ104とデータ通信する量子ハードウェア102を含む。例えば、量子ハードウェア102は、量子ビットを使用して情報を表現および/または操作することができる。量子ビットは、複数の状態(例えば、「0」および「1」状態の両方におけるデータ)の重ね合わせを可能にする任意の適切な量子デバイスであり得るか、またはそれを含み得る。一例として、量子ビットは、約20mK以下の温度で超電導性を達成する超電導材料などの超電導材料のユニットであってもよく、またはそれを含むことができる。
[0059] 量子ハードウェア102は、量子計算を実行するための構成要素を含むことができる。例えば、量子ハードウェア102は、量子システム110、制御デバイス112、および読み出しデバイス114(例えば、読み出し共振器)を含むことができる。量子システム110は、量子ビットのレジスタなど、1つまたは複数のマルチレベル量子サブシステムを含むことができる。いくつかの実装形態では、マルチレベル量子サブシステムは、磁束量子ビット、電荷量子ビット、トランズモン量子ビット、gmon量子ビットなどの超電導量子ビットを含むことができる。
[0060] 古典的プロセッサ104は、複数のビットとして表されるデータに対して動作するプロセッサなどのバイナリプロセッサとすることができる。一例として、ビットは、メモリセル、回路ノードなどの基準点における低電圧(例えば、0V)と高電圧(例えば、5V)との間の電圧差によって表すことができる。低電圧は「0」状態と関連付けることができ、高電圧は「1」状態と関連付けることができる。古典的プロセッサ104は、古典的プロセッサ104の任意の他の適切な機能に加えて、量子ハードウェア102を制御するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサ104は、量子ハードウェア102に(例えば、信号線によって)結合することができ、および/または量子ハードウェア102を使用して量子動作を実行するために制御信号を送信するように構成することができる。一例として、古典的プロセッサ104は、量子ハードウェア102において(例えば、制御デバイス112によって)量子ゲート動作を実装する制御信号を送信するように構成することができる。加えて、および/または代替的に、古典的プロセッサ104は、量子ハードウェア102に量子状態測定を実行させる、および/または量子状態測定を(例えば、読み出しデバイス114によって)古典的プロセッサ104に提供させる制御信号を送信するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサ104は、古典的プロセッサ104によって解釈可能であり得る量子システム110の測定値を受け入れることができる。
[0061] システム100が利用するマルチレベル量子サブシステムのタイプは、様々であってよい。例えば、いくつかの場合において、1つまたは複数の超電導量子ビット、例えば、トランズモン、磁束、gmon、xmon、または他の量子ビットに取り付けられた1つまたは複数の読み出しデバイス114を含むことが便利であり得る。
[0062] 量子回路は、1つまたは複数の制御デバイス112に結合される複数の信号線(例えば、図2の信号線120)を介して、量子システム110に含まれる量子ビットのレジスタに構築および適用されてもよい。量子ビットのレジスタ上で動作する例示的制御デバイス112は、量子論理ゲートまたは量子論理ゲートの回路、例えば、Hadamardゲート、制御NOT(CNOT)ゲート、制御位相ゲート、Tゲート、マルチ量子ビット量子ゲート、カプラ量子ゲートなどを実装するために使用され得る。1つまたは複数の制御デバイス112は、1つまたは複数のそれぞれの制御パラメータ(例えば、1つまたは複数の物理制御パラメータ)を介して量子システム110上で動作するように構成されてもよい。例えば、いくつかの実装形態では、マルチレベル量子サブシステムは、超電導量子ビットであってもよく、制御デバイス112は、制御線(例えば、図2の信号線120)に制御パルスを提供して、量子ビットの周波数を調整するための磁場を生成するように構成されてもよい。
[0063] 量子ハードウェア102は、読み出しデバイス114(例えば、読み出し共振器)をさらに含んでもよい。測定装置を介して得られた測定結果108は、処理および分析のために古典的プロセッサ104に提供されてもよい。いくつかの実装形態において、量子ハードウェア102は、量子回路を含むことができ、制御デバイス112および読み出しデバイス114は、量子ハードウェア102に含まれるワイヤを介して送信される物理的制御パラメータ(例えば、マイクロ波パルス)によって量子システム110上で動作する1つまたは複数の量子論理ゲートを実装することができる。制御デバイスのさらなる例は、DACが信号を生成する任意の波形発生器を含む。
[0064] 読み出しデバイス114は、量子システム110上で量子測定を実行し、測定結果108を(例えば、図2の信号線120によって)古典的プロセッサ104に送信するように構成されてもよい。さらに、量子ハードウェア102は、物理的制御パラメータ値106を特定するデータ(例えば、図2の信号線120によって)を古典的プロセッサ104から受け入れるように構成されてもよい。量子ハードウェア102は、受け入れた物理的制御パラメータ値106を使用して、量子システム110上の制御デバイス112および読み出しデバイス114の動作を更新することができる。例えば、量子ハードウェア102は、制御デバイス112に含まれる1つまたは複数のDACの電圧強度を表す新しい値を特定するデータを受け入れることができ、それに応じて量子システム110上のDACの動作を更新することができる。古典的プロセッサ104は、例えば、パラメータ106の初期セットを特定する量子ハードウェア102にデータを送信することによって、量子システム110を初期量子状態で初期化するように構成されてもよい。
[0065] 読み出しデバイス114は、要素(例えば、量子ビット)の状態を測定するために、量子ビットなどの量子システムの要素の
状態に対するインピーダンスの差を利用することができる。例えば、読み出し共振器の共振周波数は、量子ビットの非線形性のために、量子ビットが状態
にあるときに異なる値をとることができる。したがって、読み出しデバイス114から反射されたマイクロ波パルスは、量子ビット状態に依存する振幅および位相シフトを運ぶ。いくつかの実装形態では、量子ビット周波数でのマイクロ波伝搬を妨げるために、パーセルフィルタを読み出しデバイス114と併せて使用することができる。
[0066] システム100は、制御デバイス112を含む。制御デバイス112は、量子ハードウェア102を動作させることができる。例えば、制御デバイス112は、本開示の例示的態様に従って制御パルスを生成するように構成された波形発生器を含むことができる。
[0067] いくつかの実装形態では、制御デバイス112は、データ処理装置および関連メモリを含むことができる。メモリは、データ処理装置によって実行されたときに、制御信号を量子ビットおよび/または調節可能なカプラに適用するなど、本明細書に記載される1つまたは複数の機能をデータ処理装置に実行させる命令を有するコンピュータプログラムを含んでもよい。
[0068] 図2は、本開示の例示的実施形態による例示的量子計算システム100を示す。図2に示すように、量子システム110、制御デバイス112、読み出しデバイス114、および/または図1に関して説明した量子ハードウェア102の任意の他の適切な構成要素などであるが、これらに限定されない量子ハードウェア102は、極低温冷却システム130内に配置することができる。追加的および/または代替的に、古典的プロセッサ104は、極低温冷却システム130の外部に配置することができる。極低温冷却システム130は、真空チャンバであることができ、または真空チャンバ内に配置することができる。例えば、量子ハードウェア102および/または信号線120(例えば、フレックス回路基板)は、真空チャンバを形成するために真空キャニスタに挿入されるように構成されたチャンバマウントによって支持され得る。例えば、チャンバマウントは、量子ハードウェア102を真空中(例えば、真空チャンバによって形成される)に配置するように構成することができる。極低温冷却システム130は、真空チャンバ内に温度勾配(例えば、複数の冷却ステージ)を提供するように構成される。例えば、温度勾配は、希釈冷凍機のステージのような複数の極低温冷却ステージによって形成することができる。希釈冷凍機の例示的ステージは、例えば、第1の中間クランプステージ、第1のステージのパルス管ステージ、第2の中間クランプステージ、第2のステージのパルス管ステージ、静止ステージ、中間熱交換器ステージ、混合チャンバステージ、ジュール-トムソン冷却ステージ、ヘリウム液化ステージ、および/または希釈冷凍機の任意の他の適切なステージとすることができる、またはこれらを含むことができる。
[0069] 極低温冷却システム130は、量子ハードウェア102を冷却するように構成することができる。加えて、および/または代替的に、古典的プロセッサ104は、極低温冷却システム130によって冷却されない。例えば、古典的プロセッサ104は、室温付近の温度(例えば、約300ケルビン)および/または約100ケルビン付近の温度で動作することができるのに対して、量子ハードウェア102は、絶対零度付近の温度(例えば、約1ケルビン未満)で動作することができ、したがって、効果的に動作するために、極低温冷却システム130による冷却を必要とすることができる。
[0070] 量子計算システム100は、信号線120を含むことができる。信号線120は、古典的プロセッサ104を量子ハードウェア102に結合することができる。例えば、古典的プロセッサ104および量子ハードウェア102は、任意の他の適切な信号に加えて、図1のパラメータ106および/または測定結果108を送信するなど、信号通信を行うことができるので、古典的プロセッサ104は、信号線120によって量子ハードウェア102に結合され得る。例えば、本開示の例示的態様によれば、信号線120は、量子ハードウェア102と古典的プロセッサ104とを結合するように構成された、超電導フレックス回路基板などの1つまたは複数のフレックス回路基板であってもよく、またはそれを含むことができる。一般に、信号線120は、量子ハードウェア102と古典的プロセッサ104との間のより高速および/またはより堅牢な通信を可能にするための物理的接続を含む。図2に示されるように、信号線120は、量子ハードウェア102への結合を提供するために、極低温冷却システム130内に少なくとも部分的に配置され得る。信号線120の密度の増加(例えば、量子ハードウェア102の複雑さの増加に関連する)は、量子計算システム100を動作させる際に課題を提示する可能性があり、これは、本開示の例示的態様に従って、フレックス回路基板を含めることによって緩和することができる。
[0071] 図3は、本開示の例示的実施形態による例示的量子計算システム300を示す。量子計算システム300は、1つまたは複数の古典的プロセッサ302と、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェア304とを含むことができる。量子計算システム300は、量子ハードウェア304を支持するように構成されたチャンバマウント308と、チャンバマウント308を受け入れ、量子ハードウェア304を真空中に配置するように構成された真空チャンバとを含むことができる。真空チャンバは、真空チャンバの端部(例えば、キャップ307)から量子ハードウェア304までの冷却勾配を形成することができる。例えば、真空チャンバは、量子ビットが超電導を経験する量子ハードウェア304における温度を提供するように、室温(例えば、約300ケルビン)等の第1の温度から、絶対零度(例えば、約20ミリケルビン)等の第2の温度までの冷却勾配を形成することができる。いくつかの実施形態において、冷却勾配は、温度を漸進的に上昇および/または低下させる複数の冷却ステージ階によって形成することができる。一例として、冷却ステージは、希釈冷凍機などの段階的極低温冷却システムのステージとすることができる。
[0072] 量子計算システム300は、古典的プロセッサ302と量子ハードウェア304との間に1つまたは複数の信号線を含むことができる。本開示の例示的態様によれば、量子計算システム300は、1つまたは複数の信号線を含む1つまたは複数のフレックス回路基板306を含むことができる。フレックス回路基板306は、1つまたは複数の古典的プロセッサ302を量子ハードウェア304に結合するために、真空チャンバを介して1つまたは複数の信号線によって信号を送信するように構成することができる。フレックス回路基板306は、複数の信号線を含むことができ、改善された分離、低減された熱伝導率、および/または改善されたスケーラビリティを提供することに加えて、著しく改善された信号線密度を提供することができる。例えば、古典的プロセッサ302を量子ハードウェア304に結合するために、本開示の例示的態様によるフレックス回路基板306を含むことは、現在および/または将来の量子計算システムにおいて達成および/または期待される、ますます多くなる量子ビット数に確実にスケーリングするインフラストラクチャを提供することができる。本開示の例示的態様に従って採用することができる例示的フレックス回路基板を図4に示す。
[0073] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板306の一部または全部は、少なくとも1つのグラウンド層を含むことができる。グラウンド層は、最大表面に沿った外面など、フレックス回路基板306の外面を形成することができる。いくつかの実施形態では、フレックス回路基板306は、2つの平行で離間したグラウンド層など、2つのグラウンド層を含むことができる。例えば、2つのグラウンド層は、フレックス回路基板306の両方の最大外面を形成することができる。グラウンド層は、グラウンド層の一方の側の信号線を、グラウンド層の他方の側の干渉信号(例えば、他の層の上の信号線、他の基板、環境等からの)から分離するための電気的分離層として作用することができる。例えば、グラウンド層は、接地および/または他の適切なグラウンドに結合することができる。
[0074] グラウンド層は、任意の適切な導電性材料であってもよく、または導電性材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、グラウンド層は、約1ケルビン、約20ミリケルビンなど、約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料のような超電導材料を含む超電導グラウンド層であるか、または超電導グラウンド層を含むことができる。例として、グラウンド層は、ニオブ、スズ、アルミニウム、二硫化モリブデン、BSCCO、および/または他の適切な超電導材料であるか、またはこれらを含むことができる。加えて、および/または代替的に、グラウンド層は、信号が信号線を通過することによって実質的に変化しないように、低抵抗、低反射率、低歪みなどの高い信号伝達性能特性を有する材料であるか、またはそのような材料を含むことができる。例として、グラウンド層は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。加えて、および/または代替的に、グラウンド層は、例えば、銅、銅合金、薄い超電導材料などの、適切に高いおよび/または低い熱伝達などの望ましい熱特性を有する材料であってもよく、またはそれらを含むことができる。
[0075] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板306は、少なくとも1つの誘電体層を含むことができる。誘電体層は、誘電性ポリマーなどの任意の適切な誘電体材料であってもよく、またはこれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層は、フレキシブル誘電体材料であるか、またはフレキシブル誘電体材料を含むことができる。一例として、誘電体層は、ポリイミドであるか、またはポリイミドを含むことができる。誘電体層の少なくとも一部は、グラウンド層の内面の少なくとも一部の上に形成されてもよいし、またはグラウンド層の内面の少なくとも一部に近接して配置されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、グラウンド層の内面は、誘電体層の外面と嵌合することができる。さらに、いくつかの実施形態では、2つの誘電体層の内面は、その間に配置された信号線と嵌合することができる。
[0076] フレックス回路基板306は、1つまたは複数の信号線を含むことができる。1つまたは複数の信号線は、少なくとも1つの誘電体層の表面(例えば、内面)上に配置され得る。一例として、いくつかの実装形態では、1つまたは複数の信号線を、2つの誘電体層の対向する内面間に配置することができる。信号線は、任意の適切な導電性材料とすることができ、またはこれを含むことができる。いくつかの実施形態では、信号線は、約1ケルビン、約20ミリケルビンなどの、約3ケルビン以下の温度で超電導性を達成する超電導材料などの超電導材料を含む超電導信号線であってもよく、または超電導信号線を含むことができる。例として、信号線は、ニオブ、スズ、アルミニウム、および/または他の適切な超電導材料であるか、またはこれらを含むことができる。加えて、および/または代替的に、信号線は、高い信号伝達性能特性を有する材料であり得るか、またはそれを含み得る。例として、信号線は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であり得るか、またはこれらを含み得る。加えて、および/または代替的に、信号線は、例えば、銅、銅合金等のような、所望の熱特性を有する材料であり得るか、またはそれらを含み得る。
[0077] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板306は、1つまたは複数のビアを含むことができる。例えば、ビアは、グラウンド層、誘電体層、および/または信号線を貫通して延びることができる。ビアは、信号線の分離を改善する働きをすることができる。いくつかの実施形態では、ビアは、ビアに沿って延在するビアプレートでめっきすることができる。いくつかの実施形態では、ビアプレートは、銅などの導電性材料であるか、または導電性材料を含むことができる。
[0078] 例えば、いくつかの実施形態では、量子計算システム300は、1つまたは複数の古典的プロセッサ302とデータ通信する量子ハードウェア304を含むことができる。例えば、量子ハードウェア304は、量子ビットを使用して情報を表現および/または操作することができる。量子ビットは、複数の状態(例えば、「0」および「1」状態の両方)の重ね合わせを可能にする任意の適切な量子デバイスであり得るか、またはそれを含み得る。一例として、量子ビットは、約1ケルビン未満などの、約20ミリケルビン未満などの、約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料などの超電導材料のユニットであってもよく、またはそれを含むことができる。いくつかの実施形態では、量子計算システム300は、量子ビットのレジスタなど、1つまたは複数のマルチレベル量子サブシステムを含むことができる。いくつかの実装形態では、マルチレベル量子サブシステムは、磁束量子ビット、電荷量子ビット、トランズモン量子ビット、gmon量子ビットなどの超電導量子ビットを含むことができる。
[0079] 古典的プロセッサ302は、複数のビットとして表されるデータに対して動作するプロセッサなどのバイナリプロセッサとすることができる。一例として、ビットは、メモリセル、回路ノードなどの基準点における低電圧(例えば、0V)と高電圧(例えば、5V)との間の電圧差によって表すことができる。低電圧は「0」状態と関連付けることができ、高電圧は「1」状態と関連付けることができる。古典的プロセッサ302は、古典的プロセッサ302の任意の他の適切な機能に加えて、量子ハードウェア304を制御するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサ302は、量子ハードウェア304に(例えば、本開示の例示的態様によるフレックス回路基板306に含まれる信号線によって)結合することができ、および/または量子ハードウェア304を使用して量子動作を実行するために制御信号を送信するように構成することができる。一例として、古典的プロセッサ302は、量子ハードウェア304において(例えば、制御デバイスによって)量子ゲート動作を実施する制御信号を送信するように構成することができる。加えて、および/または代替的に、古典的プロセッサ302は、量子ハードウェア304に量子状態測定を実行させる、および/または量子状態測定を(例えば、読み出しデバイスによって)古典的プロセッサ302に提供させる制御信号を送信するように構成することができる。例えば、古典的プロセッサ302は、古典的プロセッサ302によって解釈可能であり得る量子システムの測定値を受け入れることができる。
[0080] 本開示の例示的態様によれば、量子計算システム300は、1つまたは複数の信号線を含む1つまたは複数のフレックス回路基板306を含むことができる。古典的プロセッサ302は、少なくとも1つの第1のフレックス回路基板に結合され得る。例えば、古典的プロセッサ302は、古典的フレックス相互接続部332によって第1のフレックス回路基板314に結合することができる。古典的フレックス相互接続部332は、古典的信号送信媒体(例えば、同軸ケーブル)312から第1のフレックス回路基板314に変換することができる。
[0081] 一例として、古典的フレックス相互接続部332は、圧縮インターポーザであってもよく、または圧縮インターポーザを含んでもよい。圧縮インターポーザは、スプリングパッドのアレイ(例えば、2次元アレイ)を含むことができる。例えば、1つまたは複数の同軸ケーブル312(例えば、信号線当たり1つの同軸ケーブル312)を介して、古典的プロセッサ302から信号を受け入れるコネクタは、圧縮インターポーザに対して圧縮されて、スプリングパッドとコネクタ(例えば、同軸ケーブル)との間の信号通信を形成することができる。スプリングパッドはそれぞれ、信号が古典的プロセッサ302(例えば、同軸ケーブル)から信号線に送信され得るように、第1のフレックス回路基板314上の信号線に結合され得る。圧縮インターポーザは、本開示の例示的態様に従って提供される第1のフレックス回路基板314内に埋め込まれた信号線のような比較的高い空間密度を有する信号送信媒体に、ケーブル当たり比較的大きな空間を占有することができる同軸ケーブルのような比較的低い空間密度を有する信号送信媒体312を接続することを提供することができる。さらに、圧縮インターポーザは、量子計算用途に適した信号線間の高い分離および/または信号線に沿った低い反射率を達成することができる。
[0082] いくつかの実施形態では、第1のフレックス回路基板314は、グラウンド層および/または信号線に第1のフレックス回路基板材料であることができ、または第1のフレックス回路基板材料を含むことができる。第1のフレックス回路基板材料は、高い信号伝達性能特性を提供するように選択することができる。例として、第1のフレックス回路基板材料は、銅、黄銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であり得るか、またはこれらを含み得る。例えば、第1のフレックス回路基板314は、高い信号伝達性能特性を提供するために、銅信号線および/またはグラウンド層を含むことができる。
[0083] 第1のフレックス回路基板314は、キャップ307など、真空チャンバの端部(例えば、入口)に配置された気密シール352を通過することができる。例えば、フレックス回路基板(例えば、第1のフレックス回路基板314)は、気密シール352を貫通するように構成することができ、その結果、フレックス回路基板(例えば、第1のフレックス回路基板314)の第1の部分が真空チャンバ内に配置され、フレックス回路基板(例えば、第1のフレックス回路基板314)の第2の部分が真空チャンバの外側に配置され、一方、気密シール352は、真空チャンバのための真空シールを形成する。気密シール352は、第1のフレックス回路基板314が、真空チャンバによって生成された真空を(例えば、実質的に)破壊することなく、真空チャンバに入ることを可能にする。一例として、気密シール352は、各第1のフレックス回路基板314に対して嵌合シールを含むことができる。嵌合シールは、第1のフレックス回路基板314を受け入れ、第1のフレックス回路基板314の表面と真空シールを形成することができる。さらに、気密シール352は、嵌合シールおよび/または第1のフレックス回路基板314を受け入れるように構成された1つまたは複数のシールスロットを含むことができる。例えば、嵌合シールは、第1のフレックス回路基板314がシールスロットを通過して真空チャンバ内に入ることを可能にしながら、シールスロットと共に真空シールを形成することができる。このようにして、基板が連続的に真空チャンバ内を通過することができるので、フレックス回路基板306は、回路基板の破損による信号の中断を経験することなく、真空チャンバ内に入ることができる。いくつかの実施形態では、気密シール352は、嵌合シールをシールスロットに固定し、および/または真空シールを形成するための、例えば、ねじ、ボルト、シールリング、Oリングなどの締結システムを含むことができる。いくつかの実施形態において、気密シール352は、例えば、残留接着材料がフレックス回路基板306を汚染しないように、接着材料(例えば、接着剤、樹脂など)を必要とせずに真空シールを形成することができる。
[0084] 第1のフレックス回路基板314は、少なくとも1つの第2のフレックス回路基板316に結合することができる。第1のフレックス回路基板314は、少なくとも1つのフレックス-フレックス相互接続部334によって第2のフレックス回路基板316に結合することができる。例えば、フレックス-フレックス相互接続部334は、第1のフレックス回路基板314のグラウンド層、誘電体層、および/または信号線を第2のフレックス回路基板316に(構造的および/または電気的に)結合することができる。例として、フレックス-フレックス相互接続部334は、第1のフレックス回路基板314の構成要素を第2のフレックス回路基板316に半田付け、溶接、および/または他の方法で溶融することによって形成することができる。フレックス-フレックス相互接続部334は、例えば、バットジョイント、オーバーラップジョイント、および/または任意の他の適切な相互接続部のような、2つのフレックス回路基板306の任意の適切な相互接続部であり得るか、またはこれらを含み得る。
[0085] 第2のフレックス回路基板316は、第1のフレックス回路基板314とは少なくとも異なる材料組成を有し得る。いくつかの実施形態では、第2のフレックス回路基板316は、グラウンド層および/または信号線に第2のフレックス回路基板材料であるか、または第2のフレックス回路基板材料を含むことができる。第2のフレックス回路基板材料は、高い信号伝達性能特性および/または低い熱伝導率を提供するように選択することができる。例として、第2のフレックス回路基板材料は、銅合金および/または所望の熱特性を有する他の適切な材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。例えば、第2のフレックス回路基板316は、真空チャンバ(例えば、第1の回路基板314)の上部からの熱伝導率を低下させ、および/または表面実装減衰器354などの後続の構成要素で生成される熱を消散させるために、銅合金信号線および/またはグラウンド層を含むことができる。
[0086] いくつかの実施形態では、第2のフレックス回路基板316は、少なくとも1つの表面実装減衰器基板318に結合され得る。例えば、第2のフレックス回路基板316は、少なくとも1つのフレックス-フレックス相互接続部336によって表面実装減衰器基板318に結合することができる。例えば、フレックス-フレックス相互接続部336は、第2のフレックス回路基板316のグラウンド層、誘電体層、および/または信号線を、表面実装減衰器基板318に(構造的および/または電気的に)結合することができる。例として、フレックス-フレックス相互接続部336は、第2のフレックス回路基板316の構成要素を表面実装減衰器基板318に半田付け、溶接、および/またはその他の方法で溶融することによって形成することができる。フレックス-フレックス相互接続部336は、例えば、バットジョイント、オーバーラップジョイント、および/または任意の他の適切な相互接続部のような、2つのフレックス回路基板306の任意の適切な相互接続部であり得るか、またはこれらを含み得る。
[0087] 表面実装減衰器基板318は、フレキシブルプリント回路基板とすることができる。いくつかの実施形態では、表面実装減衰器基板318は、グラウンド層および/または信号線に表面実装減衰器基板材料であるか、または表面実装減衰器基板材料を含むことができる。表面実装減衰器基板材料は、高い信号伝達性能特性を提供するように選択することができる。例として、表面実装減衰器基板材料は、銅、黄銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であるか、またはこれらを含むことができる。例えば、表面実装減衰器基板は、高い信号伝達性能特性を提供するために、銅信号線および/またはグラウンド層を含むことができる。
[0088] 表面実装減衰器基板318は、1つまたは複数の表面実装減衰器354を含むことができる。表面実装減衰器354は、熱光子干渉を減衰または遮断するように構成することができる。いくつかの実施形態では、表面実装減衰器基板318および/または表面実装減衰器354は、表面実装減衰器354が熱光子を生成しないように、十分に低い温度で配置することができる。いくつかの実施形態では、表面実装減衰器354は、分離プレート内に配置することができる。分離プレートは、1つまたは複数の表面実装減衰器を分離するように構成することができる。分離プレートは、表面実装減衰器基板318に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、分離プレートは、グラウンド層に実装することができる、および/または接地され得る。分離プレートは、第1の表面実装減衰器を第2の表面実装減衰器から分離するように構成された1つまたは複数のキャビティを含むことができる。例えば、キャビティは、第2の表面実装減衰器の方向に第1の表面実装減衰器を取り囲み、減衰器間のクロストークをブロックすることができる。
[0089] 量子計算システム300は、少なくとも1つの第3のフレックス回路基板320を含むことができる。例えば、表面実装減衰器基板318は、少なくとも1つのフレックス-フレックス相互接続部338によって第3のフレックス回路基板320に結合することができる。例えば、フレックス-フレックス相互接続部338は、表面実装減衰器基板318のグラウンド層、誘電体層、および/または信号線を第3のフレックス回路基板320に(構造的および/または電気的に)結合することができる。例として、フレックス-フレックス相互接続部338は、表面実装減衰器基板318の構成要素を第3のフレックス回路基板320に半田付け、溶接、および/またはその他の方法で溶融することによって形成することができる。フレックス-フレックス相互接続部338は、例えば、バットジョイント、オーバーラップジョイント、および/または任意の他の適切な相互接続部のような、2つのフレックス回路基板306の任意の適切な相互接続部であり得るか、またはこれらを含み得る。
[0090] 第3のフレックス回路基板320は、真空チャンバ内の、ある材料が超電導性を示すのに十分に冷却勾配が冷却される点に配置することができる。例えば、第3のフレックス回路基板320の少なくとも一部は、約3ケルビン未満の温度を有することができる。
[0091] いくつかの実施形態では、第3のフレックス回路基板320は、グラウンド層および/または信号線に第3のフレックス回路基板材料であるか、または第3のフレックス回路基板材料を含むことができる。第3のフレックス回路基板320の材料は、第3のフレックス回路基板320の少なくとも一部が超電導性を経験する温度で超電導性であるように選択することができる。例として、第3のフレックス回路基板320の材料は、ニオブ、スズ、アルミニウム、および/または他の適切な超電導材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。例えば、第3のフレックス回路基板320は、超電導性を提供するために、銅めっきされたニオブ信号線および/またはグラウンド層を含むことができる。例えば、銅めっきされたニオブ基板上の銅めっきは、信号伝達特性を改善することができる超電導ニオブとのインターフェースに有用であり得る。いくつかの実施形態において、銅めっきニオブ基板は、最初にニオブの層を適用し、次いで酸化物の形成を防止するために銅の薄層を適用し、次いで銅のより厚い層を適用することによって形成することができる。
[0092] いくつかの実施形態では、第3のフレックス回路基板320は、少なくとも1つの第4のフレックス回路基板322に結合され得る。第3のフレックス回路基板320は、少なくとも1つのフレックス-フレックス相互接続部340によって第4のフレックス回路基板322に結合することができる。例えば、フレックス-フレックス相互接続部340は、第3のフレックス回路基板320のグラウンド層、誘電体層、および/または信号線を第4のフレックス回路基板322に(構造的および/または電気的に)結合することができる。例として、フレックス-フレックス相互接続部340は、第3のフレックス回路基板320の構成要素を第4のフレックス回路基板322に半田付け、溶接、および/または他の方法で溶融することによって形成することができる。フレックス-フレックス相互接続部340は、例えば、バットジョイント、オーバーラップジョイント、および/または任意の他の適切な相互接続部のような、2つのフレックス回路基板306の任意の適切な相互接続部であり得るか、またはこれらを含み得る。
[0093] 第4のフレックス回路基板322は、第3のフレックス回路基板320を量子ハードウェア304に結合することができる。例えば、第4のフレックス回路基板322の端部のコネクタ342は、量子ハードウェア304と信号通信するポートに取り付けることができる。一例として、コネクタは、超電導材料(例えば、スズ)を含むTジョイントコネクタなどのTジョイントコネクタとすることができる。さらに、および/または代替的に、コネクタ342は、平面スプリングアレイであってもよい。本開示の例示的態様に従って採用され得る例示的Tジョイントコネクタを図5-8に示す。
[0094] いくつかの実施形態では、第4のフレックス回路基板322は、グラウンド層および/または信号線に第4のフレックス回路基板材料であるか、または第4のフレックス回路基板材料を含むことができる。第4のフレックス回路基板322の材料は、高い信号伝達性能特性を提供するように選択することができる。例として、第4のフレックス回路基板322の材料は、銅、黄銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であり得るか、またはこれらを含み得る。例えば、第4のフレックス回路基板322は、高い信号伝達性能特性を提供するために、銅信号線および/またはグラウンド層を含むことができる。加えて、および/または代替的に、第4のフレックス回路基板322の材料は、第4のフレックス回路基板322の少なくとも一部が超電導を経験する温度において超電導であるように選択され得る。例として、第4のフレックス回路基板322の材料は、ニオブ、スズ、アルミニウム、および/または他の適切な超電導材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。
[0095] いくつかの実施形態では、第4のフレックス回路基板322は、XYZおよび/またはIRフィルタ356などのフィルタ356であってもよく、またはこれを含んでもよい。例えば、フィルタ356は、ノイズ、熱光子、および/または他の潜在的な干渉源の影響を低減するように構成することができる。一例として、フィルタ356は、XYZ/IRフィルタリングを提供するために、微粒子懸濁液などのフィルタ材料で充填されたキャビティを第4のフレックス回路基板322に含むことができる。いくつかの例では、フィルタ材料は、第1の周波数の信号に対してより小さい減衰を与え、第2のより高い周波数の信号に対してより大きい減衰を与えることができる。例えば、いくつかのフィルタ材料は、目標周波数帯域の少なくとも一部に対して信号周波数の増加と共に実質的に単調に増加する減衰を提供する。いくつかの実施形態において、フィルタ材料の態様は、ローパスおよび/またはバンドパス動作のために構成することができる。
[0096] いくつかの実施形態では、フィルタ356は、第4のフレックス回路基板322内のキャビティ(例えば、誘電体材料内のキャビティ)の1つまたは複数の境界によって境界を定められ得る。例えば、第4のフレックス回路基板322内のキャビティは、フィルタ材料(例えば、磁気的に担持されたポリマー)で充填され得る。いくつかの実施形態では、フィルタ材料が任意の注ぎ可能、注入可能、および/または成形可能な状態(例えば、流動微粒子、軟質/可塑化材料、ゲル、スラリー、ペースト、発泡体、未硬化熱硬化性材料、軟化/溶融熱可塑性材料など)である場合、第4のフレックス回路基板322内のアクセスを介して、キャビティをフィルタ材料で(例えば、部分的または完全に)充填することができる。いくつかの実施形態において、キャビティは、(例えば、キャビティ内への圧入などによって)実質的に固体状態においてフィルタ材料で充填することができる。
[0097] 図4は、本開示の例示的実施形態による例示的フレックス回路基板400の断面図を示す。フレックス回路基板400は、1つまたは複数の信号線406を含むことができる。フレックス回路基板400は、1つまたは複数の古典的プロセッサを量子ハードウェアに結合するために、真空チャンバなどを介して、1つまたは複数の信号線406によって信号を送信するように構成することができる。フレックス回路基板400は、複数の信号線406を含むことができ、改善された分離、低減された熱伝導率、および/または改善されたスケーラビリティを提供することに加えて、著しく改善された信号線密度を提供することができる。例えば、古典的プロセッサを量子ハードウェアに結合するために、本開示の例示的態様によるフレックス回路基板400を含むことは、現在および/または将来の量子計算システムにおいて達成および/または期待される、ますます多くなる量子ビット数に確実にスケーリングするインフラストラクチャを提供することができる。
[0098] 本明細書で使用されるように、「フレックス回路基板」とは、その上に1つまたは複数の信号線406が形成または配置され、少なくとも1つの平面において柔軟性を有する、少なくとも1つの概ね平面の基板(例えば、層状基板)または他の支持体を含む基板を指す。本明細書で使用される場合、「柔軟性」とは、破損することなく変形する(例えば、機械的応力などを受ける)能力を指す。例えば、矩形フレックス回路基板400は、矩形フレックス回路基板400の最大表面に沿ってフレキシブルであってもよい。矩形フレックス回路基板400は、そのエッジの少なくとも一部に沿ってフレキシブルおよび/または剛性であってもよい。柔軟性は、フレックス回路基板400および/またはフレックス回路基板400の層が形成される材料(例えば、銅、銅合金、ニオブ、アルミニウムなどの金属、誘電体材料、非金属、ポリマー、ゴムなど)の特性として達成することができ、フレックス回路基板400のヒンジ止めおよび/またはセグメント化(例えば、剛性部分のヒンジ止めおよび/またはセグメント化)によって、および/または任意の他の適切な方法で達成できる。基板は、厳密に平面(例えば、長さおよび幅にわたって実質的に線形的な断面を有する)であってもよく、および/または、基板が少なくとも1つの断面において曲がる、しわになる、またはそうでなければ非線形であるが、一般に、長さおよび幅よりも著しく小さい(例えば、約10%未満)深さを有する形状を表すという点で、一般に平面であってもよい。
[0099] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板400は、少なくとも1つのグラウンド層402を含むことができる。グラウンド層402は、最大表面に沿った外面など、フレックス回路基板400の外面を形成することができる。いくつかの実施形態では、フレックス回路基板400は、2つの平行で離間したグラウンド層402など、2つのグラウンド層402を含むことができる。例えば、2つのグラウンド層402は、フレックス回路基板400の両方の最大外面を形成することができる。グラウンド層402は、グラウンド層402の一方の側の信号線406を、グラウンド層402の他方の側の干渉信号(例えば、他の層の上の信号線406、他の基板、環境等からの)から分離するための電気的分離層として作用することができる。例えば、グラウンド層402は、接地および/または他の適切な接地に結合することができる。
[0100] グラウンド層402は、任意の適切な導電性材料であってもよく、またはこれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、グラウンド層402は、約1ケルビン、約20ミリケルビン未満など、約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料のような超電導材料を含む超電導グラウンド層であるか、または超電導グラウンド層402を含むことができる。例として、グラウンド層402は、ニオブ、スズ、アルミニウム、および/または他の適切な超電導材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。加えて、および/または代替的に、グラウンド層402は、信号が信号線を通過することによって実質的に変化しないように、低抵抗、低反射率、低歪みなどの高い信号伝達性能特性を有する材料であるか、またはそのような材料を含むことができる。例として、グラウンド層402は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であってもよく、またはこれらを含んでもよい。加えて、および/または代替的に、グラウンド層402は、例えば、銅、銅合金、薄い超電導材料などの、適切に高いおよび/または低い熱伝達などの望ましい熱特性を有する材料であってもよく、またはそれらを含むことができる。
[0101] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板400は、少なくとも1つの誘電体層404を含むことができる。誘電体層404は、誘電性ポリマーなどの任意の適切な誘電体材料であってもよく、またはこれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、誘電体層404は、フレキシブル誘電体材料であるか、またはフレキシブル誘電体材料を含むことができる。一例として、誘電体層404は、ポリイミドであるか、またはポリイミドを含むことができる。誘電体層404の少なくとも一部は、グラウンド層402の内面の少なくとも一部の上に形成されてもよいし、またはグラウンド層の内面の少なくとも一部に近接して配置されてもよい。例えば、いくつかの実施態様において、グラウンド層402の内面は、誘電体層404の外面と嵌合することができる。さらに、いくつかの実施態様において、2つの誘電体層404の内面は、それらの間に配置された信号線406と嵌合することができる。
[0102] フレックス回路基板400は、1つまたは複数の信号線406を含むことができる。1つまたは複数の信号線406は、少なくとも1つの誘電体層404の表面(例えば、内面)上に配置することができる。一例として、いくつかの実装形態では、1つまたは複数の信号線406は、2つの誘電体層404の対向する内面間に配置することができる。信号線406は、任意の適切な導電性材料であってもよく、またはこれを含んでもよい。いくつかの実施形態では、信号線406は、約1ケルビン、約20ミリケルビンなどの約3ケルビン未満の温度で超電導性を達成する超電導材料などの超電導材料を含む超電導信号線406であってもよく、または含むことができる。例として、信号線406は、ニオブ、スズ、アルミニウム、二硫化モリブデン、BSCCO、および/または他の適切な超電導材料であるか、またはこれらを含むことができる。加えて、および/または代替的に、信号線406は、高い信号伝達性能特性を有する材料であり得るか、またはそれを含み得る。例として、信号線406は、銅、金、および/または高い信号伝達性能特性を有する他の適切な材料であり得るか、またはこれらを含み得る。加えて、および/または代替的に、信号線406は、例えば、銅、銅合金等のような、所望の熱特性を有する材料であり得るか、またはそれらを含み得る。
[0103] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板400は、1つまたは複数のビア(図示せず)を含むことができる。例えば、ビアは、グラウンド層402、誘電体層404、および/または信号線406を貫通して延在することができる。ビアは、信号線406の分離を改善する働きをすることができる。いくつかの実施形態では、ビアは、ビアに沿って延在するビアプレート(図示せず)でめっきすることができる。ビアプレートは、任意の適切な材料とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、ビアプレートは、銅などの導電性材料であってもよく、または導電性材料を含んでもよい。
[0104] いくつかの実施形態では、フレックス回路基板400は、相互接続パッド(図示せず)を含むことができる。相互接続パッドは、グラウンド層402および/または信号線406などのフレックス回路基板400上の導電性材料に結合することができる。加えて、および/または代替的に、フレックス回路基板400内のビアは、同じ材料で形成された、および/または相互接続パッドと同時に形成されたビアプレートでめっきすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、グラウンド層402および/または信号線406は、超電導材料であってもよく、相互接続パッドは、超電導グラウンド層402および/または超電導信号線406との改善されたインターフェースを提供するために銅などの材料であってもよい。例えば、これは、超電導材料とのおよび/または超電導材料間のインターフェースに関連するいくつかの困難を解決することができる。いくつかの実施形態では、接着層(図示せず)は、相互接続パッドと導電性材料(例えば、グラウンド層402および/または信号線406)との間に含まれ得る。いくつかの実施形態では、接着層は、チタンなど、グラウンド層402および/または信号線406および/または相互接続パッドの材料とは異なる材料とすることができる。いくつかの実施形態において、相互接続パッドは、堆積された銅、次いで電気めっきされた銅から形成することができる。相互接続パッドは、相互接続パッドとフレックス回路基板400との間のインターフェースの汚染を防止するために、真空中で堆積されてもよい。
[0105] 図5は、本開示の例示的実施形態による例示的Tジョイントコネクタ500の断面図を示す。Tジョイントコネクタ500は、1つまたは複数のフレックス回路基板510を実装回路基板520に結合するように構成することができる。例えば、Tジョイントコネクタ500は、複数のフレックス回路基板510を単一の実装回路基板520に垂直に接続するように構成することができる。これは、望ましい信号送信特性を維持しながら、多数の信号線(例えば、複数の基板からの)を比較的高い信号線密度を有する単一の基板に接続するのに適した高密度相互接続部を提供することができる。
[0106] フレックス回路基板510はそれぞれ、少なくとも1つのグラウンド層512、少なくとも1つの誘電体層514、および/または1つまたは複数の信号線516を含むことができる。例えば、フレックス回路基板510は、図4のフレックス回路基板400であってもよい。いくつかの実施形態では、グラウンド層512および/または信号線516は、アルミニウム、ニオブ、スズ、二硫化モリブデン、BSCCOなど、約3ケルビン未満の温度での超電導材料であってもよく、またはそのような超電導材料を含んでもよい。
[0107] 実装回路基板520は、本明細書に記載されるようなフレックス回路基板(例えば、1つまたは複数のフレキシブル基板から形成される)であってもよく、および/または剛性回路基板であってもよい。実装回路基板520は、少なくともグラウンド層522および誘電体層524を含むことができる。グラウンド層522および/または誘電体層524は、フレキシブルおよび/または剛性であってもよい。さらに、グラウンド層522の反対側の実装回路基板520の表面は、1つまたは複数のグラウンドパッド526および/または1つまたは複数の信号パッド528を含むことができる。例えば、グラウンド層522の反対側の表面は、信号パッド528の2次元アレイを含むことができる。グラウンドパッド526は、信号パッド528間を絶縁するように配置されてもよい。例えば、グラウンドパッド526は、信号パッド528の2次元アレイ間の空間に配置されてもよい。
[0108] Tジョイントコネクタは、1つまたは複数のスプリング相互接続部530を含むことができる。スプリング相互接続部530は、フレックス回路基板510の表面上に配置することができる。スプリング相互接続部530は、信号線516に結合することができ、および/または1つまたは複数の信号線516と電気通信(例えば、信号通信)することができる。図5は、フレックス回路基板510当たり1つのスプリング相互接続部530のみを示す、Tジョイントコネクタ500の断面を示す。いくつかの実施形態では、複数のスプリング相互接続部530が、フレックス回路基板510の表面にわたって間隔を置いて配置され得ることを理解されたい。例えば、スプリング相互接続部530のラインは、信号パッド528の2次元アレイ内の信号パッド528の対応するラインに結合することができる。
[0109] スプリング相互接続部530の各々は、スプリング要素532を含むことができる。いくつかの実施形態では、スプリング要素532は、半田パッドなどの信号パッド534によってフレックス回路基板510に取り付けることができる。信号パッド534は、スプリング要素532との信号通信を提供することができる。ビア536は、信号線516から信号パッド534および/またはスプリング要素532まで延在することができる。例えば、ビア536は、信号線516とスプリング要素532との間の信号通信を提供することができる。いくつかの実施形態では、信号パッド534とグラウンド層512との間にギャップ538を設けて、グラウンド層512を信号パッド534および/またはスプリング要素532から分離することができる。
[0110] いくつかの実施形態では、スプリング要素532は、約1ケルビン未満など、約20ミリケルビン未満など、約3ケルビン未満の温度での超電導材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態において、スプリング要素532は、超電導材料で形成され得る。追加的および/または代替的に、いくつかの実施形態では、スプリング要素532は、スズなどの超電導材料のコーティングを含むことができる。例えば、スプリング要素532は、非超電導材料(例えば、ベリリウム)で形成され、超電導材料(例えば、スズ)で被覆されてもよい。このようにして、スプリング要素532は、超電導でなくてもよい所望の機械的特性(例えば、弾性、張力など)を有する材料を用いて、スプリングとして適切に機能することができ、一方、超電導コーティングは、そのコーティングがスプリング相互接続部530において超電導特性を提供するのに十分であり得るので、超電導を提供することができる。
[0111] いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタ500は、フレックス回路基板510の間に1つまたは複数の分離プレート(図示せず)を含むことができる。分離プレートは、第1のフレックス回路基板510を第2のフレックス回路基板510から分離し、および/またはフレックス回路基板510を外部干渉から分離することができる。さらに、および/または代替的に、分離プレートが、フレックス回路基板510と実装基板520との間に含まれてもよい。分離プレートは、分離プレートが接地されるように、実装基板520(例えば、グラウンドパッド526)および/または別の適切なグラウンドと接触してもよい。
[0112] いくつかの実施形態では、Tジョイントコネクタ500は、自己整合されてもよい。例えば、シム、タブ、コネクタハードウェアなどの様々な位置合わせシステムを使用して、フレックス回路基板510を実装回路基板520に位置合わせし、および/またはスプリング要素532を信号パッド528に位置合わせすることができる。一例として、フレックス回路基板510および/またはスプリング相互接続部530は、Tジョイントコネクタ500を実装回路基板520上の界面嵌合インターフェースに位置合わせするように構成されたコネクタハードウェア内に配置されてもよい。
[0113] 図6Aおよび6Bは、本開示の例示的実施形態による例示的Tジョイントコネクタ600の斜視図を示す。図6Aおよび図6Bに示すように、Tジョイントコネクタ600は、第1のフレックス回路基板602および第2のフレックス回路基板604を含む。本開示の例示的態様によれば、1つまたは複数のフレックス回路基板などの任意の適切な数のフレックス回路基板を、Tジョイントコネクタ600に含めることができることを理解されたい。Tジョイントコネクタ600は、フレックス回路基板602、604を実装回路基板606に接続するように構成することができる。
[0114] Tジョイントコネクタ600は、コネクタシェル610を含むことができる。例えば、コネクタシェル610をベース620に取り付けて、フレックス回路基板602、604を実装回路基板606に接続することができる。コネクタシェル610は、フレックス回路基板602、604の少なくとも一部を収容するように構成することができる。コネクタシェルは、フレックス回路基板602、604を実装回路基板606に位置合わせするように構成することができる。例えば、コネクタシェル610は、フレックス回路基板602、604を実装回路基板606に位置合わせするためにコネクタシェル610と結合する、ベース620などの、実装回路基板606上および/または実装回路基板606に近接する実装ハードウェアによって受け入れられ得る。
[0115] コネクタシェルは、第1のコネクタプレート612および第2のコネクタプレート614を含むことができる。第1のコネクタプレート612は、第2のコネクタプレート614と平行に、および/または第2のコネクタプレート614から離間して配置され、それらの間に容積を画定することができる。容積は、例えば、フレックス回路基板602、604を含むことができる。例えば、フレックス回路基板602、604は、第1のコネクタプレート612と第2のコネクタプレート614との間に配置することができる。いくつかの実施形態において、固定ピース616は、第1のコネクタプレート612を第2のコネクタプレート614に取り付けることができる。さらにおよび/または代替的に、固定ピース616は、コネクタプレート612、614をベース620に結合するように構成することができる。
[0116] Tジョイントコネクタ600は、Tジョイントコネクタ600の少なくとも一部を貫通する1つまたは複数のスルーホール618を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スルーホール618は、第1のコネクタプレート612、フレックス回路基板602および/または604の少なくとも一部、シム、および/または第2のコネクタプレート614を貫通して延びることができる。いくつかの実施形態では、スルーホール618は、フレックス回路基板602、604内の信号線との干渉を防止するために、フレックス回路基板602、604のエッジのみを貫通して延びる(またはフレックス回路基板602、604を貫通して延びない)ことができる。図6Bに示すように、スルーホール618は、ロッドアセンブリ628を受け入れて、第1のコネクタプレート612を第2のコネクタプレート614に固定するように構成することができる。
[0117] 図7は、本開示の例示的実施形態による例示的Tジョイントコネクタ700の少なくとも一部を示す。図7に示すように、Tジョイントコネクタ700は、第1のフレックス回路基板702と第2のフレックス回路基板704とを含む。本開示の例示的態様によれば、1つまたは複数のフレックス回路基板などの任意の適切な数のフレックス回路基板を、Tジョイントコネクタ700に含めることができることを理解されたい。Tジョイントコネクタ700は、フレックス回路基板702、704を実装回路基板(図示せず)に接続するように構成することができる。
[0118] Tジョイントコネクタ700は、1つまたは複数のスプリング相互接続部705を含むことができる。スプリング相互接続部705は、フレックス回路基板702および/または704の信号線に結合することができ、および/または信号線と電気通信(例えば、信号通信)することができる。例えば、スプリング相互接続部をそれぞれの信号線に結合することができる。スプリング相互接続部は、信号線を実装回路基板に、例えば、実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合することができる。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング相互接続部705の一部または全部は、スプリング要素を含むことができる。例えば、スプリング要素は、信号線を信号パッドに結合するために、実装回路基板上に配置されたそれぞれの信号パッドに接触するように構成することができる。いくつかの実施形態において、スプリング要素は、Tジョイントコネクタを実装回路基板と嵌合させることによって生じる張力が、スプリング要素と信号パッドとの間の強固な接触を確立するように、圧縮、屈曲、格納、または他の方法で配置されてもよい。
[0119] スプリング相互接続部705は、約1ケルビン等、約20ミリケルビン等の約3ケルビン未満の温度で超電導である(例えば、超電導を経験する)材料等の超電導材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、超電導材料を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、スプリング要素は超電導材料で形成することができる。加えて、および/または代替的に、いくつかの実施形態では、スプリング要素は、超電導材料の超電導コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、超電導コーティングは、(例えば、超電導材料として)スズを含むことができる。
[0120] いくつかの実施形態では、複数のスプリング相互接続部705は、フレックス回路基板702および/または704の表面にわたって間隔を置いて配置され得る。例えば、スプリング相互接続部705のラインは、信号パッドの2次元アレイ内の信号パッドの対応するラインに結合することができる。いくつかの実施形態では、第1のフレックス回路基板702は、第1の方向に第1のフレックス回路基板702の表面にわたって間隔を置いて配置された複数(例えば、第1の複数)のスプリング相互接続部705を含むことができる。さらに、および/または代替的に、第2のフレックス回路基板704は、第1のフレックス回路基板702と平行に配置することができる。第2のフレックス回路基板704は、第1のフレックス回路基板702から第2の方向に離間することができる。第2の方向は、第1の方向に垂直であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、第2のフレックス回路基板704は、第1の方向に第2のフレックス回路基板704の表面にわたって間隔を置いて配置された複数(例えば、第2の複数)のスプリング相互接続部705を含むことができる。例えば、第2のフレックス回路基板702の表面にわたって間隔を置いて配置された複数のスプリング相互接続部705は、第1のフレックス回路基板704の表面にわたって間隔を置いて配置された複数のスプリング相互接続部705に対して平行であるおよび/または位置合わせすることができる。
[0121] Tジョイントコネクタ700は、シムアセンブリ710を含むことができる。シムアセンブリ710は、図6A~図6Bのコネクタシェル610および/または任意の他の適切なコネクタシェルなどのコネクタシェル内に配置されるように構成することができる。シムアセンブリ710は、シム712、714、および716などの1つまたは複数のシムを含むことができる。シム712、714、716は、Tジョイントコネクタ700の様々な構成要素を位置合わせおよび/または分離するように、Tジョイントコネクタ700の構成要素を離間させるように構成することができる。一例として、シム714は、第1のフレックス回路基板702を第2のフレックス回路基板704から離間させるように構成することができる。別の例として、シム712および/または716は、フレックス回路基板(例えば、フレックス回路基板702および/または704)を、第1のコネクタプレートおよび/または第2のコネクタプレートなどのコネクタシェルなどのコネクタハードウェアの一部から離して配置するように構成することができる。いくつかの実施形態において、シム712、714、716は、非導電性材料であってもよく、または非導電性材料を含んでもよい。
[0122] いくつかの実施形態では、1つまたは複数のタブ715、717が、シム712、714、716から延びることができる。タブ715、717は、スプリング相互接続部705を離間させるように構成することができる。例えば、シム712、714、716は、フレックス回路基板702、704に平行な方向に離間したスプリング相互接続部705(例えば、同じフレックス回路基板上のスプリング相互接続部705)、および/またはフレックス回路基板702、704に垂直な方向に離間したスプリング相互接続部705(例えば、異なるフレックス回路基板上のスプリング相互接続部705)を離間してもよい。追加的および/または代替的に、タブ715、717は、スプリング相互接続部705(例えば、スプリング要素)を信号パッドに位置合わせするように構成することができる。例えば、タブ715、717は、隣接するスプリング相互接続部705の間に配置されて、スプリング相互接続部705が、それぞれの信号パッド以外の構成要素と電気接続を形成することを禁止されるようにすることができる。追加的および/または代替的に、タブ715、717は、例えば、Tジョイントコネクタ700が実装回路基板と嵌合されるときに、それぞれの信号パッドに対してスプリング相互接続部705を案内することによって、スプリング相互接続部705(例えば、スプリング要素)とスプリングパッドとの間の位置合わせされた接触を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、タブ715、717は、非導電性材料など、シム712、714、716と同じ材料で作製することができる。
[0123] 図8は、本開示の例示的実施形態による例示的Tジョイントコネクタ800の少なくとも一部を示す。図8に示すように、Tジョイントコネクタ800は、第1のフレックス回路基板802と第2のフレックス回路基板804とを含む。本開示の例示的態様によれば、1つまたは複数のフレックス回路基板などの任意の適切な数のフレックス回路基板を、Tジョイントコネクタ800に含めることができることを理解されたい。Tジョイントコネクタ800は、フレックス回路基板802、804を実装回路基板(図示せず)に接続するように構成することができる。
[0124] Tジョイントコネクタ800は、コネクタプレート810を含むことができる。図8は、説明のために第2のコネクタプレートが除去されたコネクタを示す。コネクタプレート810は、本明細書(例えば、図6A~図6B)で説明したように、別のコネクタプレートに結合してフレックス回路基板802、804を固定することができることを理解されたい。さらに、Tジョイントコネクタ800は、シム812、814、816を含むことができる。シム812、814、816は、Tジョイントコネクタ800の様々な構成要素を位置合わせおよび/または分離するように、Tジョイントコネクタ800の構成要素を離間させるように構成することができる。一例として、シム814は、第1のフレックス回路基板802を第2のフレックス回路基板804から離間させるように構成することができる。別の例として、シム812および/または816は、フレックス回路基板(例えば、フレックス回路基板802および/または804)を、第1のコネクタプレートおよび/または第2のコネクタプレートなどのコネクタシェルなどのコネクタハードウェアの一部から離して配置するように構成することができる。いくつかの実施形態において、シム812、814、816は、非導電性材料であってもよく、または非導電性材料を含んでもよい。
[0125] Tジョイントコネクタ800は、Tジョイントコネクタ800の少なくとも一部を貫通する1つまたは複数のスルーホール820を含むことができる。例えば、図8に示すように、スルーホール820は、第1のコネクタプレート810、フレックス回路基板802および/または804の少なくとも一部、および/またはシム812、814、816を貫通して延びることができる。さらにおよび/または代替的に、スルーホール820は、第2のコネクタプレートを貫通して伸びることができる。いくつかの実施形態では、図8に示されるように、スルーホール820は、フレックス回路基板802、804内の信号線との干渉を防止するために、フレックス回路基板802、804のエッジのみを通って伸びる(またはフレックス回路基板802、804を通って伸びない)ことができる。スルーホール820は、第1のコネクタプレート810を第2のコネクタプレートに固定するためのロッドアセンブリを受け入れるように構成され得る。
[0126] 図9は、本開示の例示的実施形態によるTジョイントコネクタを製造する例示的方法900を示す。方法900は、図5~図8に示したTジョイントコネクタ500、600、700、または800のいずれかなど、任意の適切なTジョイントコネクタに対して実施することができる。図9は、説明および議論のために、特定の順序で実行されるステップを示す。当業者は、本明細書に提供された開示を使用して、本明細書に開示された任意の方法の様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な方法で、適応され、修正され、同時に実行され、省略され、図示されないステップを含み、再配置され、および/または拡張され得ることを理解する。
[0127] 方法900は、902において、1つまたは複数のスプリング相互接続アレイを1つまたは複数のフレックス回路基板に半田付けするステップを含むことができる。例えば、スプリング相互接続アレイは、本明細書に記載されるように、複数のスプリング相互接続部を含むことができる。スプリング相互接続アレイは、フレックス回路基板を固定し、スプリング相互接続アレイの接触領域へのアクセスを可能にするように構成された半田付け治具などの半田付け治具の助けを借りて、フレックス回路基板に半田付けすることができる。いくつかの実施形態では、信号パッドのサイズのペーストマスクを使用することができる。ペーストマスクは、レーザカット基板の内部に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、半田マスクテープ(例えば、カプトンテープ)をグラウンド層に適用して、グラウンド層の汚染を防止することができる。
[0128] 方法900は、904において、1つまたは複数のシムから1つまたは複数のタブを切断するステップを含むことができる。例えば、タブは、例えばハサミなどの切断ツールを使用して切断することができる。タブは、タブが剪断されたスプリング上に嵌合することができるように、スプリング相互接続部の第2の屈曲部で切断することができる。
[0129] 方法900は、906において、1つまたは複数のスプリング相互接続アレイから1つまたは複数のスプリング要素を剪断切断するステップを含むことができる。例えば、スプリング要素は、曲げられた金属シートのような連続的なスプリング相互接続アレイから形成され得る。
[0130] 方法900は、908において、1つまたは複数のフレックス回路基板および/または1つまたは複数のシムを積み重ねてシムアセンブリを形成するステップを含むことができる。例えば、基板および/またはシムは、基板および/またはシムを位置合わせさせるために、1つまたは複数のダボの助けを借りて積み重ねることができる。一例として、切り取られたタブを有する基板およびシムは、交互にすることができる。タブのないシムをスタックの端部に含めることができる(例えば、外部基板とコネクタシェルとの間に嵌合するため)。
[0131] 方法900は、910において、シムアセンブリを実装回路基板に予め位置合わせするステップを含むことができる。例えば、シムアセンブリは、Tジョイントコネクタを受け入れるように構成される実装回路基板上の実装ハードウェアと位置合わせすることができる。例えば、シム上に切断されたタブを使用して、フレックス回路基板を実装回路基板に位置合わせすることができる。
[0132] 方法900は、912において、実装回路基板をシムアセンブリに固定するステップを含むことができる。例えば、実装回路基板を半田付け治具のベースに固定することができる。いくつかの実施形態では、実装回路基板は、クランプで固定することができる。
[0133] 方法900は、914において、Tジョイントコネクタの残りの構成要素を設置するステップを含むことができる。例えば、実装回路基板を固定した後、スプリング相互接続部を取り付け、位置合わせすることができる。いくつかの実施形態において、クランプは、さらなる構成要素を固定するために使用され得る。
[0134] 図10は、本開示の例示的実施形態によるTジョイントコネクタを含む量子計算システムを動作させる例示的方法を示す。方法1000は、図1~図3に示した量子計算システム100または300のいずれかなど、任意の適切な量子計算システムを使用して実施することができる。図10は、説明および議論のために、特定の順序で実行されるステップを示す。当業者は、本明細書に提供された開示を使用して、本明細書に開示された任意の方法の様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な方法で、適応され、修正され、同時に実行され、省略され、図示されないステップを含み、再配置され、および/または拡張され得ることを理解する。
[0135] 方法1000は、1002において、1つまたは複数の信号線に制御パルスを送信するステップを含むことができる。例えば、制御パルスは、信号線に結合された1つまたは複数の古典的プロセッサによって送信することができる。制御パルスは、電圧信号などの古典的な(例えば、バイナリ)コンピュータ可読信号データ、および/または量子計算デバイスによって実装可能な信号であり得るか、またはこれらを含み得る。信号線は、1つまたは複数のフレックス回路基板に配置することができる。例えば、フレックス回路基板は、図4のフレックス回路基板400のような、本明細書で説明される任意の適切なフレックス回路基板とすることができる。フレックス回路基板は、図1-3の量子計算システム100および/または300などの任意の適切な量子計算システム内に配置することができる。
[0136] 方法1000は、1004において、制御パルスを1つまたは複数のフレックス回路基板を介してTジョイントコネクタに送信するステップを含むことができる。例えば、制御パルスは、1つまたは複数のフレックス回路基板内の信号線を介してTジョイントコネクタに送信することができる。Tジョイントコネクタは、図5-8のTジョイントコネクタ500、600、700、800のような任意の適切なTジョイントコネクタとすることができる。制御パルスは、信号線によって、真空チャンバ内の温度勾配を介して送信することができる。例えば、制御パルスを搬送する信号線は、古典的プロセッサ(例えば、室温および/または約100ケルビンのオーダーの温度)からコネクタ(例えば、約10mKなどの約1ケルビン未満の温度)まで温度を漸進的に低下させることができる。
[0137] 方法1000は、1006において、Tジョイントコネクタを介して、量子ハードウェアを含む量子基板に制御パルスを送信するステップを含むことができる。例えば、制御パルスは、フレックス回路基板の信号線に結合されたTジョイントコネクタのスプリング相互接続部(例えば、超電導スプリング相互接続部)を介して送信することができる。量子ハードウェアは、Tジョイントコネクタと同じ温度またはほぼ同じ温度に保つことができる。
[0138] 方法1000は、1008において、制御パルスを印加して、制御パルスに少なくとも部分的に基づく少なくとも1つの量子動作を実施するステップを含むことができる。一例として、いくつかの実施形態では、量子動作は、量子計算デバイスの状態測定値を取得するステップであるか、または取得するステップを含むことができる。例えば、制御パルスは、量子計算デバイスに対して、量子状態を測定すること、および/または量子状態を基礎状態表現に分解することを指示することができる。さらに、測定された量子状態は、(例えば、信号線によって、およびTジョイントコネクタを介して)古典的プロセッサに送信され得る。
[0139] 別の例として、いくつかの実施形態では、量子動作は、量子計算デバイスによって、および/または量子計算デバイスにおいて、少なくとも1つの量子ゲート動作を実施するステップであることができ、または実施するステップを含むことができる。例えば、制御パルスは、量子ゲート動作を実行するために量子計算デバイス(例えば、量子ビット)に印加されるマイクロ波パルスを記述することができる。量子ゲート動作の例としては、アダマールゲート、制御NOT(CNOT)ゲート、制御位相ゲート、Tゲート、マルチ量子ビット量子ゲート、カプラ量子ゲートなどが挙げられるが、これらに限定されない。
[0140] 本明細書に記載されるデジタルおよび/または量子主題ならびにデジタル機能動作および量子動作の実装形態は、デジタル電子回路、適切な量子回路、またはより一般的には、量子計算システムにおいて、具体的に実装されるデジタルおよび/または量子コンピュータソフトウェアまたはファームウェアにおいて、本明細書に開示される構造およびそれらの構造的等価物を含むデジタルおよび/または量子コンピュータハードウェアにおいて、またはそれらの1つまたは複数の組み合わせにおいて、実装され得る。用語「量子計算システム」は、量子コンピュータ/計算システム、量子情報処理システム、量子暗号システム、または量子シミュレータを含み得るが、これらに限定されない。
[0141] 本明細書に記載されるデジタルおよび/または量子主題の実装形態は、1つまたは複数のデジタルおよび/または量子コンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはデータ処理装置の動作を制御するために、有形の非一時的記憶媒体上に符号化されたデジタルおよび/または量子コンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして実装することができる。デジタルおよび/または量子コンピュータ記憶媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶基板、ランダムまたはシリアルアクセスメモリデバイス、1つまたは複数の量子ビット/量子ビット構造、またはそれらの1つまたは複数の組み合わせとすることができる。代替的または追加的に、プログラム命令は、データ処理装置による実行のために適切な受信機装置に送信するためのデジタルおよび/または量子情報を符号化するために生成される、デジタルおよび/または量子情報(例えば、機械生成電気信号、機械生成光信号、または機械生成電磁信号)を符号化することができる人工的に生成された伝搬信号上に符号化することができる。
[0142] 量子情報および量子データという用語は、量子システムによって運ばれ、保持され、または格納される情報またはデータを指し、ここで、最小の非自明なシステムは、量子ビット、すなわち、量子情報の単位を定義するシステムである。「量子ビット」という用語は、対応する文脈において2レベルシステムとして適切に近似され得るすべての量子システムを包含することが理解される。このような量子システムは、例えば2つ以上のレベルを有するマルチレベルシステムを含むことができる。例として、このようなシステムは、原子、電子、光子、イオンまたは超電導量子ビットを含むことができる。多くの実装形態では、計算上の基礎状態は、基底状態および第1の励起状態で識別されるが、計算上の状態が、より高いレベルの励起状態(例えば、量子ビット)で識別される他の設定も可能であることが理解される。
[0143] 「データ処理装置」という用語は、デジタルおよび/または量子データ処理ハードウェアを指し、プログラム可能なデジタルプロセッサ、プログラム可能な量子プロセッサ、デジタルコンピュータ、量子コンピュータ、または複数のデジタルおよび量子プロセッサまたはコンピュータ、およびそれらの組み合わせを例として含む、デジタルおよび/または量子データを処理するためのあらゆる種類の装置、デバイス、および機械を包含する。装置はまた、例えば、FPGA(field programmable gate array)、またはASIC(application-specific integrated circuit)、または量子シミュレータ、すなわち、特定の量子システムに関する情報をシミュレートまたは生成するように設計された量子データ処理装置などの、特殊目的の論理回路であってもよく、またはさらにそれらを含んでもよい。特に、量子シミュレータは、汎用量子計算を実行する能力を有しない特別な目的の量子コンピュータである。装置は、ハードウェアに加えて、デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムのための実行環境を生成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらの1つまたは複数の組み合わせを構成するコードを任意に含むことができる。
[0144] デジタルコンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、またはコードとも呼ばれるか、または記述されてもよく、コンパイル言語または解釈言語、あるいは宣言または手続き言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはデジタルコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしてなど、任意の形式で展開することができる。量子コンピュータプログラムは、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、またはコードとも呼ばれるか、または記述されてもよく、コンパイルされたまたは解釈された言語、または宣言型または手続き型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書くことができ、適切な量子プログラミング言語に翻訳されるか、または量子プログラミング言語、例えば、QCL、Quipper、Cirqなどで書くことができる。
[0145] デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応してもよいが、対応する必要はない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部(例えば、マークアップ言語文書に格納された1つまたは複数のスクリプト)、問題のプログラム専用の単一ファイル、または複数の協調ファイル(例えば、1つまたは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を格納するファイル)に格納することができる。デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムは、1つのデジタルまたは1つの量子コンピュータ上で、または1つのサイトに配置されるか、複数のサイトにわたって分散され、デジタルおよび/または量子データ通信ネットワークによって相互接続される複数のデジタルおよび/または量子コンピュータ上で実行されるように展開することができる。量子データ通信ネットワークは、量子システム、例えば量子ビットを使用して量子データを送信することができるネットワークであると理解される。一般に、デジタルデータ通信ネットワークは、量子データを送信することができないが、量子データ通信ネットワークは、量子データとデジタルデータの両方を送信することができる。
[0146] 本明細書に記載されるプロセスおよび論理フローは、必要に応じて、1つまたは複数のデジタルおよび/または量子プロセッサで動作し、1つまたは複数のデジタルおよび/または量子コンピュータプログラムを実行して、入力デジタルおよび量子データに対して動作し、出力を生成することによって機能を実行する、1つまたは複数のプログラム可能なデジタルおよび/または量子コンピュータによって実行することができる。プロセスおよび論理フローは、専用論理回路(例えば、FPGAもしくはASIC)または量子シミュレータによって実行することもでき、専用論理回路または量子シミュレータと、1つまたは複数のプログラムされたデジタルおよび/または量子コンピュータとの組み合わせによって実装することもでき、装置もまたそのように実装することができる。
[0147] 1つまたは複数のデジタルおよび/または量子コンピュータまたはプロセッサのシステムが、特定の操作または動作を実行するように「構成される」または「動作可能である」ことは、動作中にシステムに操作または動作を実行させるソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせが、システムにインストールされていることを意味する。1つまたは複数のデジタルおよび/または量子コンピュータプログラムが、特定の操作または動作を実行するように構成されることは、1つまたは複数のプログラムが、デジタルおよび/または量子データ処理装置によって実行されるときに、装置に操作または動作を実行させる命令を含むことを意味する。量子コンピュータは、量子計算装置によって実行されたときに、装置に操作または動作を実行させる命令をデジタルコンピュータから受け入れることができる。
[0148] デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムの実行に適したデジタルおよび/または量子コンピュータは、汎用または専用のデジタルおよび/または量子マイクロプロセッサまたはその両方、または任意の他の種類の中央デジタルおよび/または量子処理ユニットに基づくことができる。一般に、中央デジタルおよび/または量子処理ユニットは、リードオンリーメモリ、またはランダムアクセスメモリ、または量子データ、例えば光子、またはそれらの組み合わせを送信するのに適した量子システムから、命令およびデジタルおよび/または量子データを受け入れる。
[0149] デジタルおよび/または量子コンピュータのいくつかの例示的要素は、命令を実施または実行するための中央処理装置、ならびに命令およびデジタルおよび/または量子データを格納するための1つまたは複数のメモリデバイスである。中央処理ユニットおよびメモリは、専用の論理回路または量子シミュレータによって補足され得るか、またはそれらに組み込まれ得る。一般に、デジタルおよび/または量子コンピュータはまた、デジタルおよび/または量子データを格納するための1つまたは複数の大容量記憶装置、例えば、磁気、光磁気ディスク、または光ディスク、または量子情報を格納するのに適した量子システムを含むか、またはこれらの1つまたは複数の大容量記憶装置からデジタルおよび/または量子データを受け入れるか、またはこれらの1つまたは複数の大容量記憶装置にデジタルおよび/または量子データを転送するか、またはこれらの両方を行うように動作可能に結合される。しかし、デジタルおよび/または量子コンピュータは、そのようなデバイスを有する必要はない。
[0150] デジタルおよび/または量子コンピュータプログラム命令およびデジタルおよび/または量子データを格納するのに適したデジタルおよび/または量子コンピュータ可読媒体は、不揮発性のデジタルおよび/または量子メモリ、媒体およびメモリデバイスのすべての形態を含み、例として、半導体メモリデバイス、例えば、EPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイス;磁気ディスク、例えば、内部ハードディスクまたはリムーバブルディスク;光磁気ディスク;ならびにCD-ROMおよびDVD-ROMディスク;ならびに量子システム、例えば、トラップされた原子または電子を含む。量子メモリは、量子データを高い忠実度および効率で長期間にわたって記憶することができるデバイス、例えば、光が送信のために使用される光-物質インターフェース、および重ね合わせまたは量子コヒーレンスなどの量子データの量子特徴を記憶および保存するための物質であることが理解される。
[0151] 本明細書に記載される様々なシステム、またはそれらの一部の制御は、1つまたは複数の非一時的機械可読記憶媒体に格納され、1つまたは複数のデジタルおよび/または量子処理デバイス上で実行可能な命令を含む、デジタルおよび/または量子コンピュータプログラム製品で実装することができる。本明細書に記載されるシステム、またはそれらの一部は、それぞれ、本明細書に記載される動作を実行するための実行可能命令を格納するための1つまたは複数のデジタルおよび/または量子処理デバイスおよびメモリを含むことができる装置、方法、または電子システムとして実装することができる。
[0152] 本明細書は、多くの特定の実装形態の詳細を含むが、これらは、請求され得るものの範囲の制限として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実装形態に特有であり得る特徴の説明として解釈されるべきである。本明細書において別々の実装形態の文脈で説明される特定の特徴は、単一の実装形態において組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実装形態の文脈で説明される様々な機能は、複数の実装形態において、別々に、または任意の適切なサブの組み合わせで実装することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで作用するものとして上述され、最初にそのようにクレームされたとしても、クレームされた組み合わせからの1つまたは複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除することができ、クレームされた組み合わせは、サブ組み合わせまたはサブ組み合わせの変形を対象とすることができる。
[0153] 同様に、動作は特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示された特定の順序で、または連続した順序で実行されること、またはすべての図示された動作が実行されることを要求するものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。さらに、上述の実装形態における様々なシステムモジュールおよび構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、記述されたプログラム構成要素およびシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品に一緒に統合され得るか、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることが理解されるべきである。
[0154] 本主題の特定の実装形態を説明した。他の実装形態は、以下の特許請求の範囲の範疇内である。例えば、特許請求の範囲に記載された動作は、異なる順序で実行することができ、それでも望ましい結果を達成することができる。一例として、添付の図面に示されたプロセスは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示された特定の順序、または連続した順序を必要としない。場合によっては、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。
Claims (20)
- 1つまたは複数のフレックス回路基板を、1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアに接続するためのTジョイントコネクタであって、前記Tジョイントコネクタが:
1つまたは複数のフレックス回路基板であって、前記1つまたは複数のフレックス回路基板の各々が:
1つまたは複数の信号線と;
超電導材料を含む1つまたは複数のスプリング相互接続部であって、前記1つまたは複数のスプリング相互接続部が、前記1つまたは複数の信号線に結合された、1つまたは複数のスプリング相互接続部と;
を含む、1つまたは複数のフレックス回路基板
を含み、
前記1つまたは複数のスプリング相互接続部が、前記1つまたは複数の信号線を、前記量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合するように構成され、
前記超電導材料が、約3ケルビン未満の温度で超電導性である、Tジョイントコネクタ。 - 前記1つまたは複数の信号線は、超電導信号線である、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のスプリング相互接続部は、1つまたは複数のスプリング要素を備え、前記1つまたは複数のスプリング要素は、超電導コーティングを備える、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のスプリング要素は、非超電導材料を備える、請求項3に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のスプリング要素は、ベリリウム銅を含む、請求項3に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記超電導コーティングは、スズを含む、請求項3に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のフレックス回路基板の第1のフレックス回路基板が、第1の方向において前記第1のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された第1の複数のスプリング相互接続部を備える、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のフレックス回路基板の第2のフレックス回路基板が、前記第1のフレックス回路基板に平行に配置され、前記第1のフレックス回路基板から第2の方向に離間し、前記第2の方向が、前記第1の方向に垂直である、請求項7に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のフレックス回路基板の前記第2のフレックス回路基板が、前記第1の方向において前記第2のフレックス回路基板の表面にわたって間隔を置いて配置された第2の複数のスプリング相互接続部を備える、請求項8に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記Tジョイントコネクタが、第1のフレックス回路基板を第2のフレックス回路基板から離間させるように構成された少なくとも1つのシムを備える、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記少なくとも1つのシムから延びる1つまたは複数のタブを備え、前記1つまたは複数のタブが、前記1つまたは複数のスプリング相互接続部を離間させ、前記1つまたは複数のスプリング相互接続部を前記1つまたは複数の信号パッドに位置合わせするように構成される、請求項10に記載のTジョイントコネクタ。
- 分離プレートは、前記1つまたは複数のフレックス回路基板の第1のフレックス回路基板を前記1つまたは複数のフレックス回路基板の第2のフレックス回路基板から電気的に分離するように構成される、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記分離プレートが、超電導材料を含む、請求項12に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記1つまたは複数のフレックス回路基板の少なくとも一部を収容するように構成されたコネクタシェルをさらに備え、前記コネクタシェルが、前記1つまたは複数のフレックス回路基板を前記実装回路基板に位置合わせするようにさらに構成される、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記コネクタシェルが:
第1のコネクタプレートと;
第2のコネクタプレートと;を備え、
前記第1のコネクタプレートが、前記第2のコネクタプレートと平行に、かつ前記第2のコネクタプレートから離間して配置され;
1つまたは複数のフレックス回路基板が、前記第1のコネクタプレートと前記第2のコネクタプレートとの間に配置される、請求項14のTジョイントコネクタ。 - 1つまたは複数のシムが、前記第1のコネクタプレートおよび前記第2のコネクタプレートのうちの少なくとも1つから前記1つまたは複数のフレックス回路基板を分離するように構成される、請求項15に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記第1のコネクタプレート、前記1つまたは複数のフレックス回路基板の少なくとも一部、および前記第2のコネクタプレートを貫通する1つまたは複数のスルーホールを備え、前記1つまたは複数のスルーホールが、ロッドアセンブリを受け入れて前記第1のコネクタプレートを前記第2のコネクタプレートに固定するように構成される、請求項15に記載のTジョイントコネクタ。
- 前記フレックス回路基板が:
第1のグラウンド層と;
前記第1のグラウンド層の表面上に形成された第1の誘電体層と;
第2のグラウンド層と;
前記第2のグラウンド層の表面上に形成された第2の誘電体層と;
をさらに備え、
前記1つまたは複数の信号線が、前記第1の誘電体層と前記第2の誘電体層との間に配置される、請求項1に記載のTジョイントコネクタ。 - 量子計算システムを動作させる方法であって:
1つまたは複数の信号線に制御パルスを送信するステップであって、前記1つまたは複数の信号線が、1つまたは複数のフレックス回路基板に配置された、ステップと;
前記1つまたは複数の信号線によって、前記1つまたは複数のフレックス回路基板を介してTジョイントコネクタに前記制御パルスを送信するステップと;
前記制御パルスを、前記Tジョイントコネクタを介して、量子ハードウェアを備える量子基板に送信するステップと;
前記量子ハードウェアにより、前記制御パルスを印加して、前記制御パルスに少なくとも部分的に基づく少なくとも1つの量子動作を実施するステップと;
を備える方法。 - 量子計算システムであって:
1つまたは複数の古典的プロセッサと;
1つまたは複数の量子ビットを含む量子ハードウェアと;
前記量子ハードウェアを支持するように構成されたチャンバマウントと;
前記チャンバマウントを受け入れ、前記量子ハードウェアを真空中に配置するように構成された真空チャンバであって、前記真空チャンバが、前記真空チャンバの端部から前記量子ハードウェアまでの冷却勾配を形成する、真空チャンバと;
1つまたは複数の信号線を備える複数のフレックス回路基板であって、前記複数のフレックス回路基板のそれぞれが、前記1つまたは複数の信号線による信号を前記真空チャンバを介して送信するように構成される、複数のフレックス回路基板と;
前記複数のフレックス回路基板を前記量子ハードウェアに結合するように構成されたTジョイントコネクタであって、前記Tジョイントコネクタが、超電導材料を含む1つまたは複数のスプリング相互接続部を備え、前記1つまたは複数のスプリング相互接続部が、前記1つまたは複数の信号線に結合される、Tジョイントコネクタと;
を備え、
前記1つまたは複数のスプリング相互接続部が、前記1つまたは複数の信号線を、前記量子ハードウェアに関連付けられた実装回路基板上に配置された1つまたは複数の信号パッドに結合するように構成され;
前記超電導材料が、約3ケルビン未満の温度で超電導性である、量子計算システム。
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