JP6397566B2

JP6397566B2 - 調整可能なトランスモン回路部品

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Publication number: JP6397566B2
Application number: JP2017511333A
Authority: JP
Inventors: ディ．ストランド、ジョエル; エイ．ペセツキー、アーロン
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2035-08-24
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Description

本出願は、概して量子回路に関し、より詳細には、調整可能なトランスモン回路部品に関する。

古典的なコンピュータは、古典物理学の法則に従って状態を変化させる２進ビットの情報を処理することによって動作する。これらの情報ビットは、ＡＮＤゲートおよびＯＲゲートなどの簡単な論理ゲートを使用することによって変更することができる。２進ビットは、論理ゲートの出力で発生する高エネルギーレベルまたは低エネルギーレベルによって物理的に生成されて、論理１（例えば高電圧）または論理０（例えば、低電圧）のいずれかを表す。２つの整数を乗算するような古典的なアルゴリズムは、これらの簡単な長列の論理ゲートに分解することができる。古典的なコンピュータのように、量子コンピュータもまた、回路部品によって形成されるビットおよびゲートを有する。論理１および論理０を使用する代わりに、量子ビット（「キュービット」）は量子力学を使用して両方の可能性を同時に有する。この能力は、量子コンピュータが古典的なコンピュータよりも指数関数的により高い効率で最大級の問題を解決できることを意味する。

一例によれば、調整可能なトランスモン・キュービットが提供される。キュービットは、伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合とを含む。ＤＣＳＱＵＩＤは、第１のジョセフソン接合と並列である。コンデンサが、伝送線路と回路接地との間の第３の経路上に第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列に、第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するように配置される。バイアス回路は、ＤＣＳＱＵＩＤおよび調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループに一定のバイアス磁束を供給するように構成されている。

別の例によれば、調整可能なトランスモン・キュービットを構成するための方法が提供される。トランスモン・キュービットは、伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、第１のジョセフソン接合と並列な超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第３の経路上に第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、第１の経路と組み合わされてトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサとを含むように製造される。トランスモン・キュービットの周波数曲線が判定される。ＤＣＳＱＵＩＤおよびトランスモン・キュービットの外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給して、トランスモン・キュービットの周波数曲線が調整される。周波数曲線は、第１のエネルギーレベルの遷移の周波数を制御磁束の関数として表す。

更に別の例によれば、調整可能なトランスモン・キュービットが提供される。キュービットは、伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合とを含む。ＤＣＳＱＵＩＤ、第１のジョセフソン接合と並列である。
コンデンサが、伝送線路と回路接地との間の第３の経路上に第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列に、第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するように配置される。バイアス回路は、第１の一定のバイアス磁束をＤＣＳＱＵＩＤに供給するとともに、第２の一定のバイアス磁束を調整可能なキュービットの外側ループに供給するように構成されている。

ハイブリッドキュービット部品の特徴、目的、および利点は、図面と併せて以下に述べる詳細な説明からより明らかとなる。

調整可能なトランスモン・キュービット部品を示す図。第１のキュービットおよび第２のキュービットに関して、横軸上で表され、かつ磁束量子の単位で与えられる印加された制御磁束に対する縦軸上にギガヘルツで表される第１のエネルギーレベルの遷移の周波数のグラフ。図２の周波数帯域に亘る第１のキュービットと第２のキュービットとの間の第１のエネルギーレベルの遷移の周波数における差のグラフ。第１のキュービットおよび第２のキュービットに関して、第１のキュービットに補正バイアスが印加された後の横軸上で表され、かつ磁束量子Φ_０の単位で与えられる印加された制御磁束に対する縦軸上にギガヘルツで表される第１のエネルギーレベルの遷移の周波数のグラフ。補正バイアスが印加された後の周波数帯域に亘る第１のキュービットと第２のキュービットとの間の第１のエネルギーレベルの遷移の周波数における差のグラフ。量子回路の一実施形態を示す図。調整可能なトランスモン・キュービットを使用する量子システムの一実施形態を示す図。調整可能なトランスモン・キュービットを構成する方法１８０の一例を示す図。図１〜図８に開示されたシステムおよび方法の例を具体化することができるハードウェアコンポーネントの例示的なシステムを示す概略的なブロック図。

トランスモン・キュービットは、その長いコヒーレンス時間によりスケーラブルな量子コンピューティングアーキテクチャにとって最も有望なデバイスの１つであると考えられている。トランスモン・キュービットは、いわゆる回路ＱＥＤアーキテクチャ内で動作し、キュービットは、結合バス、フィルタ、および読み出しデバイスとして同時に機能する高Ｑ共振器に強固に結合される。本発明者らは、チップ上の電力損失を最小限に抑えるために、単一の磁束制御デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用して、１つのキュービット当たり１つのＤＡＣではなく、複数のキュービットを制御することができることを見出した。このタイプの多重化では、誤差が導入されるのを避けるために、動作範囲全体でキュービットが実質的に同一である必要がある。不都合なことに、キュービット部品の現在の製造技術は、インダクタンスおよびキャパシタンスのわずかな変動を許容し、所望の状態遷移周波数からの偏差を生じさせる。量子アルゴリズムにおける誤差の典型的な閾値は、１万分の１である。

調整可能なトランスモン・キュービット部品は、キュービットに関連する状態遷移の周波数を調整することができる。調整可能な部品によって、第１のエネルギーレベルの遷移、すなわち基底状態と第１の励起状態との間の少なくとも１つの状態遷移を共通の周波数に調整することが可能となる。従って、複数のトランスモン・キュービットを１つのＤＡＣで制御することができ、消費電力を大幅に節約できる。この機能により、局所的なオンチップデジタル制御回路とのトランスモン・キュービットの大規模集積化への道が開かれる。

図１は、調整可能なトランスモン・キュービット部品を示す。図示された調整可能なトランスモン部品１０は、伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の、インダクタンスＩ_ｃを有する第１のジョセフソン接合１２を含む。図示のキュービットは、スプリット結合キュービットの改良であるが、本明細書の教示を考慮すると、当業者は、３接合型トランスモン・キュービット、同時係属中の米国特許出願第１４／２９０，４５７号（本明細書中に参考として援用される）で説明されたようなハイブリッドトランスモン／磁束キュービット、または任意の他のトランスモン・キュービット設計を同様の方法で改良して調整可能なトランスモン・キュービットを提供し得ることが理解される。第２および第３のジョセフソン接合１６および１８は、伝送線路と回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ：ｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｑｕａｎｔｕｍｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｅｖｉｃｅ）２０を形成し、各々がインダクタンスαＩ_ｃを有する。ここで、αは、キュービット部品１０の非対称性と本明細書で呼ばれるゼロと１との間の数である。ＤＣＳＱＵＩＤは、第１のジョセフソン接合と並列に配置される。コンデンサ２２は、伝送線路と回路接地との間の第３の経路上に第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列に配置される。

調整可能なトランスモン・キュービット部品１０は、ＤＣＳＱＵＩＤ２０と、第１および第３の経路によって形成される外側ループとの一方または両方に一定のバイアス磁束を印加するバイアス回路２２を含む。図示された実施形態では、ＤＣＳＱＵＩＤ２０にバイアスが印加されるが、当業者であれば、キュービット部品１０の外側ループに同様の方法で同様のバイアスを印加するか、または制御磁束の一部としてキュービット部品に印加されることが理解され得る。

印加された磁束の影響は、図２〜図５を参照すると最もよく理解することができる。図２は、第１のキュービットおよび第２のキュービットに関して、縦軸５４上で表され、かつ２．０６８ｘ１０^−１５ウェーバにほぼ等しい磁束量子Φ_０の単位で与えられる印加された制御磁束に対する縦軸５２上にギガヘルツで表される第１のエネルギーレベルの遷移の周波数のグラフ５０である。図３は、図２の周波数帯域に亘る第１のキュービットと第２のキュービットとの間の第１のエネルギーレベルの遷移の周波数６２における差のグラフ６０である。縦軸６４はギガヘルツにおける周波数差を表し、横軸６６はギガヘルツにおける第１のキュービットの第１のエネルギーレベルの遷移周波数を表す。第１のキュービット５６および第２のキュービット５８の各々についての第１のエネルギーレベルの遷移の周波数曲線は、全範囲に亘って周波数が異なることが理解されよう。

周波数曲線５６および５８は、周波数曲線のピーク間距離として定義される形状を両方ともを有する。これは、一般に、ＤＣＳＱＵＩＤにおけるジョセフソン接合１６および１８の臨界電流と、ＤＣＳＱＵＩＤと並列なジョセフソン接合１２の臨界電流との間の非対称性αの関数である。ＤＣＳＱＵＩＤに供給されるバイアスを調整することにより、曲線の形状を変更して、周波数曲線の曲率を平坦化または増加させることができる。効果的には、キュービットの非対称性の所望の値からの偏差は、一定のバイアスによって説明することができ、別個のＤＡＣを使用せずにバイアスを実現することができることは理解されよう。同様に、キュービット部品の外側ループに供給されるバイアスを調整することによって、周波数曲線が実質的に上方または下方に並進するように、周波数帯域に亘って実質的に均一な態様で第１のエネルギーレベルの遷移を変更することができる。換言すれば、広範囲の制御磁束に亘って第１のエネルギーレベルの遷移の周波数から実質的に一定の値が加算または減算される。これは、コンデンサ２２の所望のキャパシタンスまたは第１のジョセフソン接合１２の臨界電流の偏差を調整することができる。

図４は、第１のキュービットおよび第２のキュービットに関して、第１のキュービットに補正バイアスが印加された後の、縦軸７４上に示され、かつ磁束量子Φ_０の単位で与えられる印加された制御磁束に対する縦軸７２上にギガヘルツで表される第１のエネルギーレベルの遷移の周波数のグラフ７０である。２つのキュービットの周波数曲線は、実質的に整列されていることが理解されよう。図５は、補正バイアスが印加された後の周波数帯域に亘る第１のキュービットと第２のキュービットとの間の第１のエネルギーレベルの遷移の周波数における差８２のグラフ８０である。縦軸８４はギガヘルツにおける周波数差を表し、横軸８６はギガヘルツにおける第１のキュービットの第１のエネルギーレベルの遷移周波数を表す。キュービットの遷移周波数の差は、特に関心領域８８内で明確に減少していることが理解されよう。

図６は、量子回路１００の一実施形態を示す。回路１００は、結合コンデンサ１０４を介して調整可能なトランスモン・キュービット部品１１０に結合された伝送線路共振器１０２を含む。調整可能なトランスモン・キュービット部品１１０は、３つの並列経路、ジョセフソン接合１１２を有する第１の経路と、分路コンデンサ１１６を有する第２の経路と、ＤＣＳＱＵＩＤ１２０を有する第３の経路とを含む。ＤＣＳＱＵＩＤ１２０は、並列に接続された２つのジョセフソン接合１２２，１２４から形成される。

システム制御部１２６は、システム制御部が調整可能なトランスモン・キュービット１１０に供給される制御磁束の大きさを制御できるように、古典制御部１３０に動作可能に接続される。システム制御部１２６は、例えば、専用のハードウェア、汎用コンピュータ上で実行されるソフトウェアまたはファームウェア、またはソフトウェアと専用ハードウェアとのいくつかの組み合わせを含む。古典制御部１３０は、キュービットを量子状態に遷移させて量子動作を実行するようにキュービットに磁束を供給するように構成される。第１の古典制御部１３０は、調整可能な量子回路部品１１０の外側ループに誘導結合されたＲＱＬドライバ１３２および第１の電流ループ１３４を含む。

古典制御部は、第１の一定のバイアス電流を第１の電流ループ１３４に供給する第１のバイアス要素１３６をさらに含む。第１のバイアス電流は、コンデンサ１０４の静電容量または第１のジョセフソン接合の臨界電流の所望の値からの偏差を補正するために供給される。代わりにバイアス要素を第３の電流ループ（図示せず）に独立して設けて、キュービット１００にバイアス磁束を供給することができることを理解されたい。第２のバイアス要素１４２は、ＤＣＳＱＵＩＤ１２０に誘導結合された第２の電流ループ１４４に第２の一定のバイアス電流を供給する。第２のバイアス電流は、キュービット１１０の所望の非対称性における誤差を補正するために供給される。従って、現在の製造方法の限界は、単一のデジタル／アナログ変換器による複数のキュービットの制御に適した仕様を有するキュービットを提供することで克服することができる。

図７は、調整可能なトランスモン・キュービットを使用する量子システム１５０の１つの実施形態を示す。システム１５０は、例えば、図６に示されたような、全てに共通の制御磁束が供給される複数のトランスモン・キュービット部品１５２〜１５５を含む。図示された実施態様では、トランスモン・キュービット部品の各々は、調整可能なトランスモン・キュービットに誘導結合された電流ループに電流を供給するＲＱＬドライバを備えた古典制御部品を含む。複数のトランスモン・キュービット部品に関連する複数のＲＱＬドライバは、複数のＲＱＬドライバに制御信号を供給してキュービットに制御磁束を供給する共通のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１５８に動作可能に接続されている。単一のＤＡＣで複数のキュービットを制御することにより、電力消費の大幅な節約を達成できることが理解されよう。

本発明者らは、量子回路の製造技術を考慮すると、複数の部品の共通制御のために十分に正確な標準を設計するためにキュービット部品を作成することは現時点では実現可能ではないと判断した。具体的には、インダクタンスと静電容量にわずかな変動があり、所望の状態遷移周波数からの偏差が生じる。従って、各キュービット部品１５２〜１５５は、関連する部品にバイアス磁束を供給して、キュービットの周波数曲線を関心のある周波数帯域に関して所望の標準に調整するように構成された関連するバイアス回路１６２〜１６５を有する。各バイアス回路１６２〜１６５は、調整可能なトランスモン・キュービットに誘導結合された電流ループに電流を供給するように構成されている。バイアス回路を使用することにより、局所的なオンチップデジタル制御回路とのトランスモン・キュービットの大規模集積化が促進される。

上記の構造的および機能的特徴を考慮して、図８を参照することによって方法がよりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図８の方法は、連続して実行されるものとして示されかつ説明されているが、いくつかの態様が異なる順序で、および／または本明細書に示されかつ説明された態様から他の態様と同時に起こり得るので、本発明は図示された順序に限定されないことを理解および認識されたい。さらに、方法を実施するために図示された全ての特徴が必要とされるわけではない。

図８は、調整可能なトランスモン・キュービットを構成するための方法１８０の一例を示す。１８２において、トランスモン・キュービットが製造される。例えば、トランスモン・キュービットは、超伝導回路を製造するための既知の方法によって製造することができる。１つの例では、トランスモン・キュービットは、伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、第１のジョセフソン接合と並列な直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、伝送線路と回路接地との間の第３の経路上に第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、第１の経路と組み合わされてトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサとを少なくとも含む。トランスモン・キュービットは、例えば、３接合構成を使用するために、第１の経路上に複数のジョセフソン接合を含むことができることが理解されよう。１８４において、トランスモン・キュービットの周波数曲線が判定される。例えば、第１のエネルギーレベルの遷移周波数の分光測定をキュービットに対する複数の制御磁束の各々において行って、適切な曲線あてはめアルゴリズムをこのデータに適用して周波数曲線を提供することができる。

１８６において、一定のバイアス磁束が、ＤＣＳＱＵＩＤおよびトランスモン・キュービットの外側ループのうちの一方に供給されて、トランスモン・キュービットの周波数曲線が調整され、ここで、周波数曲線は、第１のエネルギーレベルの遷移の周波数を制御磁束の関数として表す。一実施形態では、制御磁束の範囲に亘り実質的に一定の値が第１のエネルギーレベルの遷移の周波数に加算または減算されるように、外側ループに一定のバイアス磁束を供給して、周波数曲線が並進するようにする。これは、一定のバイアス磁束を、トランスモン・キュービットに供給される制御磁束に加えることによって、またはトランスモン・キュービットに供給される制御磁束とは独立して供給することによって行うことができる。別の実施形態では、一定のバイアス磁束が、周波数曲線のピーク間距離を変更するようにＤＣＳＱＵＩＤに供給される。しかしながら、これらの実装形態は排他的ではなく、バイアス磁束は外側ループおよびＤＣＳＱＵＩＤの各々に供給され得ることが理解されるであろう。

図９は、図６のシステム制御部１２６のように図１〜図８に開示されたシステムおよび方法の例を具体化することができるハードウェアコンポーネントの例示的なシステム２００を示す概略的なブロック図である。システム２００は、様々なシステムおよびサブシステムを含むことができる。システム２００は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ワークステーション、コンピュータシステム、アプライアンス、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、サーバ、サーバブレードセンタ、サーバファームなどとすることができる。

システム２００は、システムバス２０２、処理ユニット２０４、システムメモリ２０６、メモリデバイス２０８および２１０、通信インタフェース２１２（例えば、ネットワークインタフェース）、通信リンク２１４、ディスプレイ２１６（例えば、ビデオ画面）、および入力デバイス２１８（例えば、キーボードおよび／またはマウス）を含む。システムバス２０２は、処理ユニット２０４およびシステムメモリ２０６と相互通信することができる。ハードディスクドライブ、サーバ、スタンドアロンデータベース、または他の不揮発性メモリなどの追加メモリデバイス２０８および２１０は、システムバス２０２と相互通信することができる。システムバス２０２は、処理ユニット２０４、メモリデバイス２０６〜２１０、通信インタフェース２１２、ディスプレイ２１６、および入力デバイス２１８を相互接続する。いくつかの例では、システムバス２０２は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート等の追加のポート（図示せず）をも相互接続する。

処理ユニット２０４は、コンピューティングデバイスとすることができ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。処理ユニット２０４は、一組の命令を実行して、本明細書に開示された実施形態の動作を実施する。処理ユニットは処理コアを含むことができる。

追加のメモリデバイス２０６，２０８および２１０は、データ、プログラム、命令、テキストまたはコンパイルされた形式のデータベースクエリ、およびコンピュータを動作させるために必要とされ得る他の情報を格納することができる。メモリ２０６，２０８および２１０は、メモリカード、ディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、またはネットワークを介してアクセス可能なサーバなどのコンピュータ可読媒体（一体型または取り外し可能）として実施することができる。特定の例では、メモリ２０６，２０８および２１０は、テキスト、画像、ビデオ、および／またはオーディオを含むことができ、その一部は人間に理解可能なフォーマットで利用可能である。

付加的にまたは代替的に、システム２００は、システムバス２０２および通信リンク２１４と通信することができる通信インタフェース２１２を介して、外部データソースまたはクエリソースにアクセスすることができる。

動作中、システム２００は、本発明によるナビゲーションシステムの１つまたは複数の部分を実装するために使用することができる。システム制御部１２６を実施するためのコンピュータ実行可能なロジックは、特定の例に従って、システムメモリ２０６およびメモリデバイス２０８，２１０のうちの１つまたは複数に存在する。処理ユニット２０４は、システムメモリ２０６およびメモリデバイス２０８および２１０からの１つまたは複数のコンピュータ実行可能な命令を実行する。本明細書で使用する「コンピュータ読取可能な媒体」という用語は、処理ユニット２０４が実行するための命令を提供することに関与する媒体を指し、処理ユニット２０４に動作可能に接続された単一の媒体または複数の非一時な媒体のいずれかを含むことができる。

本発明は、例示的に開示されている。従って、本開示を通じて使用される用語は、限定的な意味ではなく例示として解釈されるべきである。当業者にとっては本発明の小規模な変更が生じる可能性があるが、本明細書で保証される特許の範囲内に限定されることを意図しているものは、従来技術に対して貢献のある進歩の範囲内に合理的に入るような実施形態のすべてであり、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の考慮なしに、その範囲は限定されないことを理解されたい。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
調整可能なトランスモン・キュービットであって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列である直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサと、
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給するように構成されたバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に第１の一定のバイアス磁束を供給するように構成された第１のバイアス回路であり、第２の一定のバイアス磁束をＤＣＳＱＵＩＤおよび調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループの他方に供給するように構成される第２のバイアス回路をさらに備え、
前記ＤＣＳＱＵＩＤは、キュービットの基底状態とキュービットの第１の励起状態との間の遷移の周波数が、供給された第１の一定のバイアス磁束の関数となるように、前記第１の一定のバイアス磁束に応答して前記ＤＣＳＱＵＩＤ内でバイアス電流を誘導できるようにする少なくとも１つのインダクタを含む、調整可能なトランスモン・キュービット。
［付記２］
前記外側ループは、キュービットの基底状態とキュービットの第１の励起状態との間の遷移の周波数が、第１の一定のバイアス磁束および第２の一定のバイアス磁束の両方の関数となるように、前記第２の一定のバイアス磁束に応答して前記外側ループにバイアス電流を誘導できるようにする少なくとも１つのインダクタを含む、付記１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
［付記３］
調整可能なトランスモン・キュービットであって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列である直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサと、
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給するように構成されたバイアス回路と
を備え、
前記バイアス回路は、前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に第１の一定のバイアス磁束を供給するように構成された第１のバイアス回路であり、第２の一定のバイアス磁束をＤＣＳＱＵＩＤおよび調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループの他方に供給するように構成される第２のバイアス回路をさらに備え、
前記外側ループは、キュービットの基底状態とキュービットの第１の励起状態との間の遷移の周波数が、供給された第２の一定のバイアス磁束の関数となるように、前記第２の一定のバイアス磁束に応答して前記外側ループにバイアス電流を誘導できるようにする少なくとも１つのインダクタを含む、調整可能なトランスモン・キュービット。
［付記４］
システムであって、
調整可能なトランスモン・キュービットであって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列である直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサと、
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給するように構成されたバイアス回路とを含む前記調整可能なトランスモン・キュービットと、
制御磁束を前記調整可能なトランスモン・キュービットに供給するように構成された古典制御部と、
前記古典制御部に動作可能に接続されたシステム制御部とを備え、前記システム制御部は、前記制御磁束の個々の大きさを制御して、キュービットに関連するエネルギー状態間で前記調整可能なトランスモン・キュービットを遷移させるように動作する、システム。
［付記５］
調整可能なトランスモン・キュービットであって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列な直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサと、
第１の一定のバイアス磁束を前記ＤＣＳＱＵＩＤに供給するとともに、第２の一定のバイアス磁束を調整可能なキュービットの前記外側ループに供給するように構成されたバイアス回路と
を備える調整可能なトランスモン・キュービット。

Claims

調整可能なトランスモン・キュービットであって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列である直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、
前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされて調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサと、
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給して、第１のエネルギーレベルの遷移の周波数を制御磁束の関数として表すトランスモン・キュービットの周波数曲線を調整するように構成されたバイアス回路とを備える調整可能なトランスモン・キュービット。
前記バイアス回路は、前記ＤＣＳＱＵＩＤに一定のバイアス磁束を供給するように構成されている、請求項１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記バイアス回路は、前記調整可能なキュービットの前記外側ループに一定のバイアス磁束を供給するように構成されている、請求項１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記バイアス回路は、前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記調整可能なトランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に第１の一定のバイアス磁束を供給するように構成された第１のバイアス回路であり、第２の一定のバイアス磁束をＤＣＳＱＵＩＤおよび調整可能なトランスモン・キュービットの外側ループの他方に供給するように構成される第２のバイアス回路をさらに備える請求項１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記第１の経路上の前記第１のジョセフソン接合と直列に配置された第４のジョセフソン接合をさらに備える、請求項１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記制御磁束を前記調整可能なトランスモン・キュービットに供給するように構成された古典制御部と、
前記古典制御部に動作可能に接続されたシステム制御部とをさらに備え、前記システム制御部は、前記制御磁束の個々の大きさを制御して、キュービットに関連するエネルギー状態間で前記調整可能なトランスモン・キュービットを遷移させるように動作する、請求項１に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記調整可能なトランスモン・キュービットに結合された伝送線路共振器をさらに備える、請求項６に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記古典制御部は、前記調整可能なトランスモン・キュービットに誘導結合された電流ループに電流を供給するＲＱＬドライバを含む、請求項６に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記バイアス回路は、前記調整可能なトランスモン・キュービットに誘導結合された電流ループに電流を供給するように構成されている、請求項８に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
前記調整可能なトランスモン・キュービットは、複数の調整可能なトランスモン・キュービットのうちの第１の調整可能なトランスモン・キュービットであり、前記複数の調整可能なキュービットに関連する個々のＲＱＬドライバは、共通のデジタル／アナログ変換器に動作可能に接続されている、請求項８に記載の調整可能なトランスモン・キュービット。
調整可能なトランスモン・キュービットを構成するための方法であって、
伝送線路と回路接地との間の第１の経路上の第１のジョセフソン接合と、前記伝送線路と前記回路接地との間の第２の経路上に互いに並列に配置されて、前記第１のジョセフソン接合と並列な超伝導量子干渉デバイス（ＤＣＳＱＵＩＤ）を形成する第２および第３のジョセフソン接合と、前記伝送線路と前記回路接地との間の第３の経路上に前記第１のジョセフソン接合およびＤＣＳＱＵＩＤと並列であり、前記第１の経路と組み合わされてトランスモン・キュービットの外側ループを形成するコンデンサとを含むトランスモン・キュービットを製造するステップと、
前記トランスモン・キュービットの周波数曲線を判定するステップと、
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記トランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給して、第１のエネルギーレベルの遷移の周波数を制御磁束の関数として表すトランスモン・キュービットの周波数曲線を調整するステップとを含む方法。
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記トランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給して、前記トランスモン・キュービットの周波数曲線を調整することは、実質的に一定の値が、制御磁束の範囲に亘って第１のエネルギーレベルの遷移の周波数に加算または減算されるように、前記外側ループに一定のバイアス磁束を供給して、周波数曲線が並進するようにすることを含む、請求項１１に記載の方法。
前記外側ループに一定のバイアス磁束を供給することは、一定のバイアス磁束を前記トランスモン・キュービットに供給される制御磁束に加えることを含む、請求項１２に記載の方法。
前記外側ループに一定のバイアス磁束を供給することは、一定のバイアス磁束を、前記トランスモン・キュービットに供給される制御磁束とは独立して供給することを含む、請求項１２に記載の方法。
前記ＤＣＳＱＵＩＤおよび前記トランスモン・キュービットの前記外側ループの一方に一定のバイアス磁束を供給して、前記トランスモン・キュービットの周波数曲線を調整することは、前記ＤＣＳＱＵＩＤに一定のバイアス磁束を供給して、周波数曲線のピーク間距離を変更するようにすることを含む、請求項１１に記載の方法。