JP6907359B2 - 自動量子ビット校正 - Google Patents

Description

本明細書は、量子コンピューティングに関する。

大規模量子コンピュータは、ある種の困難な問題に対する高速な解決策を提供する潜在能力を有する。大規模量子コンピューティングを実現可能にするために、量子ハードウェアを制御、プログラム、および維持するための量子アーキテクチャの設計および実装におけるいくつかの課題を克服しなければならない。

本明細書は、量子ビットパラメータの校正を実施することに関する。特に、本明細書は、量子計算に含まれる、1つまたは複数の量子ビットのシステムの量子ビットパラメータを自動的に維持し校正するための方法および装置を記述する。

一般的に、本明細書に記載される主題の1つの革新的な態様は、複数の量子ビットパラメータ、および複数の量子ビットパラメータの1つまたは複数の他の量子ビットパラメータへの依存関係を記述するデータを取得するアクションと、量子ビットパラメータを識別するアクションと、識別した量子ビットパラメータおよび1つまたは複数の依存性量子ビットパラメータを含む量子ビットパラメータの組を選択するアクションと、量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、パラメータに校正試験を実施するアクション、および校正試験が不合格のときにパラメータに第1の校正実験または診断校正アルゴリズムを実施するアクションを含む依存関係を記述するデータに従うシーケンスで、量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを処理するアクションとを含む方法で実装することができる。

本態様の他の実装形態は、各々が本方法のアクションを実施するように構成される、対応するコンピュータシステム、装置、および1つまたは複数のコンピュータ記憶デバイス上に記録されるコンピュータプログラムを含む。1つまたは複数のコンピュータのシステムは、動作においてシステムにアクションを実施させる、システム上にインストールされるソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せを有することによって、特定の動作(Operation)またはアクションを実施するように構成することができる。1つまたは複数のコンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行されると、装置にアクションを実施させる命令を含むことによって、特定の動作またはアクションを実施するように構成することができる。

上記および他の実装形態は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を、単独または組み合わせて、各々任意選択で含むことができる。いくつかの実装形態では、パラメータに第1の校正実験または診断校正アルゴリズムを実施することは、校正試験が不合格のときにパラメータに第1の校正実験を実施することと、第1の校正実験がパラメータに起因しないエラーのために不合格となるとき、パラメータに診断校正アルゴリズムを実施することとを含む。

いくつかの実装形態では、方法は、パラメータに起因するエラーのために第1の校正実験が不合格となるときパラメータに第2の校正実験を実施することと、第2の校正実験が不合格となるときシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータの処理を中止することと、パラメータが校正試験または第1の校正実験のいずれかに合格するときパラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てることとをさらに含む。

いくつかの実装形態では、複数の量子ビットパラメータおよび複数の量子ビットパラメータの1つまたは複数の他の量子ビットパラメータへの依存関係を記述するデータが、各量子ビットパラメータについてのノードおよび各依存関係についての有向辺を備える有向グラフによって表され、量子ビットパラメータを識別することがルートノードに対応する量子ビットパラメータを識別することを含み、識別した量子ビットパラメータおよび1つまたは複数の依存性量子ビットパラメータを含む量子ビットパラメータの組を選択することが、ルートノードに対応する量子ビットパラメータおよび各派生ノードの量子ビットパラメータを含む量子ビットパラメータの組を選択することを含み、量子ビットパラメータの組がノード系統順序にしたがって順序付けられ、依存関係を記述するデータに従うシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを処理することが、ノード系統順序にしたがったシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを処理することを含む。

いくつかの実装形態では、パラメータに診断校正アルゴリズムを実施することが、量子ビットパラメータおよび量子ビットパラメータのノードの祖先ノードに対応する量子ビットパラメータが規格内であると決定されるまたはプロセスが中止されるまで、量子ビットパラメータおよび量子ビットパラメータのノードの祖先ノードに対応する量子ビットパラメータに、第1の校正実験と第2の校正実験のうちの1つまたは複数を繰り返して実施することを含み、繰り返して実施することが、各繰り返しについて、量子ビットパラメータに第1の校正実験を実施することと、量子ビットパラメータが第1の校正実験に合格であるという決定に応じて、パラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てることと、量子ビットパラメータがパラメータに起因しないエラーのため第1の校正実験に不合格であるという決定に応じて、祖先パラメータを量子ビットパラメータとして選択することとを含む。

いくつかの実装形態では、方法は、量子ビットパラメータがパラメータに起因するエラーのため第1の校正実験に不合格であるという決定に応じて、量子ビットパラメータに第2の校正実験を実施することと、量子ビットパラメータが第2の校正実験に合格であるという決定に応じて、パラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てることと、量子ビットパラメータが第2の校正実験に不合格であるという決定に応じて、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの処理を中止することとをさらに含む。

いくつかの実装形態では、パラメータに起因しないエラーは、祖先パラメータに起因するエラーを含む。

いくつかの実装形態では、有向グラフは、非巡回型である。

いくつかの実装形態では、有向グラフは、巡回型である。

いくつかの実装形態では、選択した量子ビットパラメータの組における共依存性パラメータ間の繰り返しの数は、所定の閾値で上限を定められる。

いくつかの実装形態では、取得したデータは、(i)校正が実施されるべきそれぞれのタイムアウト期間、および(ii)パラメータ値についての許容可能閾値を含む、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの1つまたは複数の属性をさらに含む。

いくつかの実装形態では、校正試験は、パラメータが規格外であるときを決定するための、合格および不合格の基準を含む。

いくつかの実装形態では、校正試験は、第1または第2の校正実験が、パラメータ上でそれぞれのタイムアウト期間内に成功裏に実施された場合に合格となる。

いくつかの実装形態では、校正試験は、パラメータ依存性が所定の時間量内に再校正された場合に、不合格となる。

いくつかの実装形態では、校正試験は、パラメータ依存性が校正試験を不合格となった場合に不合格となる。

いくつかの実装形態では、第1の校正実験は、パラメータが規格外である場合を決定するために使用されるそれぞれの測定結果を有する1つまたは複数の量子ビット実験を含む。

いくつかの実装形態では、第1の校正実験は、量子ビット実験の測定結果が規格外であるパラメータ値を含む場合に不合格となる。

いくつかの実装形態では、第2の校正実験は、パラメータの値を更新するために使用されるそれぞれの測定結果を有する1つまたは複数の量子ビット実験を含む。

いくつかの実装形態では、第2の校正実験は、第1の校正実験よりも完了するのにより長い時間またはより大きいハードウェアを必要とする。

いくつかの実装形態では、有向グラフは、同時に校正される複数のパラメータのためのノードを含む。

いくつかの実装形態では、ルートノードは、その対応する量子ビットパラメータが校正試験に不合格となるルートノードを含む。

いくつかの実装形態では、診断校正アルゴリズムは、データ駆動される。

いくつかの実装形態では、依存関係を記述するデータにしたがったシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを処理することは、依存関係を記述するデータにしたがったシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の各パラメータを処理することを含む。

本明細書に記載される主題は、以下の利点のうちの1つまたは複数を実現するように、特定の方法で実装することができる。

有用な容量で物理的な量子ビットを動作させることには、量子ビットパラメータを注意深く校正することが必要である。物理的な量子ビットを動作するのに必要な量子ビットパラメータの数は、50個のパラメータに容易に達する可能性があるため、特に、複数の量子ビットを含む量子コンピューティングシステムを考えると、効率的で効果的な量子ビット校正は難しい仕事である。量子ビット校正は、量子ビットパラメータの具体的な知識がないところから、完全に校正した量子ビットにブートストラップすることができる。加えて、量子ビット校正は安定でなく、1つまたは複数の量子計算の過程の間に繰り返して実施する必要がある場合があり、したがって、量子ビットを校正する仕事の複雑さが増える。

自動量子ビット校正を実装するシステムは、量子ビット校正を効率的で効果的に実施することができ、したがって、1つまたは複数の物理的な量子ビットのシステムの信頼性および性能を向上させ、ひいては量子計算の信頼性および性能を改善する。

自動量子ビット校正を実装するシステムは、量子ビットパラメータが正しく機能しているか否かを決定し、正しく機能していない量子ビットパラメータを訂正するため、様々な計算コストで異なる量子ビット校正方法を実施する。システムは、量子ビットのシステムを効率的で効果的に監視して、適切に動作しない量子ビットを訂正するために、適切でコスト効果的な手順を適用し、こうして計算性能の改善、および自動量子ビット校正を実装しないシステムと比較して量子ビット校正を実施することに関連するコストの減少を達成する。

さらに、自動量子ビット校正を実装するシステムは、各量子ビットパラメータの他の量子ビットパラメータへの依存関係を考慮に入れた、様々な計算コストで異なる校正方法を量子ビットに系統的に実施する。系統的手法は、自動量子ビット校正を実装しない他のシステムと比較して自動量子ビット校正を実装するシステムの計算効率を改善する。というのは、不必要な量子ビット校正手順または完了した量子ビットの再設定の実施が回避される一方、高いレベルの制御および信頼性が維持されるためである。

自動量子ビット校正を実装するシステムは、量子ビットパラメータを校正するため、量子ビットパラメータについての知られている情報を利用し、自動量子ビット校正を実装しないシステムと比較して、校正手順の品質を改善し、量子ビットパラメータを成功裏に校正するのに必要な時間を減少する。

自動量子ビット校正を実装するシステムは、エラーに対して堅牢にすることができる。エラーが発生したとき、システムはエラーを修復し、エラーを修復するのに使用した校正手順の文脈に関する情報を保存する。したがって、不必要な作業および校正が回避される。

本明細書の主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付図面および下の説明に記載される。本主題の他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および請求項から明らかとなろう。

自動量子ビット校正のための例示的システムを描く図である。 自動量子ビット校正のための例示的プロセスのフローチャートである。 量子ビットパラメータの組の中のパラメータをシーケンスで処理するための、例示的量子ビット維持プロセスの流れ図である。 量子ビット校正のための例示的プロセスの流れ図である。 第1の校正実験を使用して共振周波数を校正する動作を示す例示的図である。 第2の校正実験を使用して共振周波数を校正する動作を示す例示的図である。

様々な図における同様の参照番号および記号は同様の要素を示す。

有用な容量で物理的な量子ビットを動作させるには、量子ビット当たりに多くの量子ビットパラメータ、たとえば50を超える量子ビットパラメータを校正することが必要である。量子ビットパラメータの一部または全部は、他の量子ビットパラメータおよびそれらの校正に依存する可能性がある。本明細書は、複数の量子ビットパラメータを自動的に校正するためのアーキテクチャおよび方法を記載する。アーキテクチャおよび方法は、ノードおよび有向辺(Directed Edge)を含む有向グラフ(Directed Graph)を使用して、量子ビットパラメータおよびそれらの互いの依存関係のシステムをモデル化しており、各ノードは量子ビットパラメータに対応し、各有向辺は1つの量子ビットパラメータの別のものへの依存関係を示す。量子ビット校正維持手順および量子ビット校正診断手順は、量子ビットパラメータの値を監視してその値が規格外である任意の量子ビットを訂正するため、量子ビットパラメータの依存関係に従う、有向グラフにしたがって自動的に実施することができる。

《例示的動作環境》
図1は、自動量子ビット校正のための例示的システム100を描く。例示的システム100は、下で記載されるシステム、構成要素、および技術を実装できる、1つまたは複数の場所の1つまたは複数の伝統的なコンピュータまたは量子コンピューティングデバイス上の伝統的な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例である。

システムは、量子ビット校正システム104と通信する量子コンピューティングデバイス102、および量子ビットおよびパラメータ属性データ記憶装置106を含む。量子ビット校正システム104は、量子ビットおよびパラメータ属性データ記憶装置106とも通信する。

量子コンピューティングデバイスは、1つまたは複数の量子ビット112を含む。1つまたは複数の量子ビットを使用して、アルゴリズム的動作または量子計算を実施することができる。1つまたは複数の量子ビットの特定の具現化は、量子コンピューティングデバイスが実施するアルゴリズム的動作または量子計算のタイプに依存する。たとえば、量子ビットは、原子、分子、または固体量子システムを介して具現化される量子ビットを含むことができる。他の例では、量子ビットは、限定するものではないが、超電導量子ビットまたは半導体量子ビットを含むことができる。明瞭にするため、図1には3つの量子ビットが図示されるが、システムは、より多い数の量子ビットを含むことができる。

各量子ビットは、複数の量子ビットパラメータに関連付けることができる。量子ビットパラメータは、たとえばπパルスについての電圧振幅または読出しパルスの周波数といった、パラメータ化した量子ゲートで使用される値を含むことができる。たとえば、0状態と1状態の間で弁別するためにπおよびπ/2回転ならびにシングルショット読出しを使用して読出し共振器にたとえば分散的に結合される、超電導量子ビットを調整するため、超電導量子ビットを、読出しパルス周波数、読出しパルス長、読出しパルス電力、読出し信号に基づいた0状態と1状態の間で弁別するための読出し弁別閾値、π回転量子ビット周波数、π/2回転量子ビット周波数、πパルス長、π/2パルス長、πパルス振幅、およびπ/2パルス振幅を含む複数のパラメータに関連付けることができる。量子ビットに関連するパラメータの一部または全部は、実験的な決定を必要とする場合がある。たとえば、量子ビットパラメータの上述のリストにおいて、読出しパルス周波数、読出しパルス電力、読出し信号に基づいた0状態と1状態の間で弁別するための読出し弁別閾値、π回転量子ビット周波数、π/2回転量子ビット周波数、πパルス振幅、およびπ/2パルス振幅は、実験的な決定を必要とする場合がある。他のパラメータは、事前に設定することができる。

複数の量子ビットパラメータは、次いで、1つまたは複数のパラメータ属性と関連付けることができる。パラメータ属性は、それぞれの量子ビットの物理的な具現化に依存する。たとえば、量子ビットパラメータについてのパラメータ属性は、量子ビットパラメータの許容可能値、たとえば、パラメータ化した量子ゲートで使用される許容可能値を含むことができる。量子ビットパラメータ値が許容可能値であると決定される場合、または量子ビットパラメータ値が許容される許容値内にあると決定される場合、量子ビットパラメータを規格内であると決定することができる。量子ビット値が許容不可能値であると決定される場合、量子ビットパラメータを規格外であると決定することができる。たとえば、回転角度が180度回転の1%の許容値内である場合、πパルスパラメータを規格内であると決定することができる。規格外である量子ビットパラメータは、量子ビットパラメータが規格内となることを確実にするために、校正を必要とする可能性がある。

別の例では、量子ビットパラメータについてのパラメータ属性は、パラメータの安定性またはパラメータのドリフト時間の尺度を含むことができる。校正後に、量子ビットパラメータは、温度などの外部要因によって規格外に自然にドリフトする場合がある。パラメータ属性は、したがって、パラメータ値を検査または校正するべき時間期間を示すそれぞれのタイムアウト期間を含むことができる。

別の例として、量子ビットパラメータについてのパラメータ属性は、他の量子ビットパラメータへの量子ビットパラメータの依存関係を含む場合がある。量子ビットパラメータは、少なくとも1つの他の量子ビットパラメータおよび少なくとも1つの他の量子ビットパラメータの校正に依存する場合がある。たとえば、量子ビットが原子であってよく、量子ビットのパラメータをラビ駆動を使用して校正することができる。ラビ駆動を正しく実行するために、事前に校正されなければならないいくつかのパラメータがあってよい。たとえば、ラビ駆動は、量子ビット周波数で実施される必要がある場合があり、量子ビット周波数は、異なる実験で決定されなければならず、量子ビット状態は、それ自体が校正されなければならない読出し動作を使用して測定しなければならない。したがって、これらのパラメータ依存関係によって、ラビ駆動が実施される前に、量子ビット周波数校正および読出し動作を校正しなければならない。

量子ビットパラメータは、各パラメータについてのノード、たとえばノード108、および各依存関係についての有向辺、たとえば有向辺110を含む有向グラフによって表すことができる。たとえば、上で記載したような超電導量子ビットでは、0状態と1状態の間で弁別するための読出し閾値パラメータは、読出し閾値パラメータがπパルスパラメータに依存することを有向辺が示す、πパルスパラメータを表すノードに接続されるノードによって表すことができる。別の例として、πパルスを必要とするノードは、πパルス振幅を校正したノードに接続されることになる。というのは、πパルスを必要とするノードは、πパルス振幅を校正したノードに依存する可能性があるためである。有向グラフ中の各ノードは、関連するパラメータ、およびノードに関連するパラメータについての正しい値を決定するために使用することができる、1つまたは複数の関連する実験を有することができる。図1に描かれたように、量子ビット114は、たとえば量子ビットパラメータ108といった、いくつかの量子ビットパラメータと関連付けることができる。明瞭にするために、たとえば量子ビットパラメータ108といった限られた数の量子ビットパラメータが示されるが、量子ビットは、より少ない数またはより多い数の量子ビットパラメータと関連付けることができる。

有向グラフは、たとえば依存関係を有さないノードといった1つまたは複数のルートノードを含むことができ、1つまたは複数のルートノードは、ルート、またはグラフの「祖先」方向、たとえば依存関係を有さないルートノードに向かう方向、およびグラフのリーフまたは「子」方向、たとえばグラフ中で依存関係があるまたはより深いノードに向かう方向を規定する。

量子ビット校正システム104は、伝統的なデバイスまたは量子処理デバイスを含むことができ、量子コンピューティングデバイス102と通信する。量子ビット校正システム104は、量子ビットパラメータの組、および量子ビットパラメータの、量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数の他の量子ビットパラメータへの依存関係を含む、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの1つまたは複数の属性を記述するデータを取得するように構成することができ、パラメータおよびそれらの互いの依存関係は、各パラメータについてのノードおよび各依存関係についての有向辺を含む有向グラフによって表すことができる。量子ビット校正システム104は、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの1つまたは複数の属性を記述するデータを、データ記憶装置、たとえば量子ビットパラメータおよび属性データ記憶装置106に、任意選択で記憶することができる。いくつかの実装形態では、量子ビット校正システム104は、自動量子ビット校正システム100の外部の第三者から、たとえばユーザ入力を介して、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの1つまたは複数の属性を記述するデータの一部または全部を受け取ることができる。

量子ビット校正システム104は、量子ビットパラメータを自動的に校正するため、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの1つまたは複数の属性を記述するデータを使用することができる。たとえば、量子ビット校正システム104は、たとえば有向グラフのルートノードに対応する量子ビットパラメータといった量子ビットパラメータを識別し、識別した量子ビットパラメータ、およびたとえば選択したノードに対応する量子ビットパラメータおよび各派生ノード(Descendant Node)の量子ビットパラメータといった1つまたは複数の依存性量子ビットパラメータを含む量子ビットパラメータの組を選択するように構成することができる。量子ビットパラメータの組は、たとえばノード系統順序(Node Ancestry Ordering)にしたがって順序付けることができる。量子ビット校正システム104は、順序にしたがったシーケンスで、量子ビットパラメータの組の中のパラメータを校正することができる。これらの動作を実施するため量子ビット校正システム104によって使用されるプロセスは、図2、図3、および図4を参照して下でより詳細に記載される。

量子ビット校正システム104は、量子コンピューティングデバイス102に含まれる1つまたは複数の量子ビット112、たとえば量子ビット114の量子ビットパラメータを校正するために、たとえば量子ビットパラメータ108といった量子ビットパラメータに、校正試験(Calibration Test)および校正実験(Calibration Experiment)を実施するように構成することができる。校正実験は、波形の単一の静的な組を含むことができ、実験後の最終的な量子ビット状態の確率分布についての統計を集めるために、単一の実験をN回繰り返すことができる。たとえば、校正実験は、πパルスとそれに続く読出しパルスを実施することを含むことができる。校正実験は、実験の集合を含むこともでき、ここでは、波形が実験毎に変えられる。実験の例示的な集合は、ラビスキャン、たとえば回転パルスとそれに続く読出しパルスからなる一連の実験を含み、ここで、各実験は、回転パルスについて異なる振幅を有することになる。そのような実験の集合は、回転振幅と量子ビット状態との間の関係を決定するために使用することができる。量子ビットパラメータに校正試験および校正実験を実施することについては、図3および図4を参照して、下でより詳細に記載される。

《ハードウェアのプログラミング》
図2は、自動量子ビット校正のための例示的プロセス200のフローチャートである。便宜上、プロセス200は、1つまたは複数の場所にある1つまたは複数の伝統的なデバイスまたは量子コンピューティングデバイスのシステムによって実施されるものと記載することになる。たとえば、本明細書にしたがって適切にプログラムされた、たとえば図1の量子ビット校正システム104といった量子ビット校正システムは、プロセス200を実施することができる。

システムは、複数の量子ビットパラメータ、および複数の量子ビットパラメータの1つまたは複数の他の量子ビットパラメータへの依存関係を記述するデータを取得する(ステップ202)。データは、複数のパラメータの1つまたは複数の属性を記述するデータを含むこともできる。パラメータおよびそれらの互いの依存関係は、各パラメータについてのノードおよび各依存関係についての有向辺を含む有向グラフによって表すことができる。各依存関係についての有向辺は、前のノードの良好な校正へのノードの依存性を示す。たとえば、πパルスに対応するノードは、少なくともπパルス振幅の良好な校正に依存することができる。いくつかの例では、有向グラフは、関係するパラメータが同時に校正される場合、複数のパラメータおよび校正についてのノードを含むことができる。

いくつかの実装形態では、有向グラフは、非巡回型であってよい。たとえば、有向グラフは、ルートノード、および親ノードから子ノードに進むことによって到達される1つまたは複数の派生ノードを有するツリーであってよい。他の実装形態では、たとえば、1つまたは複数の共依存性パラメータがあるとき、有向グラフは巡回型である。

量子ビットパラメータの取得した組の中のパラメータの1つまたは複数の属性は、(i)校正が実施されるべきそれぞれのタイムアウト期間、および(ii)パラメータ値についての許容可能閾値をさらに含むことができる。たとえば、校正が実施されるべきタイムアウト期間は、パラメータの値が安定したままであり、規格外にドリフトしない時間の長さである、パラメータの「ドリフト時間」に基づいて決定することができる。パラメータ値についての許容可能閾値は、パラメータタイプにしたがって変わる場合がある。たとえば、πパルスについての許容可能閾値は、180度回転の1%以内であってよい。パラメータ値についての許容可能閾値は、パラメータが規格外であるか、たとえば、パラメータの測定がノイズを発生しているかを決定するために使用することができる。

システムが量子ビットパラメータを識別する(ステップ204)。たとえば、識別した量子ビットパラメータは、有向グラフのルートノードに対応する量子ビットパラメータであってよい。たとえば、有向グラフは、選択される1つのルートノードを有することができる。他の例では、有向グラフは、複数のルートノードを有することができる。そのような場合、システムは、ルートノードに対応する量子ビットパラメータのうちの1つを選択し、ルートノードに対応する各選択した量子ビットパラメータについてプロセス200を実施することが繰り返しできる。さらなる例では、識別した量子ビットパラメータは、より詳細に下で記載するように、校正試験に不合格となったほとんどのルートノードに対応することができる。

システムは、識別した量子ビットパラメータおよび1つまたは複数の依存性量子ビットパラメータを含む量子ビットパラメータの組を選択する(ステップ206)。たとえば、量子ビットパラメータの組は、識別したノードに対応する識別した量子ビットパラメータ、および各派生ノードの量子ビットパラメータを含むことができる。量子ビットパラメータの組は、たとえばノード系統順序にしたがって順序付けることができる。すなわち、量子ビットパラメータの組は、識別したルートノードで始まり最も若い子ノードで終わるノード依存関係を通して進むシーケンスで順序付けることができる。

たとえば、有向グラフが非巡回型であり、ノードA、B、C、およびDを含み、Aがルートノード、ノードBがノードAに依存し、ノードCおよびDがノードBに依存する場合、ノード系統順序で選択した量子ビットパラメータの組は、{A, B, C, D}であってよい。この例では、均等なノード系統順序は{A, B, D, C}であってよい。

いくつかの実装形態では、有向グラフは巡回型であり、選択した量子ビットパラメータの組における共依存性パラメータ間の繰り返しの数は、所定の閾値で上限を定められる。たとえば、有向グラフが巡回型であり、ノードA、B、およびCを含み、Aがルートノード、ノードBがノードAおよびノードCに依存し、ノードCがノードBに依存する場合、原理的に、共依存性パラメータBとCの間の繰り返しの数は不定であってよく、すなわち、ノード系統順序で選択した量子ビットパラメータの組は、無限の組{A, B, C, B, C, B, C, B, C,…}であってよい。この状況では、システムは、最適化のレベルを作成し、共依存性パラメータ間の繰り返しの数を、所定の閾値で上限を定める。たとえば、繰り返しの数は、2に上限を定めることができ、ノード系統順序で選択した量子ビットパラメータの組は、{A, B, C, B, C}であってよい。

システムは、依存関係を記述するデータに従うシーケンスで、量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを処理する(ステップ208)。いくつかの実装形態では、システムは、シーケンスで、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの各々を処理する。たとえば、有向グラフが非巡回型であり、ノードA、B、C、およびDを含み、Aがルートノード、ノードBがノードAに依存し、ノードCとDの両方がノードBに依存する場合、システムは、順序A、B、C、Dに従うシーケンスで量子ビットパラメータの組{A, B, C, D}におけるノードA、B、C、およびDに対応する各パラメータを校正することができる。順序にしたがったシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の量子ビットパラメータを処理することについては、図3および図4を参照して下でより詳細に記載される。

《量子ビットパラメータの処理》
図3は、量子ビットパラメータの組の中のパラメータを処理するための、例示的量子ビット維持プロセス300の流れ図である。量子ビット維持プロセス300は、量子ビットパラメータ順序にしたがったシーケンスで、量子ビットパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータについて実施することができる。便宜上、プロセス300は、1つまたは複数の場所にある1つまたは複数の伝統的なデバイスまたは量子コンピューティングデバイスのシステムによって実施されるものと記載することになる。たとえば、本明細書にしたがって適切にプログラムされた、たとえば図1の量子ビット校正システム104といった量子ビット校正システムは、プロセス300を実施することができる。例示的なプロセス300は、たとえばプロセスを校正されるべきグラフの「リーフ」または「子」方向のノードに実行することができる、量子ビットパラメータおよびそれらの依存関係を表す有向グラフを探索する、深度優先の反復方法と考えることができる。プロセスは、ここで、システムの最近の状態および現在の状態に関する情報に基づいて、規格外である可能性が高い、最上位の「ルート」方向にノードを調査することを開始することができ、元々、プロセスがその上で実行したノードに向かって動作する。いくつかの例では、プロセス300は、初期システム校正として実施することができる。というのは、プロセスは、最も依存関係が低いノードから最も依存関係の高いノードの順序で自然に動くためである。またはいくつかの場合には、システムが、最近の校正後しばらくアイドル状態であったときに、プロセス300を実施することができる。

システムは、量子ビットパラメータに校正試験を実施する(ステップ302)。校正試験は、パラメータが規格内であるか規格外であるかを決定する。校正試験は、有向グラフに関連するメタデータの組を含むことができ、量子ビットパラメータに実験を実施することを含まない場合がある。むしろ、校正試験は、量子ビットパラメータおよび以前の校正を調査することによる、パラメータの現在の状況、ひいてはシステムの現在の状況を決定するのに使用できる低コストな試験であってよい。いくつかの実装形態では、校正試験は、パラメータが規格外であるときを決定するための合格および不合格の基準を含むことができる。たとえば、量子ビットパラメータについての校正試験は、校正実験が、パラメータ上でそれぞれのタイムアウト期間内に成功裏に実施された場合に合格となる。校正実験は、ステップ306およびステップ314を参照して下で詳細に記載される。別の例では、校正試験は、パラメータが校正実験に不合格となったとフラグが立った場合に不合格となる場合がある。さらなる例では、校正試験は、パラメータ依存性が所定の時間量内に再校正された場合、たとえば、現在のパラメータが依存するパラメータである祖先パラメータが、現在のパラメータ自体が校正されたために再校正された場合に不合格となる場合がある。別の例として、校正試験は、パラメータ依存性が所定の時間量内に変更された場合、たとえばパラメータがここで異なるパラメータに依存する場合に不合格となる場合がある。加えて、校正試験は、そのパラメータに依存するパラメータが校正試験に不合格となった場合に不合格となる場合がある。

システムは、校正試験が不合格になると、パラメータに第1の校正実験または診断校正アルゴリズム(Diagnostic Calibration Algorithm)を実施する。校正試験が不合格となる(ステップ304)量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、システムは、そのパラメータに第1の校正実験を実施する(ステップ306)。第1の校正実験は、実験の集合を実行し、実験の集合からのデータを使用して校正の状態を決定する、ノード上の方法を含むことができる。たとえば、第1の校正実験は、パラメータ値が規格外であるかを決定するために使用されるそれぞれの測定結果を有する1つまたは複数の量子ビット実験を含むことができる。第1の校正実験は、低コストな実験の集合であってよく、実験は、入力波形および波形を印可した後に測定した量子ビット状態の出力を含むことができる。第1の校正実験は、量子ビットが完全な校正を必要とするかを決定するために使用することができる。たとえば、第1の校正実験は、対応する量子ビット実験の測定結果が規格外であるパラメータ値を示す場合に不合格となる場合がある。たとえば、パラメータ値は、第1の校正実験がノイズを返し、期待した測定結果を返さない場合に規格外である場合がある。一般的に、第1の校正実験は、量子ビットパラメータについての質問、すなわち、パラメータは規格内であるか?第1の校正実験は正しく機能しているか、たとえば実験の集合は正確に機能しているか?などに答えるために使用することができる。

第1の校正実験がパラメータに起因しないエラーのために不合格となる(ステップ308)量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、システムは、量子ビットパラメータの組に診断校正アルゴリズムを実施する(ステップ310)。パラメータに起因しないエラーは、祖先パラメータに起因するエラーを含む場合がある。たとえば、パラメータがπパルスを必要とするが、それが依存するパラメータが校正したπパルス振幅を有さない場合、πパルスを必要とするパラメータは、規格外のπパルス振幅のため第1の校正実験に不合格となる場合がある。量子ビットパラメータの組に診断校正アルゴリズムを実施することについては、図4を参照して下でより詳細に記載される。

第1の校正実験がパラメータに起因するエラーのために不合格となる(ステップ312)量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、システムは、パラメータに第2の校正実験を実施する(ステップ314)。パラメータに起因するエラーは、制御電子回路またはデバイスパラメータにドリフトを含む場合があり、または祖先パラメータが、このパラメータについての最適値を変える、たとえば、π振幅がこれらの理由で変わる場合がある。

第2の校正実験は、実験の集合を実行し、実験の集合からのデータを使用してノードに関連するパラメータを更新するパラメータを表す、ノード上の方法を含むことができる。いくつかの実装形態では、第2の校正実験は、有向グラフに関連するメタデータを変える唯一の実験である。第2の校正実験は、パラメータの値を更新するために使用されるそれぞれの測定結果を有する1つまたは複数の量子ビット実験を含むことができる。第2の校正実験は、量子ビットパラメータについての新しい値を決定するために使用される、高コストの実験の集合であってよい。第2の校正実験の出力は、量子ビットパラメータ値を更新する動作として解釈することができる。第2の校正実験は、第1の校正実験よりも完了させるためにより長い時間またはより多くのハードウェアを必要とする可能性がある。たとえば、第1の校正実験は、第2の校正実験よりも低コストのものである。

第2の校正実験が不合格である量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、システムは、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの処理を中止する(ステップ316)。

(ステップ302に記載されるような)校正試験、(ステップ306に記載されるような)第1の校正実験、または第2の校正実験のいずれかが合格である量子ビットパラメータの組の中のパラメータについて、システムは、そのパラメータを規格内であるパラメータとしてフラグを立てる(ステップ318)、すなわち、パラメータの値が許容可能であり、さらなる処理/校正を必要としない。この状況では、システムは、図2を参照して上で記載したステップ208に戻り、順序にしたがったシーケンスで量子ビットパラメータの組の中の次のパラメータを選択することができる。たとえば、ノードA、B、C、およびDのシーケンスの中のノードAに対応する量子ビットパラメータが、校正試験、第1の校正実験、または第2の校正実験のいずれかに合格であるとステップ318で決定される場合、システムは、ノードAに対応する量子ビットパラメータを規格内であるとしてフラグを立て、ステップ302に戻り、ノードBに校正試験を実施することができる。

図4は、量子ビットパラメータの組に診断校正アルゴリズムを実施するための例示的プロセス400の流れ図である。便宜上、プロセス400は、1つまたは複数の場所にある1つまたは複数の伝統的なデバイスまたは量子コンピューティングデバイスのシステムによって実施されるものと記載することになる。たとえば、本明細書にしたがって適切にプログラムされた、たとえば図1の量子ビット校正システム104といった量子ビット校正システムは、プロセス400を実施することができる。例示的なプロセス400は、量子ビットパラメータ、および特定のノードで始まりノードの依存関係を通して後ろ向きに作用することによる量子ビットパラメータの依存関係を表す有向グラフを探索することができる。例示的なプロセスでは、システムに関する現在または最近の情報がプロセスをコールしたノード近くの領域でもはや信頼できないことを仮定することができる。したがって、プロセス400は、校正試験を使用することなく、第1および第2の校正実験を使用して、グラフを全体的に探索することができる。

プロセス400は、量子ビットパラメータおよび量子ビットパラメータのノードの祖先ノード(Ancestor Node)に対応する量子ビットパラメータが規格内であると決定されるまたはプロセスが中止されるまで、量子ビットパラメータおよび量子ビットパラメータのノードの祖先ノードに対応する量子ビットパラメータに、第1の校正実験と第2の校正実験のうちの1つまたは複数を繰り返して実施する動作を含む、繰り返しプロセスである。プロセス400は、たとえばパラメータに起因しないエラーのために第1の校正実験に不合格となった量子ビットパラメータ、および第1の校正実験に不合格となった量子ビットパラメータのノードの祖先ノードに対応する量子ビットパラメータが規格内であると決定されるまで、繰り返して実施することができる。プロセス400は、データ駆動される診断校正アルゴリズムである。

システムは、量子ビットパラメータに第1の校正実験を実施する(ステップ402)。たとえば、有向グラフが非巡回型であり、ノードA、B、およびDを含み、Aがルートノードであり、ノードBがノードAに依存し、ノードDがノードBに依存し、ノードDが、ノードDにより表されるパラメータに起因しないエラーのために第1の校正実験を不合格となった場合、システムは、ノードDに対応する量子ビットパラメータに第1の校正実験を実施することができる。第1の校正実験を実施することについては、図3を参照して上でより詳細に記載される。

システムは、量子ビットパラメータについての第1の校正実験が合格したかしなかったかを決定することができる。量子ビットパラメータが第1の校正実験を合格したという決定に応じて、システムは、そのパラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てる(ステップ404)。

量子ビットパラメータがパラメータに起因しないエラーのために第1の校正実験に不合格となったという決定に応じて、システムは、祖先パラメータを量子ビットパラメータとして選択する(ステップ406)。パラメータに起因しないエラーが、図3を参照して上で記載されている。上の例を続けると、ステップ406で、ノードA、B、Dのシーケンス中のノードDに対応する量子ビットパラメータが、ノードDに対応するパラメータに起因しないエラーのために第1の校正実験を不合格と決定される場合、システムは、ノードDの祖先ノード、たとえばノードBを選択し、ステップ402に戻り、祖先ノード、たとえばノードBに第1の校正実験を実施することができる。

いくつかの例では、プロセス400が有向グラフのルートノード、たとえば祖先パラメータを有さないノードに実施され、ステップ406で、第1の校正実験がルートノードに対応するパラメータに起因しないエラーのために不合格と決定される場合、システムは、システム不良と決定することができる。

量子ビットパラメータが第1の校正実験をパラメータに起因するエラーのために不合格となるとの決定に応じて、システムは、量子ビットパラメータに第2の校正実験を実施する(ステップ408)。たとえば、上の例を続けると、ノードDに対応する量子ビットパラメータに実施された第1の校正実験がノードDに対応するパラメータに起因するエラーのために不合格と決定される場合、システムは、ノードDに対応する量子ビットパラメータに第2の校正実験を実施する。パラメータに起因するエラーおよび第2の校正実験を実施することの両方は、図3を参照して上で記載されている。

量子ビットパラメータが第2の校正実験を合格したという決定に応じて、システムは、そのパラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てる(ステップ410)。

量子ビットパラメータが第2の校正実験に不合格であるという決定に応じて、システムは、量子ビットパラメータの組の中のパラメータの処理を中止する(ステップ412)。

図3および図4を参照して上で記載されたように、また、量子ビット校正システム、たとえば図1の量子ビット校正システム104によって実施されるように、図5Aおよび図5Bは、第1および第2の校正実験を使用して共振周波数を校正する動作の例示的図面502〜510を示す。

量子ビットについての最初の読出し周波数を決定するために、読出しパルスの実験の集合を実施し、読出し共振器のローレンツ型周波数応答を探すことが、物理的に必要な場合がある。図面502は、6500MHzに中心がある読出し共振器の理想的ローレンツ型周波数応答を示す。

量子ビットに第1の校正実験を実施することは、共振器周波数が規格内である、たとえば6500MHzの周りの所与の範囲内である、または規格外であることを検証するために使用することができる。第1の校正実験は、低コストの実験の集合であってよいため、多数のデータ点をとる代わりに、システムは、少数のデータ点、たとえば、6500MHzの期待される共振周波数の周りに中心がある5つの実験を使用する5つのデータ点をとることができる。図面504は、5つの実験を使用する5つのデータ点を図示する。結果として得られるデータは、共振周波数が、たとえば6500MHzにまたは6500MHz近くにあると期待される周波数であると示唆することができる。この場合、第1の校正実験は、「真」、たとえば、パラメータが第1の校正実験に合格したことを返すことになる。

たとえば、共振器周波数が以前に6493MHzに校正されて第1の実験が実施された場合、システムは、図面506を生成することができ、ここで、丸記号は図面504でのように、5つの実験からの出力を表し、垂直線は、共振器の期待される周波数、たとえば6493MHzを表す。この場合、第1の実験は、共振器周波数が期待されたようでない、たとえば6500MHzでないことを示し、第1の校正実験は、「偽」、たとえばパラメータに起因しないエラーのためにパラメータが第1の校正実験に不合格となったことを返すことになる。

別の例として、いくつかの場合には、読出しデバイスは、たとえば障害のあるハードウェアによって、機能していない場合がある。この場合、第1の実験が実施された場合、システムは、図面508を生成することができる。図面508に示されるデータは無意味である。読出しデバイスは、周波数とは無関係に、0.5を常に戻している。この場合、第1の実験は「偽」、たとえば、校正実験がパラメータに起因しないエラーのために不合格となったこと-むしろ、エラーは読出しデバイスに起因する、を戻すことになる。そのような場合、パラメータが規格内であるかそうでないかを検証することは可能でない場合がある。いくつかの実装形態では、システムは、パラメータが規格内でないと仮定する場合がある。

図面510は、共振周波数を校正するために使用される第2の校正実験の結果を示す。図3および図4を参照して上で記載したように、第2の校正実験は、実験の集合を実行すること、およびノードに関連するパラメータを更新するため実験からのデータを使用することを含むことができる。図面510は、共振器周波数を決定するために、実験の集合を実施する動作の結果を示す。

本明細書に記載される、デジタルおよび/または量子の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、本明細書に開示された構造物およびそれらの構造的な等価物を含む、デジタル電子回路、好適には量子回路、もしくはより一般的に量子計算システムで、有形に具体化されたデジタルおよび/もしくは量子コンピュータソフトウェアもしくはファームウェアで、デジタルおよび/もしくは量子コンピュータハードウェアで、またはそれらのうちの1つまたは複数の組合せで実装することができる。「量子計算システム」という用語は、限定するものではないが、量子コンピュータ、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むことができる。

本明細書に記載したデジタルおよび/または量子の主題の実装形態は、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って実行するため、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る、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うちの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、ランダムもしくはシリアルアクセスメモリデバイス、1つもしくは複数の量子ビット、またはそれらのうちの1つまたは複数の組合せであってよい。代替または追加として、プログラム命令は、データ処理装置によって実行するため好適な受信器装置に送信するためにデジタルおよび/または量子情報を符号化するように生成される、たとえば、機械生成した電気、光学、または電磁信号といった、デジタルおよび/または量子情報を符号化することが可能な、人工的に生成した伝播信号上に符号化することができる。

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搬送される、量子システム中の保持または記憶される情報またはデータのことを呼び、最小の重要なシステムは量子ビット、すなわち、量子情報の単位を規定するシステムである。「量子ビット」という用語は、対応する文脈中の2レベルシステムとして好適に近似できる全ての量子システムを包含することが理解される。そのような量子システムは、たとえば2つ以上のレベルを有する、多レベルシステムを含むことができる。例として、そ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、計算の基底状態は、グランドおよび第1の励起状態で規定されるが、計算の状態がより高いレベルの励起状態で規定される他のセットアップが可能であることが理解される。「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のことを呼び、例として、プログラム可能デジタルプロセッサ、プログラム可能量子プロセッサ、デジタルコンピュータ、量子コンピュータ、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、およびそれらの組合せを含む、デジタルおよび/または量子データを処理するための、全ての種類の装置、デバイス、および機械を包含する。装置は、たとえばFPGA(フィールドプログラム可能ゲートアレイ)、ASIC(特定用途向け集積回路)、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ついての情報をシミュレーションする、または生成するように設計される量子データ処理装置といった専用論理回路であってよく、またはそれらをさらに含んでよい。特に、量子シミュレータは、汎用量子計算を実施する能力を有さない、専用量子コンピュータである。装置は、ハードウェアに加えて、たと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つまたは複数の組合せを構成するコード、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作るコードを任意選択で含むことができる。

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、または記載される場合があるが、コンパイル型もしくはインタープリタ型言語、または宣言型もしくは手続型言語を含むプログラミング言語の任意の形式で書くことができ、スタンドアロン型プログラムまたはモジュール、構成要素、サブルーチン、もしくはデジタルコンピューティング環境で使用するのに好適な他のユニットを含む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、または記載される場合があるが、コンパイル型もしくはインタープリタ型言語、または宣言型もしくは手続型言語を含むプログラミング言語の任意の形式で書いて、好適な量子プログラミング言語へと変換することができ、またはたとえばQCLもしくはQuipperといった量子プログラミング言語で書くことができる。

デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムは、ファイルシステム中のファイルに対応することができるが、対応する必要はない。プログラムは、たとえばマークアップ言語文書中に記憶される1つもしくは複数のスクリプトといった他のプログラムもしくはデータを保持するファイルの一部の中、対象のプログラムに専用の単一のファイルの中、またはたとえば1つもしくは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの部分を記憶するファイルといった複数の協調したファイルの中に記憶することができる。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つの場所にある、または複数の場所に分散されてデジタルおよび/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、1つのデジタルもしくは1つの量子コンピュータ、または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す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、たとえば量子ビットを使用して量子データを送信できるネットワークであると理解される。一般的に、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通信できる。

本明細書で記載されるプロセスおよび論理の流れは、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、適宜に、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動作して出力を生成することによって機能を実施する、1つまたは複数のプログラム可能デジタルおよび/または量子コンピュータによって実施することができる。プロセスおよび論理の流れは、たとえばFPGAもしくはASICといった専用論理回路または量子シミュレータによって、または専用論理回路もしくは量子シミュレータと1つもしくは複数のプログラムされたデジタルおよび/もしくは量子コンピュータとの組合せによって、実施することもでき、装置がそれらとして実装することもできる。

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のシステムについて、特定の動作(Operation)またはアクションを実施する「ように構成される」とは、システムが、動作においてシステムに動作またはアクションを実施させる、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せをシステム上にインストールすることを意味する。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について、特定の動作またはアクションを実施するように構成されるとは、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、装置に動作またはアクションを実施させる命令を1つまたは複数のプログラムが含むことを意味する。量子コンピュータは、量子コンピューティング装置によって実行されると、装置に動作またはアクションを実施させる、デジタルコンピュータからの命令を受け取ることができる。

デジタルおよび/または量子コンピュータプログラムの実行に好適なデジタルおよび/または量子コンピュータは、汎用または専用デジタルおよび/もしくは量子プロセッサまたはそれらの両方、または任意の他の種類の中央デジタルおよび/もしくは量子処理ユニットに基づくことができる。一般的に、中央デジタルおよび/または量子処理ユニットは、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、またはたとえば光子といった量子データを送信するのに好適な量子システム、またはそれらの組合せから、命令ならびにデジタルおよび/または量子データを受け取ることになる。

デジタルおよび/または量子コンピュータの本質的要素は、命令を実施または実行するための中央処理装置と、命令ならびにデジタルおよび/または量子データを記憶するための1つまたは複数のメモリデバイスである。中央処理装置およびメモリは、専用論理回路または量子シミュレータによって補うこと、または専用論理回路または量子シミュレータに組み込むことができる。一般的に、デジタルおよび/もしくは量子コンピュータは、やはり、デジタルおよび/もしくは量子データを記憶するための1つまたは複数の大規模記憶デバイス、たとえば磁気、光磁気ディスク、光ディスク、もしくは量子情報を記憶するのに好適な量子システムを含み、または1つもしくは複数の大規模記憶デバイスからデジタルおよび/もしくは量子データを受け取るため、またはデジタルおよび/もしくは量子データを送信するため、またはその両方のために1つもしくは複数の大規模記憶デバイス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。

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ならびにデジタルおよび/または量子データを記憶するのに好適なデジタルおよび/または量子コンピュータ可読媒体は、例として、たとえばEPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイスといった半導体メモリデバイス、たとえば内部ハードディスクまたは取外し可能ディスクといった磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROMおよびDVD-ROMディスク、ならびにたとえばトラップした原子または電子といった量子システムを含む、全ての形態の不揮発性デジタルおよび/または量子メモリ、媒体、およびメモリデバイスを含む。量子メモリは、量子データを長期間、高い忠実度および効率で記憶できるデバイス、たとえば、送信のために光が使用され、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ものである、光-物界面であると理解される。

本明細書に記載される様々なシステムまたはシステムの部分の制御は、1つまたは複数の非一時的機械可読記憶媒体に記憶されて、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に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システムの部分は、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ならびに本明細書に記載される動作を実施するための実行可能な命令を記憶するメモリを含むことができる装置、方法、またはシステムとして各々実装することができる。

本明細書が多くの具体的な実装形態の詳細を含む一方で、多くの具体的な実装形態の詳細は、特許請求することができる範囲の限定と解釈するべきでなく、むしろ、特定の実装形態に固有であってよい特徴の記載と解釈するべきである。別個の実装形態の文脈において本明細書に記載されるある種の特徴は、単一の実装形態中で組み合わせて実装することもできる。反対に、単一の実装形態の文脈で記載されている様々な特徴を、複数の実装形態に別個に、または任意の好適な下位の組合せで実装することもできる。さらに、特徴は、ある種の組合せにおけるアクションとして上で記載され、そのように最初に特許請求されさえするが、特許請求される組合せからの1つまたは複数の特徴は、いくつかの場合に組合せから削除することができ、特許請求される組合せが、下位の組合せまたは下位の組合せの変形を対象にすることができる。

同様に、動作が特定の順序で図に描かれている一方で、このことを、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る特定の順序でまたは連続的な順序で実施されなければならないこと、または全ての図示された動作が実施されなければならないことが必要であると理解するべきでない。ある種の環境では、マルチタスクおよび並列処理が有利な場合がある。さらに、上で記載される実装形態中の様々なシステムモジュールおよび構成要素の区切りは、全ての実装形態でそのような区切りが必要であると理解するべきでなく、記載されるプログラム構成要素およびシステムは、一般的に、単一のソフトウェア製品に一緒に統合できること、または複数のソフトウェア製品にパッケージできることを理解するべきである。

本主題の特定の実装形態を記載してきた。他の実装形態は、以下の請求項の範囲内である。たとえば、請求項中で言及されるアクションは、異なる順序で実施して、依然として望ましい結果を達成することができる。一例として、添付図面に描かれているプロセスは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示される特定の順序または連続的な順序を必要としない。いくつかの場合に、マルチタスクおよび並列処理が有利な場合がある。

100 自動量子ビット校正システム
102 量子コンピューティングデバイス
104 量子ビット校正システム
106 量子ビットおよびパラメータ属性データ記憶装置
108 ノード、量子ビットパラメータ
110 有向辺
112 量子ビット
114 量子ビット
200 プロセス
300 量子ビット維持プロセス
400 プロセス

Claims (20)

1. 複数のシステムパラメータと、前記複数のシステムパラメータの、1つまたは複数の他のシステムパラメータへの依存関係を記述するデータとを取得するステップであって、前記複数のシステムパラメータと、前記複数のシステムパラメータの、1つまたは複数の他のシステムパラメータへの依存関係を記述するデータとが、各システムパラメータについてのノードと各依存関係についての有向辺とを含む有向グラフにより表される、ステップと、
   システムパラメータを識別するステップと、
   前記識別したシステムパラメータと1つまたは複数の依存性システムパラメータとを含むシステムパラメータの組を選択するステップであって、前記識別したシステムパラメータと各派生ノードの前記システムパラメータとを含むシステムパラメータの組を選択するステップを含み、前記システムパラメータの組がノード系統順序に従って順序付けされる、ステップと、
   依存関係を記述する前記データに従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正するステップであって、前記ノード系統順序に従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正するステップを含む、ステップと
   を含む、方法。
2. 前記システムパラメータが、量子ビットパラメータを含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記システムパラメータを識別するステップが、ルートノードに対応するシステムパラメータを識別するステップを含む、請求項1に記載の方法。
4. 前記ノード系統順序に従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正するステップが、前記システムパラメータの組の中のパラメータについて、
   前記パラメータに校正試験を実施するステップと、
   前記校正試験が不合格であるときに前記パラメータに第1の校正実験または診断校正アルゴリズムを実施するステップと
   を含む、請求項1に記載の方法。
5. 前記パラメータに第1の校正実験または診断校正アルゴリズムを実施するステップが、
   前記校正試験が不合格であるとき、前記パラメータに第1の校正実験を実施するステップと、
   前記第1の校正実験が前記パラメータに起因しないエラーのために不合格であるとき、前記パラメータに診断校正アルゴリズムを実施するステップと
   を含む、請求項4に記載の方法。
6. 前記第1の校正実験が前記パラメータに起因するエラーのために不合格であるとき、前記パラメータに第2の校正実験を実施するステップと、
   前記第2の校正実験が不合格であるとき、シーケンスで前記システムパラメータの組の中の前記1つまたは複数のパラメータの処理を中止するステップと、
   前記パラメータが前記校正試験また第1の校正実験のいずれかに合格するとき、前記パラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てるステップと
   を含む、請求項4に記載の方法。
7. 前記パラメータに診断校正アルゴリズムを実施するステップが、
   前記システムパラメータと前記システムパラメータの前記ノードの祖先ノードに対応するシステムパラメータとが規格内であると決定されるまで、または前記処理が中止されるまで、前記システムパラメータと前記システムパラメータの前記ノードの祖先ノードに対応するシステムパラメータとに前記第1の校正実験および第2の校正実験のうちの1つまたは複数を繰り返して実施するステップを含み、前記繰り返して実施するステップが、各繰返しについて、
   前記システムパラメータに前記第1の校正実験を実施するステップと、
   前記システムパラメータが前記第1の校正実験に合格であるとの決定に応じて、前記パラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てるステップと、
   前記システムパラメータが、前記パラメータに起因しないエラーのために前記第1の校正実験に不合格であるとの決定に応じて、祖先ノードを前記システムパラメータとして選択するステップと
   を含む、請求項4に記載の方法。
8. 前記システムパラメータが前記パラメータに起因するエラーのために前記第1の校正実験に不合格であるとの決定に応じて、前記システムパラメータに前記第2の校正実験を実施するステップと、
   前記システムパラメータが前記第2の校正実験に合格であるとの決定に応じて、前記パラメータを規格内のパラメータとしてフラグを立てるステップと、
   前記システムパラメータが前記第2の校正実験に不合格であるとの決定に応じて、前記システムパラメータの組の中の前記パラメータの前記処理を中止するステップと
   をさらに含む、請求項7に記載の方法。
9. 前記パラメータに起因しないエラーが、祖先パラメータに起因するエラーを含む、請求項7に記載の方法。
10. 前記有向グラフが非巡回型である、または
    前記有向グラフが巡回型であり、前記選択したシステムパラメータの組における共依存性パラメータ間の繰り返しの数が所定の閾値で上限を定められる、請求項1に記載の方法。
11. 前記取得したデータは、(i)校正が実施されるべきそれぞれのタイムアウト期間、および(ii)パラメータ値についての許容可能閾値を含む、前記システムパラメータの組の中の前記パラメータの1つまたは複数の属性をさらに含む、請求項1に記載の方法。
12. 前記校正試験は、パラメータが規格外であるときを決定するための、合格および不合格の基準を含み、任意で、
    第1または第2の校正実験が、パラメータ上でそれぞれのタイムアウト期間内に成功裏に実施された場合に、前記校正試験が合格となり、
    (i)パラメータ依存性が所定の時間量内に再校正された場合、または(ii)パラメータ依存性が前記校正試験に不合格の場合に、前記校正試験が不合格となる、請求項4に記載の方法。
13. 前記第1の校正実験が、パラメータが規格外であるときを決定するために使用されるそれぞれの測定結果を伴う1つまたは複数のシステム実験を含み、
    前記システム実験の前記測定結果が規格外のパラメータ値を含む場合に前記第1の校正実験が不合格となる、請求項4に記載の方法。
14. 前記第2の校正実験が、パラメータの値を更新するために使用されるそれぞれの測定結果を伴う1つまたは複数のシステム実験を含む、請求項6に記載の方法。
15. 前記第2の校正実験は、第1の校正実験よりも、完了するのにより長い時間またはより大きいハードウェアを必要とする、請求項6に記載の方法。
16. 前記有向グラフが、同時に校正される複数のパラメータのためのノードを含む、請求項1に記載の方法。
17. 前記識別したパラメータは、ルートノードパラメータの対応するシステムパラメータが校正試験に不合格となるルートノードパラメータを含む、請求項1に記載の方法。
18. 診断校正アルゴリズムがデータ駆動される、請求項3に記載の方法。
19. 依存関係を記述する前記データに従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正するステップが、依存関係を記述する前記データに従うシーケンスで前記システムパラメータの組の中の各パラメータを校正するステップを含む、請求項1に記載の方法。
20. 校正システムであって、
    複数のシステムパラメータと、前記複数のシステムパラメータの、1つまたは複数の他のシステムパラメータへの依存関係を記述するデータとを取得することであって、前記複数のシステムパラメータと、前記複数のシステムパラメータの、1つまたは複数の他のシステムパラメータへの依存関係を記述するデータとが、各システムパラメータについてのノードと各依存関係についての有向辺とを含む有向グラフにより表される、取得することと、
    システムパラメータを識別することと、
    前記識別したシステムパラメータと1つまたは複数の依存性システムパラメータとを含むシステムパラメータの組を選択することであって、前記選択することが、前記識別したシステムパラメータと各派生ノードの前記システムパラメータとを含むシステムパラメータの組を選択することを含み、前記システムパラメータの組がノード系統順序に従って順序付けされる、選択することと、
    依存関係を記述する前記データに従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正することであって、前記校正することが、前記ノード系統順序に従うシーケンスで、前記システムパラメータの組の中の1つまたは複数のパラメータを校正することを含む、校正することと
    を行うように構成される、校正システム。

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