JP7259964B2 - 量子計算機 - Google Patents
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Description
第一の超伝導線路と第一のジョセフソン接合と第二の超伝導線路と第二のジョセフソン接合とが環状に接続されているループ回路と、
キャパシタと、
を有し、
前記キャパシタと前記ループ回路とが環状に接続されている。
また、以下の説明において、ジョセフソン接合とは、第1の超伝導体と第2の超伝導体で薄い絶縁膜を挟んだ構造を有する素子をいう。
上述した通り、分布定数型のジョセフソンパラメトリック発振器は、共振器の占有面積が大きすぎるため、集積化には不向きである。この問題を解決して実用的な量子計算機を実現するためには、集中定数型のジョセフソンパラメトリック発振器を実現する必要がある。集中定数型のジョセフソンパラメトリック発振器は、例えば、図1に示すような回路により実現できる。図1は、第一の実施形態にかかる集中定数型のジョセフソンパラメトリック発振器10の一例を示す模式図である。
このように、図1に示した構成によれば、集中定数型の発振器を構成することができる。集中定数型の発振器であれば、発振周波数に対応する電磁波の波長と同程度の長さの共振器を用いる必要が無いため、回路の占有面積を抑制することができる。
図2は、第二の実施形態にかかる超伝導非線形発振器(ジョセフソンパラメトリック発振器)の構成を示す模式図である。図2に示すように、発振器20は、共振器300と、磁場発生部200とを有する。共振器300は、ループ回路110とキャパシタ120と線形インダクタ130とを備えている。ループ回路110は、第一のジョセフソン接合103と第二のジョセフソン接合104とを接続する第一の超伝導線路101と、第一のジョセフソン接合103と第二のジョセフソン接合104とを接続する第二の超伝導線路102とを備えている。換言すると、共振器300は、第一の超伝導線路101と第二の超伝導線路102とが第一のジョセフソン接合103と第二のジョセフソン接合104により接合されているループ回路110と、キャパシタ120と、線形インダクタ130とを備えている。
次に、第三の実施形態について説明する。第二の実施形態では、シャントに用いられるキャパシタと線形インダクタが直列に接続されていたが、第三の実施形態では、シャントに用いられるキャパシタと線形インダクタが並列に接続されている。
次に、第二の実施形態又は第三の実施形態で示した発振器20、発振器30を量子計算機用の量子ビット回路として用いる実施形態について説明する。なお、ここでいう量子計算機は、イジングモデルにマッピング可能な任意の問題の解を計算する量子アニーリング型の計算機である。上述したように、発振器20、発振器30は、共振周波数の2倍の周波数の交流磁場をループ回路110に与えるとパラメトリック発振する。このとき、発振状態は、互いに位相がπだけ異なる第一の発振状態と第二の発振状態のいずれかの状態をとり得る。この第一の発振状態と第二の発振状態が量子ビットの0、1に対応する。
つまり、第一組の発振器群のうちの第一の発振器40はジョセフソン接合410の一方の端子に、第一のキャパシタ411を介して接続している。また、第一組の発振器群のうちの第二の発振器40はジョセフソン接合410の一方の端子に、第二のキャパシタ411を介して接続している。同様に、第二組の発振器群のうちの第三の発振器40はジョセフソン接合410の他方の端子に、第三のキャパシタ411を介して接続している。また、第二組の発振器群のうちの第四の発振器40はジョセフソン接合410の他方の端子に、第四のキャパシタ411を介して接続している。
なお、図6に示した構成において、制御部50は、各発振器40を制御するために分散的に配置されて設けられてもよいし、複数の制御部50がまとめて1箇所に集約されて設けられてもよい。また、図6に示した構成では読み出し部51が4個用いられているが、1個の読み出し部51が4個の発振器40の読み出しを行ってもよい。この場合、複数の発振器40に対して共通に設けられた読み出し部51は、各発振器40で用いられる周波数の違いにより、各発振器40を区別して読み出しを行なう。
本実施形態によれば、適度な非線形性と低い損失とを両立しつつ、回路の占有面積を抑制した量子計算機を実現することができる。
なお、本開示にかかる超伝導非線形発振器は、量子アニーリング回路だけではなく、ゲート型の量子コンピューティング回路にも適用できる。
また、第四の実施形態では、好ましい実施形態として、第二の実施形態又は第三の実施形態で示した発振器20、発振器30を量子計算機用の量子ビット回路として用いる実施形態について説明したが、第一の実施形態で示した発振器10が用いられてもよい。
20 発振器
30 発振器
40 発振器
41 結合回路
50 制御部
51 読み出し部
52 キャパシタ
60 量子計算機
61 量子計算機
100 共振器
101 第一の超伝導線路
102 第二の超伝導線路
103 第一のジョセフソン接合
104 第二のジョセフソン接合
105 第一の部分
106 第二の部分
110 ループ回路
120 キャパシタ
130 線形インダクタ
200 磁場発生部
300 共振器
400 共振器
410 ジョセフソン接合
411 キャパシタ
412_1 超伝導体
412_2 超伝導体
Claims (9)
- 第一の超伝導線路と第一のジョセフソン接合と第二の超伝導線路と第二のジョセフソン接合とが環状に接続されているループ回路と、キャパシタとを有し、前記キャパシタと前記ループ回路とが環状に接続されている共振器を備える発振器と、
4個の前記発振器を結合する結合回路と
を有し、
前記結合回路は、前記4個の発振器のうち、2個の発振器からなる第一組の発振器群と、他の2個の発振器からなる第二組の発振器群とを第三のジョセフソン接合を介して結合し、
前記第一組の発振器群のうちの第一の発振器は前記第三のジョセフソン接合の一方の端子に、第一のキャパシタを介して接続し、
前記第一組の発振器群のうちの第二の発振器は前記第三のジョセフソン接合の一方の端子に、第二のキャパシタを介して接続し、
前記第二組の発振器群のうちの第三の発振器は前記第三のジョセフソン接合の他方の端子に、第三のキャパシタを介して接続し、
前記第二組の発振器群のうちの第四の発振器は前記第三のジョセフソン接合の他方の端子に、第四のキャパシタを介して接続している
量子計算機。 - 前記共振器は、さらに、線形インダクタを有し、
前記キャパシタ及び前記線形インダクタからなる回路と前記ループ回路とが環状に接続されている
請求項1に記載の量子計算機。 - 前記キャパシタと前記線形インダクタが直列に接続されている
請求項2に記載の量子計算機。 - 前記キャパシタと前記線形インダクタが並列に接続されている
請求項2に記載の量子計算機。 - 前記線形インダクタのインダクタンスの値は、前記共振器のハミルトニアンの非線形項の係数の値が所定の値になるよう、前記ループ回路の等価インダクタンスと、前記ループ回路の発振周波数と、前記第一のジョセフソン接合及び前記第二のジョセフソン接合の臨界電流値と、前記キャパシタのキャパシタンスとに基づいて予め設定されている
請求項2乃至4のいずれか一項に記載の量子計算機。 - 前記発振器は、前記共振器と、前記ループ回路に磁場を印加する磁場発生手段とを有するものである
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の量子計算機。 - 前記発振器4個と、これらを結合する結合回路とからなる単位構造を複数有し、
前記発振器が、複数の前記単位構造で共有されている
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の量子計算機。 - 第一の超伝導線路と第一のジョセフソン接合と第二の超伝導線路と第二のジョセフソン接合とが環状に接続されているループ回路と、キャパシタとを有し、前記キャパシタと前記ループ回路とが環状に接続されている共振器を備える発振器と、
複数の前記発振器を結合する結合回路と
を有し、
前記結合回路は、前記複数の発振器のうち、第一の発振器と第二の発振器とを含む第一組の発振器群と、第三の発振器と第四の発振器とを含む第二組の発振器群とを第三のジョセフソン接合を介して結合し、
前記第一の発振器は前記第三のジョセフソン接合の一方の端子に、第一のキャパシタを介して接続し、
前記第二の発振器は前記第三のジョセフソン接合の一方の端子に、第二のキャパシタを介して接続し、
前記第三の発振器は前記第三のジョセフソン接合の他方の端子に、第三のキャパシタを介して接続し、
前記第四の発振器は前記第三のジョセフソン接合の他方の端子に、第四のキャパシタを介して接続している
量子計算機。 - 前記発振器は、前記共振器と、前記ループ回路に磁場を印加する磁場発生手段とを有するものである
請求項8に記載の量子計算機。
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