JP7285550B2 - VARIABLE MAGNETIC COUPLING CIRCUIT AND CIRCUIT CONTROL METHOD - Google Patents

VARIABLE MAGNETIC COUPLING CIRCUIT AND CIRCUIT CONTROL METHOD Download PDF

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本発明は、可変磁気結合回路、及び回路制御方法に関する。 The present invention relates to a variable magnetic coupling circuit and a circuit control method.

近年、磁束量子ビットなどの回路要素間の可変磁気結合を行う可変磁気結合回路が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。このような従来の可変磁気結合回路では、可変磁気結合の結合強度を制御することが可能である。 In recent years, variable magnetic coupling circuits that perform variable magnetic coupling between circuit elements such as flux qubits have been known (see, for example, Non-Patent Document 1). In such a conventional variable magnetic coupling circuit, it is possible to control the coupling strength of the variable magnetic coupling.

A. O. Niskanen et al.,“Quantum Coherent Tunable Coupling of Superconducting Qubits” Science 316, 723 (2007)A.O.Niskanen et al.,“Quantum Coherent Tunable Coupling of Superconducting Qubits”Science 316, 723 (2007)

しかしながら、上述した従来の可変磁気結合回路では、例えば、磁束量子ビットなどの回路要素間の結合強度を制御する結合強度変調を行う場合に、結合強度変調に伴って、被結合対象の回路要素の周波数、及び磁束の状態のいずれか又は両方が変化してしまい、結合強度と周波数とを独立して制御することが困難であった。また、従来の可変磁気結合回路では、周波数、及び磁束の状態のいずれか又は両方の変化を補償するために、追加の構成を備える必要があった。 However, in the above-described conventional variable magnetic coupling circuit, for example, when performing coupling strength modulation for controlling the coupling strength between circuit elements such as magnetic flux qubits, the coupling strength of the circuit element to be coupled Either or both of the frequency and the state of the magnetic flux would change, making it difficult to control the coupling strength and frequency independently. Also, conventional variable magnetic coupling circuits have had to provide additional features to compensate for changes in frequency and/or magnetic flux conditions.

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、簡易な構成で、磁束の状態を変化させることなく、結合強度と周波数とを独立して制御することができる可変磁気結合回路、及び回路制御方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a circuit and a circuit control method.

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であって、１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路とを備えることを特徴とする可変磁気結合回路である。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention is a variable magnetic coupling circuit that magnetically couples between coupled objects, which are circuit elements having current states, in which a circulating current flows in one loop. an O-shaped loop path; a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; a first loop circuit having a first coupling strength changing portion; and a superconductor figure-eight loop path having an intersection in the path and having opposite directions of circulating current before and after the intersection. a second inductor unit arranged in the figure-eight loop path; and a second coupling strength that is arranged in the figure-eight loop path and that can change the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. and a second loop circuit having a changing portion.

また、本発明の一態様は、電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であり、１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路とを備える可変磁気結合回路の回路制御方法であって、前記第１のループ回路及び前記第２のループ回路による前記被結合対象の周波数の変化及び前記磁気結合強度の変化の特性に基づいて、前記周波数が一定になるように、前記第１結合強度変更部及び前記第２結合強度変更部を制御して、前記磁気結合強度を変更することを特徴とする回路制御方法である。 Another aspect of the present invention is a variable magnetic coupling circuit that magnetically couples objects to be coupled, which are circuit elements having a current state, and an O-shaped loop path through which a circulating current flows in one loop. a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; and a first coupling strength changing section arranged in the O-shaped loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. a superconductor figure-eight loop path having an intersection in the path, the direction of the circulating current being reversed before and after the intersection, and the figure-eight and a second coupling strength changing section arranged in the figure-eight loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. wherein the characteristic of the change in the frequency of the object to be coupled and the change in the strength of the magnetic coupling by the first loop circuit and the second loop circuit are: and controlling the first coupling strength changing unit and the second coupling strength changing unit to change the magnetic coupling strength so that the frequency is kept constant based on the frequency.

また、本発明の一態様は、電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であり、１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路とを備える可変磁気結合回路の回路制御方法であって、前記第１のループ回路及び前記第２のループ回路による前記被結合対象の周波数の変化及び前記磁気結合強度の変化の特性に基づいて、前記磁気結合強度が一定になるように、前記第１結合強度変更部及び前記第２結合強度変更部を制御して、前記周波数を変更することを特徴とする回路制御方法である。 Another aspect of the present invention is a variable magnetic coupling circuit that magnetically couples objects to be coupled, which are circuit elements having a current state, and an O-shaped loop path through which a circulating current flows in one loop. a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; and a first coupling strength changing section arranged in the O-shaped loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. a superconductor figure-eight loop path having an intersection in the path, the direction of the circulating current being reversed before and after the intersection, and the figure-eight and a second coupling strength changing section arranged in the figure-eight loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. wherein the characteristic of the change in the frequency of the object to be coupled and the change in the strength of the magnetic coupling by the first loop circuit and the second loop circuit are: and controlling the first coupling strength changing section and the second coupling strength changing section to change the frequency so that the magnetic coupling strength is constant based on the above.

本発明によれば、簡易な構成で、磁束の状態を変化させることなく、結合強度と周波数とを独立して制御することができる。 According to the present invention, it is possible to independently control the coupling strength and the frequency with a simple configuration without changing the magnetic flux state.

第１の実施形態による可変磁気結合回路の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a variable magnetic coupling circuit according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態による可変磁気結合回路の第１の制御モードの動作原理を説明する図である。4 is a diagram for explaining the operating principle of the variable magnetic coupling circuit in the first control mode according to the first embodiment; FIG. 第１の実施形態による可変磁気結合回路の第１の制御モードの動作例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of operation in a first control mode of the variable magnetic coupling circuit according to the first embodiment; 第１の実施形態による可変磁気結合回路の第２の制御モードの動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the operating principle of the 2nd control mode of the variable magnetic coupling circuit by 1st Embodiment. 第２の実施形態による可変磁気結合回路の一例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an example of a variable magnetic coupling circuit according to a second embodiment; FIG.

以下、本発明の実施形態による可変磁気結合回路、及び回路制御方法について、図面を参照して説明する。 A variable magnetic coupling circuit and a circuit control method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による可変磁気結合回路１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、可変磁気結合回路１は、ループ回路ＣＯと、ループ回路Ｃ８とを備える。 [First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a variable magnetic coupling circuit 1 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the variable magnetic coupling circuit 1 includes a loop circuit CO and a loop circuit C8.

可変磁気結合回路１は、電流の状態を有する回路要素である被結合対象（２１、２２）の間で磁気結合する超伝導量子回路である。可変磁気結合回路１は、例えば、被結合対象２１と、被結合対象２２との間に配置され、被結合対象２１と被結合対象２２との間の磁気結合を制御する。
なお、本実施形態において、被結合対象２１と被結合対象２２とは、特に区別しない場合には、被結合対象２０として説明する。 The variable magnetic coupling circuit 1 is a superconducting quantum circuit that magnetically couples coupling objects (21, 22), which are circuit elements having current states. The variable magnetic coupling circuit 1 is arranged, for example, between the target to be coupled 21 and the target to be coupled 22 and controls the magnetic coupling between the target to be coupled 21 and the target to be coupled 22 .
In the present embodiment, the target to be linked 21 and the target to be linked 22 will be described as the target to be linked 20 unless otherwise distinguished.

被結合対象２０は、電流の状態を有する回路要素であり、例えば、超伝導体のループ経路と、インピーダンス部とを備える超伝導量子回路である。被結合対象２０は、例えば、磁束量子ビット、超伝導共振回路、等である。なお、超伝導量子回路には、抵抗成分は含まれない。
図１において、被結合対象２１（第１の被結合対象の一例）は、超伝導量子回路であり、例えば、量子ビット回路である。被結合対象２１は、ループ経路２１１と、インピーダンス部２１２とを備える。 The object to be coupled 20 is a circuit element having a current state, for example a superconducting quantum circuit comprising a superconducting loop path and an impedance section. The object to be coupled 20 is, for example, a magnetic flux qubit, a superconducting resonant circuit, or the like. Note that a superconducting quantum circuit does not include a resistance component.
In FIG. 1, an object to be coupled 21 (an example of a first object to be coupled) is a superconducting quantum circuit, for example, a quantum bit circuit. The object to be coupled 21 includes a loop path 211 and an impedance section 212 .

ループ経路２１１は、超伝導体で構成されたループ状の経路である。また、インピーダンス部２１２は、インピーダンスＺＡを有する。
また、被結合対象２１は、ループ経路２１１に電流ＩＡが流れている状態であるものとする。
また、被結合対象２２（第２の被結合対象の一例）は、超伝導量子回路であり、例えば、量子ビット回路である。被結合対象２２は、ループ経路２２１と、インピーダンス部２２２とを備える。
ループ経路２２１は、超伝導体で構成されたループ状の経路である。また、インピーダンス部２２２は、インピーダンスＺＢを有する。
また、被結合対象２２は、ループ経路２２１に電流ＩＢが流れている状態であるものとする。 The loop path 211 is a loop-shaped path made of a superconductor. Also, the impedance section 212 has an impedance ZA .
It is also assumed that the object to be coupled 21 is in a state in which the current IA is flowing through the loop path 211 .
Also, the object to be coupled 22 (an example of the second object to be coupled) is a superconducting quantum circuit, for example, a quantum bit circuit. The object to be coupled 22 includes a loop path 221 and an impedance section 222 .
The loop path 221 is a loop-shaped path made of a superconductor. Also, the impedance section 222 has an impedance ZB .
It is also assumed that the object to be coupled 22 is in a state in which the current IB is flowing through the loop path 221 .

ループ回路ＣＯ（第１のループ回路の一例）は、例えば、電荷バイアスにより磁気結合強度を制御する電荷制御磁束量子ビットである。なお、本実施形態の説明において、電荷を与えることを、電荷バイアスと表記することがある。ループ回路ＣＯは、ループ経路ＲＯと、インダクタ部１３と、結合強度変更部１１とを備える。
ループ経路ＲＯは、超伝導体で構成された経路であり、ループ状に電流が流れる超伝導体の配線である。ループ経路ＲＯは、１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状の経路である。ループ経路ＲＯの経路上には、後述する結合強度変更部１１と、インダクタ部１３とが配置されている。 A loop circuit CO (an example of a first loop circuit) is, for example, a charge-controlled flux qubit that controls magnetic coupling strength by charge bias. In the description of the present embodiment, giving an electric charge may be referred to as charge bias. Loop circuit CO includes loop route RO, inductor section 13 , and coupling strength changing section 11 .
The loop route RO is a route made of a superconductor, and is wiring of the superconductor through which current flows in a loop. The loop route RO is an O-shaped route through which a circulating current flows in one loop. A coupling strength changing unit 11 and an inductor unit 13, which will be described later, are arranged on the loop route RO.

インダクタ部１３（第１インダクタ部の一例）は、ループ経路ＲＯに配置されたインダクタであり、ジョセフソン接合１３１及びジョセフソン接合１３２を有している。すなわち、インダクタ部１３は、ループ経路ＲＯ上に配置された１つ以上のジョセフソン接合（例えば、２つのジョセフソン接合１３１及びジョセフソン接合１３２）を備える。
ジョセフソン接合１３１及びジョセフソン接合１３２は、ループ経路ＲＯ上に流れる電流が自身の臨界電流よりも十分に小さい場合に、インダクタとして機能する。なお、ジョセフソン接合１３１及びジョセフソン接合１３２は、後述するジョセフソン接合１１１及びジョセフソン接合１１２よりも臨界電流が大きく設定されている。 The inductor section 13 (an example of the first inductor section) is an inductor arranged on the loop route RO and has a Josephson junction 131 and a Josephson junction 132 . That is, the inductor section 13 includes one or more Josephson junctions (for example, two Josephson junctions 131 and 132) arranged on the loop route RO.
Josephson junction 131 and Josephson junction 132 function as inductors when the current flowing on loop path RO is sufficiently smaller than their critical current. The critical currents of the Josephson junctions 131 and 132 are set to be larger than those of the Josephson junctions 111 and 112, which will be described later.

結合強度変更部１１（第１結合強度変更部の一例）は、ループ経路ＲＯ上に配置され、直列接続された少なくとも２つのジョセフソン接合（１１１，１１２）を有し、与えられた電荷に基づいて、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更する。結合強度変更部１１は、例えば、電圧源３１から電圧を印加することで、ジョセフソン接合（１１１，１１２）の間の超伝導体に電荷を与えて、アハロノフ・キャッシャー効果（Aharonov Casher効果）によって、ループ回路ＣＯの周波数ΔＯを変更し、周波数ΔＯを変化させることで被結合対象２１と被結合対象２２との間の磁気結合強度を変更する。このように、結合強度変更部１１は、２つの被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更可能である。なお、以下の説明において、磁気結合強度を結合強度と表記することがある。 The coupling strength changing unit 11 (an example of the first coupling strength changing unit) is arranged on the loop route RO, has at least two series-connected Josephson junctions (111, 112), and is based on a given charge. to change the magnetic coupling strength between the objects to be coupled 20 . The coupling strength changing unit 11, for example, applies a voltage from the voltage source 31 to give a charge to the superconductor between the Josephson junctions (111, 112), and the Aharonov Casher effect causes , the frequency ΔO of the loop circuit CO is changed, and by changing the frequency ΔO , the magnetic coupling strength between the object to be coupled 21 and the object to be coupled 22 is changed. In this way, the coupling strength changing section 11 can change the magnetic coupling strength between the two coupling targets 20 . In the following description, magnetic coupling strength may be referred to as coupling strength.

結合強度変更部１１は、電圧源３１からの電圧に基づく電荷バイアスを変更することで、被結合対象２０の磁気結合強度を変更可能である。
また、結合強度変更部１１は、ジョセフソン接合１１１と、ジョセフソン接合１１２と、コンデンサ１１３とを備える。 The coupling strength changing section 11 can change the magnetic coupling strength of the coupling target 20 by changing the charge bias based on the voltage from the voltage source 31 .
Also, the coupling strength changing unit 11 includes a Josephson junction 111 , a Josephson junction 112 , and a capacitor 113 .

ジョセフソン接合１１１及びジョセフソン接合１１２は、ループ経路ＲＯ上に、例えば、直列に接続され、ループ経路ＲＯ上の超伝導体の間に、絶縁体などのトンネル障壁により弱結合を設けることで形成される。
コンデンサ１１３は、第１端がジョセフソン接合１１１と、ジョセフソン接合１１２との間の超伝導体（ループ経路ＲＯ）に接続され、第２端が電圧源３１に接続されている。コンデンサ１１３は、電圧源３１から印加された電圧によって、ジョセフソン接合１１１とジョセフソン接合１１２との間の超伝導体に電荷バイアスを与えるために利用される。 The Josephson junctions 111 and 112 are connected in series on the loop route RO, for example, and are formed by providing weak coupling between superconductors on the loop route RO by a tunnel barrier such as an insulator. be done.
Capacitor 113 has a first end connected to the superconductor (loop path RO) between Josephson junctions 111 and 112 and a second end connected to voltage source 31 . Capacitor 113 is utilized to provide a charge bias to the superconductor between Josephson junctions 111 and 112 by a voltage applied from voltage source 31 .

電圧源３１は、例えば、電池などの直流電源であり、結合強度変更部１１に電荷バイアスを印加するために、結合強度変更部１１のコンデンサ１１３に電圧を供給する。電圧源３１は、結合強度変更部１１に供給する電圧を変更可能に構成されており、後述する制御部３０の制御に基づいて、供給する電圧を変更することにより、周波数ΔＯを変化させ、２つの被結合対象２０の間の磁気結合強度を制御可能である。 The voltage source 31 is, for example, a DC power supply such as a battery, and supplies voltage to the capacitor 113 of the coupling strength changing section 11 in order to apply a charge bias to the coupling strength changing section 11 . The voltage source 31 is configured to be able to change the voltage supplied to the coupling strength changing unit 11, and changes the frequency ΔO by changing the supplied voltage based on the control of the control unit 30, which will be described later. The magnetic coupling strength between two coupling targets 20 can be controlled.

ループ回路Ｃ８（第２のループ回路の一例）は、例えば、電荷バイアスにより磁気結合強度を制御する電荷制御磁束量子ビットである。ループ回路Ｃ８は、ループ経路Ｒ８と、インダクタ部１４と、結合強度変更部１２とを備える。
ループ経路Ｒ８は、超伝導体で構成された経路であり、ループ状に電流が流れる超伝導体の配線である。ループ経路Ｒ８は、経路に交差部分を有し、交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状の経路である。ループ経路Ｒ８は、交差部分が３次元的に経路が交差（立体交差）して、交差部分において経路が接続されない。ループ経路Ｒ８の経路上には、後述する結合強度変更部１２と、インダクタ部１４とが配置されている。 A loop circuit C8 (an example of a second loop circuit) is, for example, a charge-controlled flux qubit that controls magnetic coupling strength by charge bias. Loop circuit C<b>8 includes loop route R<b>8 , inductor section 14 , and coupling strength changing section 12 .
The loop route R8 is a route made of a superconductor, and is wiring of the superconductor through which current flows in a loop. The loop route R8 is a figure-of-eight superconductor route that has an intersection in the route and the direction of the circulating current is reversed before and after the intersection. In the loop route R8, routes intersect three-dimensionally (overpass) at intersections, and the routes are not connected at the intersections. A coupling strength changing section 12 and an inductor section 14, which will be described later, are arranged on the route of the loop route R8.

インダクタ部１４（第２インダクタ部の一例）は、ループ経路Ｒ８に配置されたインダクタであり、ジョセフソン接合１４１及びジョセフソン接合１４２を有している。すなわち、インダクタ部１４は、ループ経路Ｒ８上に配置された１つ以上のジョセフソン接合（例えば、２つのジョセフソン接合１４１及びジョセフソン接合１４２）を備える。
ジョセフソン接合１４１及びジョセフソン接合１４２は、上述したループ回路ＣＯのジョセフソン接合１１１及びジョセフソン接合１１２と同様の構成である。 The inductor section 14 (an example of the second inductor section) is an inductor arranged on the loop route R8 and has a Josephson junction 141 and a Josephson junction 142 . That is, the inductor section 14 includes one or more Josephson junctions (for example, two Josephson junctions 141 and 142) arranged on the loop path R8.
The Josephson junctions 141 and 142 have the same configurations as the Josephson junctions 111 and 112 of the loop circuit CO described above.

結合強度変更部１２（第２結合強度変更部の一例）は、ループ経路Ｒ８上に配置され、直列接続された少なくとも２つのジョセフソン接合（１２１，１２２）を有し、与えられた電荷に基づいて、ループ回路Ｃ８の周波数Δ８を変更し、周波数Δ８を変化させることで被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更する。なお、結合強度変更部１２は、上述したループ回路ＣＯの結合強度変更部１１と同様の構成である。
なお、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２の電荷バイアスによる被結合対象２０の磁気結合強度の変更原理及び動作の詳細については、特願２０１８－０７６７９０号公報に記載されている。 The coupling strength changing section 12 (an example of the second coupling strength changing section) is arranged on the loop path R8, has at least two Josephson junctions (121, 122) connected in series, and is based on a given charge. By changing the frequency Δ8 of the loop circuit C8, the strength of the magnetic coupling between the objects 20 to be coupled is changed. The coupling strength changing section 12 has the same configuration as the coupling strength changing section 11 of the loop circuit CO described above.
Details of the principle and operation of changing the magnetic coupling strength of the object to be coupled 20 by the charge bias of the coupling strength changing section 11 and the coupling strength changing section 12 are described in Japanese Patent Application No. 2018-076790.

また、結合強度変更部１２は、ジョセフソン接合１２１と、ジョセフソン接合１２２と、コンデンサ１２３とを備える。ジョセフソン接合１２１、ジョセフソン接合１２２、及びコンデンサ１２３は、上述した結合強度変更部１１のジョセフソン接合１１１、ジョセフソン接合１１２、及びコンデンサ１１３と同様の構成である。なお、コンデンサ１２３は、電圧源３２から印加された電圧によって、ジョセフソン接合１２１と、ジョセフソン接合１２２との間の超伝導体に電荷バイアスを与えるために利用される。 Also, the coupling strength changing unit 12 includes a Josephson junction 121 , a Josephson junction 122 , and a capacitor 123 . The Josephson junction 121, the Josephson junction 122, and the capacitor 123 have the same configurations as the Josephson junction 111, the Josephson junction 112, and the capacitor 113 of the coupling strength changing unit 11 described above. Note that the capacitor 123 is used to apply a charge bias to the superconductor between the Josephson junctions 121 and 122 by the voltage applied from the voltage source 32 .

電圧源３２は、例えば、電池などの直流電源であり、結合強度変更部１２に電荷バイアスを印加するために、結合強度変更部１２のコンデンサ１２３に電圧を供給する。電圧源３２は、結合強度変更部１２に供給する電圧を変更可能に構成されており、後述する制御部３０の制御に基づいて、供給する電圧を変更することにより、周波数Δ８を変化させ、２つの被結合対象２０の間の磁気結合強度を制御可能である。
制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むプロセッサであり、電圧源３１及び電圧源３２を制御して、可変磁気結合回路１の制御を行う。制御部３０は、例えば、被結合対象２０の周波数を変更させずに、磁気結合強度を変更する第１の制御モードの制御と、例えば、被結合対象２０の磁気結合強度を変更させずに、被結合対象２０の周波数を変更する第２の制御モードの制御とを行う。 The voltage source 32 is, for example, a DC power supply such as a battery, and supplies voltage to the capacitor 123 of the coupling strength changing section 12 in order to apply a charge bias to the coupling strength changing section 12 . The voltage source 32 is configured to be able to change the voltage supplied to the coupling strength changing unit 12, and by changing the supplied voltage based on the control of the control unit 30, which will be described later, changes the frequency Δ8 , The magnetic coupling strength between two coupling targets 20 can be controlled.
The control unit 30 is a processor including, for example, a CPU (Central Processing Unit), and controls the voltage source 31 and the voltage source 32 to control the variable magnetic coupling circuit 1 . The control unit 30 controls, for example, the first control mode in which the magnetic coupling strength is changed without changing the frequency of the coupling target 20, and, for example, without changing the magnetic coupling strength of the coupling target 20, and control in a second control mode for changing the frequency of the object to be coupled 20 .

制御部３０は、例えば、電荷バイアスによるループ回路ＣＯの周波数ΔＯ及びループ回路Ｃ８の周波数Δ８の変化特性を取得した上で、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化及び磁気結合強度の変化の特性を予め生成された特性情報として取得する。制御部３０は、例えば、第１の制御モードの場合に、当該特性情報に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御して、磁気結合強度を変更する。
また、制御部３０は、例えば、第２の制御モードの場合に、当該特性情報に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による磁気結合強度の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御して、被結合対象２０の周波数を変更する。 For example, the control unit 30 acquires change characteristics of the frequency ΔO of the loop circuit CO and the frequency Δ8 of the loop circuit C8 due to the charge bias, and then changes the frequency of the object to be coupled 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8. And the characteristics of the change in the magnetic coupling strength are acquired as previously generated characteristic information. For example, in the first control mode, the control unit 30 controls the coupling strength changing unit so that the change in the frequency of the object to be coupled 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8 is constant based on the characteristic information. 11 and the coupling strength changing unit 12 to change the magnetic coupling strength.
Further, for example, in the case of the second control mode, the control unit 30 adjusts the coupling strength changing unit 11 based on the characteristic information so that the change in the magnetic coupling strength by the loop circuit CO and the loop circuit C8 becomes constant. and controls the coupling strength changing unit 12 to change the frequency of the object to be coupled 20 .

次に、図面を参照して、本実施形態による可変磁気結合回路１の動作原理、及び動作の詳細について説明する。
図１に示す被結合対象（２１，２２）及び可変磁気結合回路１の全回路のハミルトニアンＨｔｏｔａｌは、下記の式（１）により表される。 Next, the operating principle and details of the operation of the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
The Hamiltonian H total of all circuits of the coupling target (21, 22) and the variable magnetic coupling circuit 1 shown in FIG. 1 is represented by the following equation (1).

Figure 0007285550000001
Figure 0007285550000001

ここで、Δｉは、ｉ＝“Ａ’”（被結合対象２１），“Ｂ’”（被結合対象２２），“Ｏ”（ループ回路ＣＯ），“８”（ループ回路Ｃ８）の各量子ビットの周波数を示している。また、ｇｉｊは、量子ビットｉｊ間の結合強度を示している。 Here, Δi is i=“A′” (coupled object 21), “B′” (coupled object 22), “O” (loop circuit CO), “8” (loop circuit C8). Qubit frequencies are shown. Also, g ij indicates the coupling strength between the qubits ij.

また、被結合対象（２１，２２）の結合に注目した実質的なハミルトニアンＨＡＢは、以下の式（２）により表される。 Also, a substantial Hamiltonian HAB focusing on the coupling of the coupled objects (21, 22) is represented by the following equation (2).

Figure 0007285550000002
Figure 0007285550000002

上述した式（１）において、ハミルトニアンＨｔｏｔａｌの結合強度ｑｉｊを固定して、ループ回路ＣＯの周波数ΔＯ及びループ回路Ｃ８の周波数Δ８を変更した場合の被結合対象（２１，２２）に着目した実質的なハミルトニアンＨＡＢのパラメータ変化をグラフにしたものが、図２に示すグラフになる。 In the above equation (1), when the coupling strength q ij of the Hamiltonian H total is fixed and the frequency ΔO of the loop circuit CO and the frequency Δ8 of the loop circuit C8 are changed, the object to be coupled (21, 22) is FIG. 2 is a graph showing parameter changes of the focused Hamiltonian HAB .

図２は、本実施形態による可変磁気結合回路１の第１の制御モードの動作原理を説明する図である。
図２（ａ）に示すグラフは、ループ回路ＣＯの周波数ΔＯ及びループ回路Ｃ８の周波数Δ８を変更した場合の被結合対象（２１，２２）間の結合強度の変化を示している。図（ａ）に示すグラフ内の数値は、結合強度（ＧＨｚ（ギガヘルツ））の値を示している。 FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of operation in the first control mode of the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment.
The graph shown in FIG. 2(a) shows changes in coupling strength between the objects to be coupled (21, 22) when the frequency ΔO of the loop circuit CO and the frequency Δ8 of the loop circuit C8 are changed. Numerical values in the graph shown in FIG. (a) indicate values of coupling strength (GHz (gigahertz)).

また、図２（ｂ）に示すグラフは、ループ回路ＣＯの周波数ΔＯ及びループ回路Ｃ８の周波数Δ８を変更した場合の被結合対象（２１，２２）の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の変化を示している。図２（ｂ）に示すグラフ内の数値は、周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の値を示している。
第１の制御モードでは、図２（ｂ）において、周波数（ΔＡ＝ΔＢ）が一定になるように、周波数ΔＯ及び周波数Δ８を変更することで、被結合対象（２１，２２）の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）を変更させずに、被結合対象（２１，２２）間の結合強度を変更することが可能である。
例えば、図２（ｂ）において、周波数（ΔＡ＝ΔＢ）が“４．５”（ＧＨｚ）になる制御線Ｓ１に沿って、周波数ΔＯ及び周波数Δ８を変化させると、図２（ａ）の制御線Ｓ１に示すように、被結合対象（２１，２２）間の結合強度を“－０．４”（ＧＨｚ）から“０．４”（ＧＨｚ）に変更することが可能である。 Further, the graph shown in FIG. 2(b) shows the frequency (Δ A =Δ B ) of the object to be coupled (21, 22) when the frequency ΔO of the loop circuit CO and the frequency Δ8 of the loop circuit C8 are changed. showing change. Numerical values in the graph shown in FIG. 2(b) indicate values of frequency (Δ A =Δ B ).
In the first control mode, in FIG. 2(b), by changing the frequency Δ O and the frequency Δ 8 so that the frequency (Δ A =Δ B ) is constant, the object to be coupled (21, 22) It is possible to change the strength of the bond between the couples (21, 22) without changing the frequency of (Δ A =Δ B ).
For example, in FIG. 2(b), when the frequency ΔO and the frequency Δ8 are changed along the control line S1 where the frequency ( ΔA = ΔB ) becomes "4.5" (GHz), FIG. As shown by the control line S1 in a), it is possible to change the coupling strength between the coupled objects (21, 22) from "-0.4" (GHz) to "0.4" (GHz). .

このように、図２に示すような、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化及び磁気結合強度の変化の特性を特性情報として予め測定又は演算により生成しておき、制御部３０が、当該特性情報に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による周波数ΔＡ（周波数ΔＢ）の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御することで、第１の制御モードの制御を実現する。 In this way, the characteristics of the frequency change and the magnetic coupling strength change of the object to be coupled 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8 as shown in FIG. Based on the characteristic information, the unit 30 controls the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 so that the change in the frequency Δ A (frequency Δ B ) due to the loop circuit CO and the loop circuit C8 becomes constant. Thus, control in the first control mode is realized.

また、図３は、本実施形態による可変磁気結合回路１の第１の制御モードの動作例を説明する図である。
図３（ａ）は、ループ回路（ＣＯ，Ｃ８）の周波数変化（ΔＯ又はΔ８の変化）に対する被結合対象２０間の結合強度の変化を示している。図３（ａ）において、波形Ｗ１は、ループ回路ＣＯのみを備える場合の結合強度の特性を示し、波形Ｗ２は、ループ回路Ｃ８のみを備える場合の結合強度の特性を示している。波形Ｗ１及び波形Ｗ２は、結合強度の極性が逆の特性となっており、本実施形態の可変磁気結合回路１では、ループ回路ＣＯとループ回路Ｃ８とを組み合わせて、（ΔＯ＋Δ８）が一定（＝４０ＧＨｚ×２π）になるように周波数（ΔＯ及びΔ８）を変化させることで、波形Ｗ３に示すような結合強度の特性を得る。なお、波形Ｗ３についての横軸は、（ΔＯ／２π）が横軸の値、（Δ８／２π）が（４０－横軸の値）を示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining an operation example of the first control mode of the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment.
FIG. 3(a) shows the change in the coupling strength between the coupling targets 20 with respect to the frequency change ( .DELTA.O or .DELTA.8 ) of the loop circuit (CO, C8). In FIG. 3A, the waveform W1 indicates the characteristics of the coupling strength when only the loop circuit CO is provided, and the waveform W2 indicates the characteristics of the coupling strength when only the loop circuit C8 is provided. The waveform W1 and the waveform W2 have characteristics of opposite polarities of the coupling strength. In the variable magnetic coupling circuit 1 of the present embodiment, the loop circuit CO and the loop circuit C8 are combined so that (Δ O +Δ 8 ) is By changing the frequencies (Δ 0 and Δ 8 ) so as to be constant (=40 GHz×2π), the coupling strength characteristic as shown in waveform W3 is obtained. The horizontal axis of the waveform W3 shows (Δ O /2π) as the horizontal axis value and (Δ 8 /2π) as (40−horizontal axis value).

また、図３（ｂ）は、ループ回路（ＣＯ，Ｃ８）の周波数変化（ΔＯ又はΔ８の変化）に対する被結合対象２０の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の変化を示している。図３（ｂ）において、波形Ｗ４は、ループ回路ＣＯのみを備える場合の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の特性を示し、波形Ｗ５は、ループ回路Ｃ８のみを備える場合の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の特性を示している。本実施形態の可変磁気結合回路１では、ループ回路ＣＯとループ回路Ｃ８とを組み合わせて、（ΔＯ＋Δ８）が一定（＝４０ＧＨｚ×２π）になるように周波数（ΔＯ及びΔ８）を変化させることで、波形Ｗ６に示すような周波数（ΔＡ＝ΔＢ）の特性を得る。なお、波形Ｗ６についての横軸は、上述した図３（ａ）の波形Ｗ３と同様である。 Also, FIG. 3(b) shows the change in the frequency (Δ A =Δ B ) of the object to be coupled 20 with respect to the frequency change (Δ O or Δ 8 change) of the loop circuit (CO, C8). In FIG. 3B, the waveform W4 shows the frequency characteristics (Δ A =Δ B ) when only the loop circuit CO is provided, and the waveform W5 is the frequency characteristics when only the loop circuit C8 is provided (Δ A =Δ B ). In the variable magnetic coupling circuit 1 of this embodiment, the loop circuit CO and the loop circuit C8 are combined to adjust the frequencies ( ΔO and Δ8 ) so that ( ΔO + Δ8 ) is constant (=40 GHz×2π). By changing it, a characteristic of frequency (Δ A =Δ B ) as shown by waveform W6 is obtained. The horizontal axis of the waveform W6 is the same as that of the waveform W3 in FIG. 3(a) described above.

制御部３０は、図３（ｂ）において、周波数（ΔＡ＝ΔＢ）が一定になるように周波数（ΔＯ及びΔ８）を範囲Ｒ１の間で変化させることで、図３（ａ）に示す範囲Ｒ２の間で、結合強度を変更可能である。 The control unit 30 changes the frequency (Δ O and Δ 8 ) within the range R1 so that the frequency (Δ A =Δ B ) is constant in FIG. It is possible to change the coupling strength within the range R2 shown in .

図４は、本実施形態による可変磁気結合回路１の第２の制御モードの動作原理を説明する図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すグラフは、上述した図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すグラフと同様であるためここではその説明を省略する。
第２の制御モードでは、図４（ａ）において、結合強度が一定になるように、周波数ΔＯ及び周波数Δ８を変更することで、被結合対象（２１，２２）間の結合強度を変更させずに、被結合対象（２１，２２）の周波数（ΔＡ＝ΔＢ）を変更することが可能である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operating principle of the second control mode of the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment.
The graphs shown in FIGS. 4(a) and 4(b) are the same as the graphs shown in FIGS. 2(a) and 2(b) described above, so the description thereof will be omitted here.
In the second control mode, in FIG. 4(a), by changing the frequency ΔO and the frequency Δ8 so that the bond strength is constant, the bond strength between the objects to be bonded (21, 22) is changed. It is possible to change the frequency (Δ A =Δ B ) of the coupled object (21, 22) without changing the frequency.

例えば、図４（ａ）において、被結合対象（２１，２２）間の結合強度が“０．０”（ＧＨｚ）になる制御線Ｓ２に沿って、周波数ΔＯ及び周波数Δ８を変化させると、図４（ｂ）の制御線Ｓ２に示すように、周波数（ΔＡ＝ΔＢ）を“約４．６”（ＧＨｚ）から“４．０”（ＧＨｚ）に変更することが可能である。ここで、結合強度が“０．０”（ＧＨｚ）の場合、例えば、周波数ΔＯと周波数Δ８とを等しく変化させる（ΔＯ＝Δ８）。 For example, in FIG. 4(a), if the frequency ΔO and the frequency Δ8 are changed along the control line S2 where the coupling strength between the coupling targets (21, 22) is "0.0" (GHz), , the frequency (Δ A =Δ B ) can be changed from "approximately 4.6" (GHz) to "4.0" (GHz), as shown by the control line S2 in FIG. 4(b). . Here, when the coupling strength is "0.0" (GHz), for example, the frequency Δ O and the frequency Δ 8 are changed equally (Δ O =Δ 8 ).

このように、図４に示すような、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化及び磁気結合強度の変化の特性を特性情報として予め測定又は演算により生成しておき、制御部３０が、当該特性情報に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による磁気結合強度の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御することで、第２の制御モードの制御を実現する。 In this way, the characteristics of the frequency change and the magnetic coupling strength change of the object 20 to be coupled by the loop circuit CO and the loop circuit C8 as shown in FIG. By controlling the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 based on the characteristic information, the unit 30 controls the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 so that the change in the magnetic coupling strength by the loop circuit CO and the loop circuit C8 is constant. to achieve the control mode control.

以上説明したように、本実施形態による可変磁気結合回路１は、電流の状態を有する回路要素である被結合対象２０の間で磁気結合する可変磁気結合回路であって、ループ回路ＣＯ（第１のループ回路）と、ループ回路Ｃ８（第２のループ回路）とを備える。ループ回路ＣＯは、１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路ＲＯと、Ｏ字状のループ経路ＲＯに配置されたインダクタ部１３（第１インダクタ部）と、Ｏ字状のループ経路ＲＯに配置され、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更可能な結合強度変更部１１（第１結合強度変更部）とを有する。ループ回路Ｃ８は、経路に交差部分を有し、交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路Ｒ８と、８の字状のループ経路Ｒ８に配置されたインダクタ部１４（第２インダクタ部）と、８の字状のループ経路Ｒ８に配置され、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更可能な結合強度変更部１２（第２結合強度変更部）とを有する。また、本実施形態では、８の字状のループ経路Ｒ８は、交差部分が３次元的に経路が交差して、交差部分において経路が接続されない。 As described above, the variable magnetic coupling circuit 1 according to the present embodiment is a variable magnetic coupling circuit that magnetically couples between the coupled objects 20, which are circuit elements having a current state, and includes a loop circuit CO (first loop circuit) and a loop circuit C8 (second loop circuit). The loop circuit CO includes an O-shaped loop route RO through which a circulating current flows in one loop, an inductor section 13 (first inductor section) arranged in the O-shaped loop route RO, and an O-shaped loop. and a coupling strength changing section 11 (first coupling strength changing section) arranged on the path RO and capable of changing the magnetic coupling strength between the coupling targets 20 . The loop circuit C8 includes a superconductor figure-eight loop path R8 having an intersection in its path and the direction of the circulating current being reversed before and after the intersection, and a figure-eight loop path R8. The arranged inductor section 14 (second inductor section) and the coupling strength changing section 12 (second coupling strength change part). Further, in the present embodiment, the loop route R8 having a figure-8 shape intersects three-dimensionally at the crossing portion, and the routes are not connected at the crossing portion.

これにより、本実施形態による可変磁気結合回路１は、ループ回路ＣＯと、ループ回路Ｃ８とを組み合わせることで、例えば、図２及び図４に示すように、結合強度と周波数とを独立して制御することができる。また、本実施形態による可変磁気結合回路１は、周波数の変化を補償するための追加の構成を必要としない。よって、本実施形態による可変磁気結合回路１は、簡易な構成で、結合強度と周波数とを独立して制御することができる。
本実施形態による可変磁気結合回路１では、例えば、被結合対象２０の間で磁気結合を変更する際に、周波数の変化を完全になくすことができる。 As a result, the variable magnetic coupling circuit 1 according to the present embodiment, by combining the loop circuit CO and the loop circuit C8, independently controls the coupling strength and frequency as shown in FIGS. 2 and 4, for example. can do. Also, the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment does not require an additional configuration for compensating for changes in frequency. Therefore, the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment can independently control the coupling strength and the frequency with a simple configuration.
In the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment, for example, when changing the magnetic coupling between the objects to be coupled 20, the change in frequency can be completely eliminated.

また、本実施形態では、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２のいずれか一方又は両方は、直列接続された少なくとも２つのジョセフソン接合を有し、与えられた電荷に基づいて、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更可能である。
これにより、本実施形態による可変磁気結合回路１は、被結合対象２０の間のゼロ結合を容易に実現するとともに、制御における磁束バイアス同士の混線を低減することができる。 Further, in the present embodiment, one or both of the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 has at least two Josephson junctions connected in series, and based on the given charge, the uncoupled The magnetic coupling strength between objects 20 can be changed.
As a result, the variable magnetic coupling circuit 1 according to the present embodiment can easily achieve zero coupling between the coupling targets 20 and reduce crosstalk between magnetic flux biases in control.

また、本実施形態では、磁気結合される２つの被結合対象２０のうちの少なくとも１つは、超伝導量子回路である。例えば、磁気結合される２つの被結合対象２０は、いずれも磁束量子ビット（磁束量子ビット回路）であってもよい。また、２つの被結合対象２０のうちの少なくとも１つは、磁束量子ビット又は超伝導共振回路であってもよい。例えば、磁気結合される２つの被結合対象２０は、磁束量子ビットと超伝導共振回路とであってもよい。
これにより、本実施形態による可変磁気結合回路１は、例えば、磁束量子ビットなどの超伝導量子回路の間の磁気結合を適切に制御することができる。 Also, in this embodiment, at least one of the two magnetically coupled targets 20 is a superconducting quantum circuit. For example, the two coupling targets 20 to be magnetically coupled may both be flux qubits (flux qubit circuits). Also, at least one of the two coupled objects 20 may be a flux qubit or a superconducting resonant circuit. For example, the two coupled objects 20 to be magnetically coupled may be a flux qubit and a superconducting resonant circuit.
Thereby, the variable magnetic coupling circuit 1 according to the present embodiment can appropriately control magnetic coupling between superconducting quantum circuits such as flux qubits.

なお、本実施形態による可変磁気結合回路１では、様々な超伝導量子回路の間の磁気結合に利用することができる。本実施形態による可変磁気結合回路１は、例えば、超伝導量子アニーリングマシンや超伝導量子コンピュータにおいて、磁束量子ビット同士の可変磁気結合に容易に利用することができる。この場合、超伝導量子アニーリングマシンや超伝導量子コンピュータは、可変磁気結合回路１と同様の効果を奏し、回路構成や演算操作を簡略化することができるとともに、混線の低減及び演算操作速度の向上が期待できる。また、本実施形態による可変磁気結合回路１は、従来の単一のループ回路を持つ磁束バイアス制御の可変磁気結合回路１との互換性を有しているため、量子コンピュータの一部の可変磁気結合回路を、本実施形態による可変磁気結合回路１に置き換えることも可能である。 The variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment can be used for magnetic coupling between various superconducting quantum circuits. The variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment can be easily used for variable magnetic coupling between magnetic flux qubits in, for example, a superconducting quantum annealing machine or a superconducting quantum computer. In this case, the superconducting quantum annealing machine and the superconducting quantum computer have the same effect as the variable magnetic coupling circuit 1, can simplify the circuit configuration and arithmetic operations, reduce crosstalk and improve the arithmetic operation speed. can be expected. In addition, since the variable magnetic coupling circuit 1 according to the present embodiment is compatible with the conventional variable magnetic coupling circuit 1 for magnetic flux bias control having a single loop circuit, the variable magnetic coupling circuit 1 can be used as a part of the quantum computer. It is also possible to replace the coupling circuit with the variable magnetic coupling circuit 1 according to this embodiment.

また、本実施形態による回路制御方法は、上述した可変磁気結合回路１の回路制御方法であって、制御部３０が、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化及び磁気結合強度の変化の特性に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御して、磁気結合強度を変更する。
これにより、本実施形態による回路制御方法は、被結合対象２０の周波数を変化させずに、磁気結合強度を独立に変更することができる（第１の制御モード）。 Further, the circuit control method according to the present embodiment is a circuit control method for the variable magnetic coupling circuit 1 described above, in which the control unit 30 changes the frequency of the coupling target 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8 and performs magnetic coupling. Magnetic coupling is achieved by controlling the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 so that the change in the frequency of the object to be coupled 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8 is constant based on the characteristics of the change in strength. Change intensity.
Thereby, the circuit control method according to the present embodiment can independently change the magnetic coupling strength without changing the frequency of the coupling target 20 (first control mode).

また、本実施形態による回路制御方法は、上述した可変磁気結合回路１の回路制御方法であって、制御部３０が、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による被結合対象２０の周波数の変化及び磁気結合強度の変化の特性に基づいて、ループ回路ＣＯ及びループ回路Ｃ８による磁気結合強度の変化が一定になるように、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２を制御して、被結合対象２０の周波数を変更する。
これにより、本実施形態による回路制御方法は、磁気結合強度を変化させずに、被結合対象２０の周波数を独立に変更することができる（第２の制御モード）。 Further, the circuit control method according to the present embodiment is a circuit control method for the variable magnetic coupling circuit 1 described above, in which the control unit 30 changes the frequency of the coupling target 20 by the loop circuit CO and the loop circuit C8 and performs magnetic coupling. Based on the strength change characteristics, the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 are controlled so that the change in the magnetic coupling strength by the loop circuit CO and the loop circuit C8 is constant, and the coupling target 20 is changed. Change frequency.
Thereby, the circuit control method according to the present embodiment can independently change the frequency of the coupling target 20 without changing the magnetic coupling strength (second control mode).

［第２の実施形態］
次に、図５を参照して第２の実施形態による可変磁気結合回路１ａについて説明する。
図５は、本実施形態による可変磁気結合回路１ａの一例を示すブロック図である。
図５に示すように、可変磁気結合回路１ａは、ループ回路ＣＯａと、ループ回路Ｃ８ａとを備える。本実施形態では、磁束制御（磁束バイアスによる制御）に変更した上で、第１の実施形態のループ回路Ｃ８の代わりに、ループ経路Ｒ８の形状が異なるループ回路Ｃ８ａを備える変形例について説明する。本実施形態のループ回路ＣＯａ及びループ回路Ｃ８ａは、例えば、磁束バイアスにより磁気結合強度を制御する磁束制御磁束量子ビットである。
なお、図５において、図１と同一の構成には同一の符号を付与して、その説明を省略する。 [Second embodiment]
Next, a variable magnetic coupling circuit 1a according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the variable magnetic coupling circuit 1a according to this embodiment.
As shown in FIG. 5, the variable magnetic coupling circuit 1a includes a loop circuit COa and a loop circuit C8a. In this embodiment, after changing to magnetic flux control (control by magnetic flux bias), instead of the loop circuit C8 of the first embodiment, a modification including a loop circuit C8a having a different shape of the loop route R8 will be described. The loop circuit COa and the loop circuit C8a of the present embodiment are, for example, flux control flux qubits that control the strength of magnetic coupling by flux bias.
In FIG. 5, the same components as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

ループ回路ＣＯａは、ループ経路ＲＯと、インダクタ部１３と、結合強度変更部１１ａとを備える。結合強度変更部１１ａは、磁束バイアスに基づいて、ループ回路ＣＯａの周波数ΔＯを変化させることで、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更する。
結合強度変更部１１ａのジョセフソン接合１１１及びジョセフソン接合１１２は、ループ経路ＲＯに並列に接続されている。 The loop circuit COa includes a loop route RO, an inductor section 13, and a coupling strength changing section 11a. The coupling strength changing unit 11a changes the magnetic coupling strength between the objects to be coupled 20 by changing the frequency ΔO of the loop circuit COa based on the magnetic flux bias.
The Josephson junctions 111 and 112 of the coupling strength changing unit 11a are connected in parallel to the loop route RO.

ループ回路Ｃ８ａ（第２のループ回路の一例）は、ループ経路Ｒ８ａと、インダクタ部１４と、結合強度変更部１２ａとを備える。
ループ経路Ｒ８ａは、８の字状の経路であるが、ここでの８の字状のループ経路Ｒ８ａは、交差部分で経路が接続されているデジタル文字の８の字状になっている。ループ経路Ｒ８ａが、交差部分で接続されている場合、ループ回路Ｃ８ａは、上下のループで循環電流が逆向きに流れる磁場勾配計型の磁束量子ビットになる。なお、インダクタ部１４のジョセフソン接合１４１及びジョセフソン接合１４２は、ループ経路Ｒ８ａの交差部分に配置されている。
結合強度変更部１２ａは、磁束バイアスに基づいて、ループ回路Ｃ８ａの周波数Δ８を変化させることで、被結合対象２０の間の磁気結合強度を変更する。
また、結合強度変更部１２ａのジョセフソン接合１２１及びジョセフソン接合１２２は、８の字状の経路の上下のループに１つずつ配置されている。 A loop circuit C8a (an example of a second loop circuit) includes a loop route R8a, an inductor section 14, and a coupling strength changing section 12a.
The loop route R8a is a figure-eight route, and the figure-eight loop route R8a here is a figure-of-eight digital character in which the routes are connected at intersections. When loop paths R8a are connected at intersections, loop circuit C8a becomes a magnetic gradiometer-type flux qubit in which circulating currents flow in opposite directions in the upper and lower loops. The Josephson junctions 141 and 142 of the inductor section 14 are arranged at the intersection of the loop route R8a.
The coupling strength changing unit 12a changes the magnetic coupling strength between the objects to be coupled 20 by changing the frequency Δ8 of the loop circuit C8a based on the magnetic flux bias.
Also, the Josephson junctions 121 and 122 of the coupling strength changing portion 12a are arranged one by one in the upper and lower loops of the figure-eight path.

また、本実施形態による制御部３０ａは、磁束バイアスにより、結合強度変更部１１ａ及び結合強度変更部１２ａを制御する点を除いて、上述した第１の実施形態の制御部３０と同様である。
本実施形態による可変磁気結合回路１ａのその他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
また、本実施形態による可変磁気結合回路１ａの動作、及び回路制御方法については、第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。 Also, the control unit 30a according to the present embodiment is the same as the control unit 30 according to the above-described first embodiment, except that the coupling strength changing unit 11a and the coupling strength changing unit 12a are controlled by the magnetic flux bias.
The rest of the configuration of the variable magnetic coupling circuit 1a according to this embodiment is the same as that of the first embodiment, so description thereof will be omitted here.
Also, the operation of the variable magnetic coupling circuit 1a and the circuit control method according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment, so description thereof will be omitted here.

以上説明したように、本実施形態による可変磁気結合回路１ａは、ループ回路ＣＯと、ループ回路Ｃ８ａとを備える。また、ループ回路Ｃ８ａは、８の字状のループ経路Ｒ８ａと、インダクタ部１４と、結合強度変更部１２とを備え、８の字状のループ経路Ｒ８は、交差部分で経路が接続されている。
これにより、本実施形態による可変磁気結合回路１ａは、上述した第１の実施形態と同様の効果を奏し、簡易な構成で、結合強度と周波数とを独立して制御することができる。 As described above, the variable magnetic coupling circuit 1a according to this embodiment includes the loop circuit CO and the loop circuit C8a. The loop circuit C8a includes a figure-eight loop route R8a, an inductor unit 14, and a coupling strength changing unit 12. The figure-eight loop route R8 is connected at an intersection. .
As a result, the variable magnetic coupling circuit 1a according to this embodiment has the same effect as the first embodiment described above, and can independently control the coupling strength and frequency with a simple configuration.

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の第１の実施形態において、結合強度変更部１１及び結合強度変更部１２は、電荷バイアスに基づいて磁気結合強度を変更する例を説明したが、これに限定されるものではなく、第２の実施形態のように、磁束制御（磁束バイアス）に基づいて、磁気結合強度を変更するようにしてもよいし、他の方式を利用したものでもよい。
また、上記の各実施形態において、インダクタ部１３及びインダクタ部１４は、２つのジョセフソン接合を備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上のジョセフソン接合を備えるようにしてもよい。また、インダクタ部１３及びインダクタ部１４は、ジョセフソン接合の代わりに、同程度のインダクタンスを持つインダクタを用いるようにしてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the scope of the present invention.
For example, in the first embodiment described above, the coupling strength changing unit 11 and the coupling strength changing unit 12 change the magnetic coupling strength based on the charge bias. As in the second embodiment, the magnetic coupling strength may be changed based on magnetic flux control (flux bias), or another method may be used.
Further, in each of the above embodiments, an example in which the inductor section 13 and the inductor section 14 are provided with two Josephson junctions has been described, but the present invention is not limited to this, and one or more than three Josephson junctions are provided. may be provided. In addition, the inductor section 13 and the inductor section 14 may use inductors having similar inductances instead of Josephson junctions.

１，１ａ 可変磁気結合回路、１１，１１ａ，１２，１２ａ 結合強度変更部、１３，１４ インダクタ部、２０，２１，２２ 被結合対象、３０，３０ａ 制御部、３１，３２ 電圧源、１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２，１４１，１４２ ジョセフソン接合、２１１，２２１，ＲＯ，Ｒ８，Ｒ８ａ ループ経路、２１２，２２２ インピーダンス部、ＣＯ，ＣＯａ，Ｃ８，Ｃ８ａ ループ回路 Reference Signs List 1, 1a variable magnetic coupling circuit 11, 11a, 12, 12a coupling strength changing section 13, 14 inductor section 20, 21, 22 object to be coupled 30, 30a control section 31, 32 voltage source 111, 112 , 121, 122, 131, 132, 141, 142 Josephson junction, 211, 221, RO, R8, R8a loop path, 212, 222 impedance section, CO, COa, C8, C8a loop circuit

Claims (6)

電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であって、
１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、
経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路と
を備えることを特徴とする可変磁気結合回路。 A variable magnetic coupling circuit that magnetically couples between objects to be coupled, which are circuit elements having current states,
an O-shaped loop path through which a circulating current flows in one loop; a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; a first loop circuit having a first coupling strength changing section capable of changing the magnetic coupling strength between;
A figure 8-shaped loop path of a superconductor having an intersection in the path, in which the direction of the circulating current is opposite before and after the intersection, and a second arranged in the figure 8-shaped loop path. and a second loop circuit having an inductor section and a second coupling strength changing section arranged in the figure-eight loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled. and a variable magnetic coupling circuit. 前記８の字状のループ経路は、前記交差部分が３次元的に経路が交差して、前記交差部分において経路が接続されない
ことを特徴とする請求項１に記載の可変磁気結合回路。 2. The variable magnetic coupling circuit according to claim 1, wherein the figure-eight loop path intersects three-dimensionally at the intersection and the paths are not connected at the intersection. 前記８の字状のループ経路は、前記交差部分で経路が接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の可変磁気結合回路。 2. The variable magnetic coupling circuit according to claim 1, wherein the figure-eight loop path is connected at the intersection. 前記第１結合強度変更部及び前記第２結合強度変更部のいずれか一方又は両方は、直列接続された少なくとも２つのジョセフソン接合を有し、与えられた電荷に基づいて、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変磁気結合回路。 Either one or both of the first bond strength changing section and the second bond strength changing section have at least two Josephson junctions connected in series, and based on a given charge, 3. The variable magnetic coupling circuit according to claim 1, wherein the magnetic coupling strength between the two can be changed. 電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であり、
１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、
経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路と
を備える可変磁気結合回路の回路制御方法であって、
前記第１のループ回路及び前記第２のループ回路による前記被結合対象の周波数の変化及び前記磁気結合強度の変化の特性に基づいて、前記周波数が一定になるように、前記第１結合強度変更部及び前記第２結合強度変更部を制御して、前記磁気結合強度を変更する
ことを特徴とする回路制御方法。 A variable magnetic coupling circuit that magnetically couples between objects to be coupled, which are circuit elements having a current state,
an O-shaped loop path through which a circulating current flows in one loop; a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; a first loop circuit having a first coupling strength changing section capable of changing the magnetic coupling strength between;
A figure 8-shaped loop path of a superconductor having an intersection in the path, in which the direction of the circulating current is opposite before and after the intersection, and a second arranged in the figure 8-shaped loop path. a second loop circuit having an inductor section and a second coupling strength changing section arranged in the figure-eight loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled; A circuit control method for a circuit, comprising:
changing the first coupling strength so as to keep the frequency constant based on characteristics of changes in the frequency of the object to be coupled and changes in the magnetic coupling strength by the first loop circuit and the second loop circuit; and the second coupling strength changing unit to change the magnetic coupling strength. 電流の状態を有する回路要素である被結合対象の間で磁気結合する可変磁気結合回路であり、
１つのループ状に循環電流が流れるＯ字状のループ経路と、前記Ｏ字状のループ経路に配置された第１インダクタ部と、前記Ｏ字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第１結合強度変更部とを有する第１のループ回路と、
経路に交差部分を有し、前記交差部分の前後で循環電流の向きが逆向きになる超伝導体の８の字状のループ経路と、前記８の字状のループ経路に配置された第２インダクタ部と、前記８の字状のループ経路に配置され、前記被結合対象の間の磁気結合強度を変更可能な第２結合強度変更部とを有する第２のループ回路と
を備える可変磁気結合回路の回路制御方法であって、
前記第１のループ回路及び前記第２のループ回路による前記被結合対象の周波数の変化及び前記磁気結合強度の変化の特性に基づいて、前記磁気結合強度が一定になるように、前記第１結合強度変更部及び前記第２結合強度変更部を制御して、前記周波数を変更する
ことを特徴とする回路制御方法。 A variable magnetic coupling circuit that magnetically couples between objects to be coupled, which are circuit elements having a current state,
an O-shaped loop path through which a circulating current flows in one loop; a first inductor section arranged in the O-shaped loop path; a first loop circuit having a first coupling strength changing section capable of changing the magnetic coupling strength between;
A figure 8-shaped loop path of a superconductor having an intersection in the path, in which the direction of the circulating current is opposite before and after the intersection, and a second arranged in the figure 8-shaped loop path. a second loop circuit having an inductor section and a second coupling strength changing section arranged in the figure-eight loop path and capable of changing the magnetic coupling strength between the objects to be coupled; A circuit control method for a circuit, comprising:
The first coupling is performed so that the magnetic coupling strength is constant based on the characteristics of the change in the frequency of the object to be coupled and the change in the magnetic coupling strength by the first loop circuit and the second loop circuit. A circuit control method, comprising: controlling a strength changing section and the second coupling strength changing section to change the frequency.
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