JP6864812B2 - 結合機構、結合機構起動方法、結合機構を含む正方格子および結合機構を含む量子ゲート - Google Patents
結合機構、結合機構起動方法、結合機構を含む正方格子および結合機構を含む量子ゲート Download PDFInfo
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Description
ここで、ω1およびω2は量子ビット周波数、
は量子ビットj=1、2に対する通常のパウリ演算子、Jは結合強度である。この結合は、可変結合素子104を流動する仮想光子によって媒介され、
によって与えられ、g1、2は量子ビット結合器結合強度である。この相互作用は、コモン・モードに結合された量子ビットの共振器量子電磁力学(QED)設定で自然に起こる。量子ビット102、104が互いから、および、結合器から離調されると(すなわち、量子ビット−結合器間離調δitc=ωi−ωtc≠0(i=1、2)および量子ビット−量子ビット間離調δ12=ω2−ω1≠0)、交換確率p12は量子ビット−結合器間離調の二乗に量子ビット−量子ビット間離調の二乗を乗じた値の逆数(すなわち
)によって抑制され、したがって、量子ビット102、104と結合器106が十分に離調されている場合、結合は確実に0になる。相互作用項
は、基本的に無視することができ、量子ビット周波数および遷移速度がわずかに補正されるに過ぎない。
J→J(t)=J0(A+Bcosδ12t) [2]
を量子ビットの周波数離調δ12で調和的に変調することによって、相互作用項は変調の回転フレームにおける時間非依存項を得る。結合項は、そのSQUIDループを通る外部印加磁束により可変結合器106の周波数を変化させることによって変調することができる。この外部印加磁束は、実効ジョセフソン・エネルギー
を変更し、これは、荷電エネルギーEcを超える大きなEjeffの極限では、周波数に対して
のような関係にある。変調の周波数をしかるべく選択することによって、量子ビットの差周波数δ12で駆動する場合の横方向結合
または別の周波数で駆動する場合の縦方向結合
を生じさせることができる。標準のマイクロ波装置で周波数をきわめて正確に選択するのは簡単であるため、相互作用の対処性はきわめて良好である。さらに、磁束φ(t)に対する結合J(t)の非線形機能性依存による、変調周波数の倍数において発生する望ましくない周波数成分は、任意の波形発生器を使用して低減することができる。
に関係するSWAPゲートを実現することができ、これは量子ビット間で励起をβJ0のレートでスワップする。ここで、J0は最小限の結合強度(量子ビットが遊休位置にあるJ結合項)であり、β=(Jmax−Jmin)/J0は、可変結合器の周波数ωtcを変化させることによる、この結合の変調である。
内での最大振動および約20nsのエンタングル・ゲート存続期間に対応する結合レートΔJ/2π=βJ0/2π≒6MHzとを有する。
である別途の縦方向(ZZ)結合項
が現れる。ここで、αは量子ビットの非調和性(現在のデバイスでは
)であり、δdは、量子ビット−量子ビット間離調δ12からの変調の離調である。この項は、XY相互作用項と交換可能であり、したがって、スピン・エコー技術によって、または変調の周波数をわずかにシフトさせることによって補償することができる。この新規なゲートは、GHzのオーダーの、非調和性よりも大幅に大きい相互作用量子ビットの周波数差を可能にし、したがって、量子ビットの周波数を決定するジョセフソン・トンネル接合の製作公差の要件を軽減する。
は、量子ビット−量子ビット間離調からの変調周波数の離調δdによって調整される。
ここで、和は隣接スピン<i,j>にわたり、Jxx、JyyおよびJzzはそれぞれの軸x、yおよびzに沿った相互作用であり、
は、スピンjの通常のパウリ行列を示す。デジタル方式で回路QEDを使用して、相互作用ハミルトニアンを一連の単一量子ビット演算および2量子ビット演算に分解することによって、このハミルトニアンの量子シミュレーションを行った。提案のゲート方式により、横方向結合および縦方向結合を生じさせることで、(Jxx=Jyyにより)ハミルトニアンを直接実現することができる。相互作用スピンの基礎となる2次元光子構造は、例えば図3に示すような2D正方配列光子300として、随意に設計することができる。
本発明のいくつかの特徴を、本発明の一実施形態において本発明の他の特徴を使用せずに使用することができる。したがって、上記の説明は、本発明の原理、教示、例、および例示の実施形態の例示に過ぎず、本発明を限定するものではないと見なされるべきである。
本発明は、陸軍研究事務所(ARO)により締結された契約W911NF−14−1−0124に基づき、政府支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
Claims (20)
- 2つの量子ビット間の相互作用がオフにされるように遊休状態のときに離調される2つの量子ビットと、
前記2つの量子ビットの間の相互作用を起こす可変結合量子ビットであって、該相互作用が、前記2つの量子ビットの非調和性よりもGHzのオーダーで大きい前記2つの量子ビット間の差周波数で、前記可変結合量子ビットの周波数の変調によって引き起こされる、前記可変結合量子ビットと、
を備えている、結合機構。 - 前記可変結合量子ビットは前記2つの量子ビットを容量結合する、請求項1に記載の結合機構。
- 前記可変結合量子ビットは、2つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された2つの電極によって前記2つの量子ビットに結合される、請求項1に記載の結合機構。
- 前記可変結合量子ビットは、接地に結合する超伝導量子干渉デバイス・ループを用いる単一の電極によって前記2つの量子ビットに結合される、請求項1に記載の結合機構。
- 前記超伝導量子干渉デバイス・ループは、前記可変結合量子ビットの2つの電極への容量結合が対称となるように位置づけられた誘導結合磁束バイアス線を制御するために使用される、請求項3に記載の結合機構。
- 交換型相互作用が前記2つの量子ビット間で励起をスワップする、請求項1に記載の結合機構。
- 交換型相互作用が前記2つの量子ビットのうちの一方において状態依存位相シフトを誘起する、請求項1に記載の結合機構。
- 前記可変結合量子ビットは、変調周波数の振幅に依存する強度と、前記変調周波数の位相に依存する位相とを有する前記2つの量子ビットの結合を生じさせる、請求項1に記載の結合機構。
- 前記2つの量子ビットはトランズモン型量子ビットである、請求項1に記載の結合機構。
- 前記2つの量子ビットは固定周波数量子ビットである、請求項1に記載の結合機構。
- 前記2つの固定周波数量子ビットは初期には分離されている、請求項10に記載の結合機構。
- 前記2つの固定周波数量子ビットは、対称に位置づけられたミラー量子ビットであり、前記可変結合量子ビットは前記2つの量子ビットの間に位置づけられる、請求項10に記載の結合機構。
- 結合機構を起動する方法であって、
2つの量子ビット間の相互作用がオフにされるように遊休状態のときに離調される2つの量子ビットの間に、前記2つの量子ビットの間の相互作用を起こす可変結合量子ビットを位置づけることと、
前記2つの量子ビットの非調和性よりもGHzのオーダーで大きい前記2つの量子ビット間の差周波数で、前記可変結合量子ビットの周波数を変調することと、該変調によって、前記2つの量子ビットの間の相互作用が引き起こされる
を含む、前記方法。 - 前記可変結合量子ビットは、前記2つの量子ビットの差周波数で変調される、請求項13に記載の方法。
- 前記可変結合量子ビットは、2つのジョセフソン接合部を有する超伝導量子干渉デバイス・ループによって分離された2つの電極によって前記2つの量子ビットに結合される、請求項13に記載の方法。
- 前記結合機構を、エラー訂正を使用するユニバーサル量子コンピュータの基礎として使用することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 最も近い隣接量子ビット対間の相互作用を媒介する結合要素を介して接続された量子ビットの格子に基づいて相互作用するシステムの、量子シミュレーションのためのプラットフォームとして前記結合機構を使用することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記システムは、ハイゼンベルクXYZ相互作用により相互作用する、請求項17に記載の方法。
- 前記2つの量子ビットのうちの一方が、低コヒーレンス・トランズモンであり、使用可能であり、前記方法は、前記量子ビットを冷却するために前記低コヒーレンス・トランズモンの初期熱励起が環境に移動するように、前記低コヒーレンス・トランズモンに励起をスワップすることをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記2つの量子ビットのうちの一方が励起状態であり、前記方法は、前記2つの量子ビットのうちの前記一方の量子ビットをその量子ビットの基底状態にリセットすることをさらに含む、請求項13に記載の方法。
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