JP7431811B2 - 射影測定のための単一磁束量子発生源 - Google Patents
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Description
本開示は一般に、量子ビットのエネルギ障壁を上げるためにfast-flux stepを適用することによる量子ビットの射影測定のためのデバイス、システム、及び方法に関する。開示する技法は、量子プロセッサの射影読み出しのために量子プロセッサを構成する1組の量子ビットに適用することができる。
量子計算
量子コンピュータは、データに対する演算を実行するために重ね合わせ、トンネリング、及びもつれ等の少なくとも1つの量子力学的現象を直接使用するシステムである。量子コンピュータの要素は量子ビットである。量子コンピュータは、量子物理学をシミュレートする計算問題等の特定の種類の計算問題を加速させることができる。
量子ビットは、量子コンピュータのための基本情報単位として使用することができる。量子ビットは、「0」及び「1」でラベル付けすることもできる2つの個別の物理的状態を含む。物理的に、これらの2つの個別の状態は量子情報記憶デバイスの2つの異なる及び区別可能な物理的状態によって表される。例えばこれらの2つの個別の状態は、磁場の方向によって表すことができる。これらの状態を記憶する物理量が量子力学的に振る舞う場合、デバイスは追加で0及び1の重ね合わせに置くことができる。つまり量子ビットは同時に「0」及び「1」の両方の状態にあることができ、そのため両方の状態に対する計算を同時に実行することができる。
量子プロセッサは、量子効果を用いて計算を行うための複数のプログラム可能デバイスを提供する。プログラム可能デバイスは、量子ビット、(量子ビットをプログラム可能に結合する)カプラ、及びそのコンポーネントを含む。プログラム可能デバイスは、その動作に影響を及ぼすために適用される信号によってプログラムされる(例えばバイアス信号を磁束量子ビットに適用して計算中にその磁束に影響を及ぼすことができる)。
量子アニーリングは、システムの低エネルギ状態、典型的には好ましくはシステムの基底状態を見つけるために使用することができる計算方法である。古典的なシミュレーテッドアニーリングの概念と同様に、この方法は低エネルギ状態の方が安定しているので自然システムはエネルギ状態が低い方に向かう傾向があるという基本原理に依拠する。量子アニーリングは、古典的なアニーリングよりもエネルギ極小に正確に及び/又は素早く到達するために、非局在化の源として量子トンネリング等の量子効果を使用することができる。
量子コンピュータは、機械学習に使用可能なサンプルを生成するために使用することができる。例えば、量子コンピュータは量子ボルツマンマシンを訓練するためのサンプルを生成することができる。ボルツマンマシンは、頂点間の無向加重エッジを有するグラフを含む確率的グラフィカルモデルの実装である。頂点(ユニットとも呼ぶ)は、「オン」状態にあるのか「オフ」状態にあるのかに関する確率的決定をたどる。確率的決定はボルツマン分布に基づく。量子ボルツマンマシンは量子コンピュータ、例えば量子アニーラを使用して実装することができる。量子ボルツマンマシンを訓練するためのサンプルは量子アニーラからも生成され得る。
極低温冷凍機の制約によって限定されないスケーラブルな方法及びデバイスを使用して量子ビット及び/又は量子プロセッサの射影測定及び射影読み出しを行えるようにする需要が存在する。オンチップデバイスを使用し高帯域幅のアナログラインの使用を必要としない、量子ビット及び/又は量子プロセッサの射影測定を一部の実装で可能にするシステム、方法、及びデバイスを記載する。
図中、同一の参照番号は類似の要素又は動作を識別する。図中の要素のサイズ及び相対位置は必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば様々な要素の形状及び角度は必ずしも縮尺通りに描かれておらず、これらの要素の一部は、図面を分かりやすくするために任意に拡大し位置決めしている場合がある。更に、描かれている要素の特定の形状は、特定の要素の実際の形状に関する如何なる情報を伝えることも意図しておらず、単に図面を認識しやすいように選択している場合がある。
以下の説明では、開示する様々な実装の完全な理解を与えるために幾つかの具体的詳細を記載する。しかし、これらの具体的詳細の1つ又は複数なしに、又は他の方法、コンポーネント、材料等を用いて実装を実施できることを当業者なら理解されよう。他の例では、実装の説明を不必要に曖昧にするのを避けるために、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、及び/又は通信ネットワークに関連する既知の構造は図示し又は説明していない。
Claims (20)
- 量子プロセッサ内に配置されている複数の量子ビットを射影測定するためのシステムであって、
前記量子プロセッサ内に配置されている前記複数の量子ビットであって、各量子ビットはボディループ及びジョセフソン接合(JJ)ループを有する、複数の量子ビットと、
複数の射影源デジタル-アナログ変換器(PSDAC)であって、各PSDACはボディループ及びJJループを有し、各PSDACの各ボディループは前記複数の量子ビットの個々の量子ビットの前記JJループに通信可能に結合される、複数の射影源デジタル-アナログ変換器(PSDAC)と、
前記複数のPSDACの各PSDACの前記JJループに通信可能に結合されるトリガラインであって、前記トリガラインは、各PSDACを活性化して第1の磁束状態から第2の磁束状態に変更させる信号を前記複数のPSDACの各PSDACのそれぞれのJJループに送信するように動作可能であり、第1の磁束状態から第2の磁束状態に変更する各PSDACの活性化は、射影測定を駆動するために前記複数の量子ビットのそれぞれの量子ビットに適用される個々のfast flux stepを生成する、トリガラインと、
複数の同期デバイスであって、各同期デバイスは、前記複数のPSDACの個々のPSDACの前記JJループに通信可能に結合され、前記複数のPSDACの活性化時間を同期するために、前記個々のPSDACの前記JJループにバイアスを印加するように動作可能である、複数の同期デバイスと
を含む、システム。 - 前記複数の同期デバイスは、複数のプログラム可能磁気メモリデジタル-アナログ変換器(PMM DAC)を含み、各PMM DACは個々のPSDACの前記JJループに通信可能に結合されるボディループを有し、前記PMM DACの前記ボディループは個々のPSDACの前記JJループにバイアスを印加するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の同期デバイスは複数のアナログラインを含み、各アナログラインは個々のPSDACの前記JJループに通信可能に結合され、個々のPSDACの前記JJループにバイアスを印加するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの第1のPSDACの前記第1の磁束状態は、前記複数のPSDACの第2のPSDACの前記第1の磁束状態と異なる、請求項1乃至3のうち何れか1項に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの第1のPSDACによって生成される第1のfast flux stepが、前記複数の量子ビットの第1の量子ビットのJJループに適用される、請求項1乃至3のうち何れか1項に記載のシステム。
- 各同期デバイスが、前記複数のPSDACの前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを前記複数のPSDACの第2のPSDACによって生成される第2のfast flux stepと同期させる、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを前記複数のPSDACの第2のPSDACによって生成される第2のfast flux stepと同期させることが、前記複数の量子ビットの前記第1の量子ビットの前記JJループ及び第2の量子ビットのJJループにそれぞれ適用される同期されたfast flux stepをもたらす、請求項6に記載のシステム。
- 各同期デバイスが、前記複数のPSDACの前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを前記複数のPSDACの各PSDACによって生成される複数のfast flux stepと同期させる、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを前記複数のPSDACの各PSDACによって生成される複数のfast flux stepと同期させることが、前記複数の量子ビットの各量子ビットの個々のJJループにそれぞれ適用される同期されたfast flux stepをもたらす、請求項8に記載のシステム。
- 複数の磁束バイアス発生源を更に含み、各磁束バイアス発生源は、個々のPSDACのボディループに通信可能に結合され、前記個々のPSDACの前記ボディループに磁束バイアスを印加するように動作可能である、請求項1乃至9のうち何れか1項に記載のシステム。
- 前記複数の量子ビットの第1の量子ビットを前記複数の量子ビットの第2の量子ビットに通信可能に結合するカプラを更に含み、前記第1の量子ビットは前記複数のPSDACの第1のPSDACに通信可能に結合され、前記第2の量子ビットは前記複数のPSDACの第2のPSDACに通信可能に結合される、請求項1,2,3,10のうち何れか1項に記載のシステム。
- 前記トリガラインは、前記複数のPSDACの前記第1のPSDACの前記JJループに通信可能に結合され、前記複数のPSDACの前記第2のPSDACの前記JJループに更に通信可能に結合される、請求項11に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの第1のPSDACの前記JJループは、前記複数の同期デバイスの第1の同期デバイスに通信可能に結合され、前記複数のPSDACの前記第2のPSDACの前記JJループは、前記複数の同期デバイスの第2の同期デバイスに通信可能に結合される、請求項12に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの第3のPSDAC及び第4のPSDACを更に含み、前記複数のPSDACの前記第3のPSDACの前記ボディループは前記複数の量子ビットの前記第1の量子ビットの前記ボディループに通信可能に結合され、前記複数のPSDACの前記第4のPSDACの前記ボディループは前記複数の量子ビットの前記第2の量子ビットの前記ボディループに通信可能に結合される、請求項13に記載のシステム。
- 前記複数のPSDACの前記第3のPSDACの前記JJループは、第2のトリガラインに通信可能に結合される、請求項14に記載のシステム。
- 量子プロセッサ内に配置されている複数の量子ビットを射影測定するためのシステムを動作させる方法であって、前記システムは、
前記量子プロセッサ内に配置されている前記複数の量子ビットであって、各量子ビットはボディループ及びジョセフソン接合(JJ)ループを有する、複数の量子ビットと、
複数の射影源デジタル-アナログ変換器(PSDAC)であって、各PSDACはボディループ及びJJループを有し、各PSDACの各ボディループは前記複数の量子ビットの個々の量子ビットの前記JJループに通信可能に結合される、複数の射影源デジタル-アナログ変換器(PSDAC)と、
前記複数のPSDACの各PSDACの前記JJループに通信可能に結合されるトリガラインであって、前記トリガラインは、各PSDACを活性化して第1の磁束状態から第2の磁束状態に変更するように動作可能であり、各PSDACを活性化して第1の磁束状態から第2の磁束状態に変更することは、射影測定を駆動するために前記複数の量子ビットのそれぞれの量子ビットに適用される個々のfast flux stepを生成する、トリガラインと、
複数の同期デバイスであって、各同期デバイスは前記複数のPSDACの個々のPSDACの前記JJループに通信可能に結合され、前記複数のPSDACの活性化時間を同期するために、前記個々のPSDACの前記JJループにバイアスを印加する、複数の同期デバイスと
を含み、前記方法は、
前記量子プロセッサによって実行される量子アニーリング進化を開始すること、
前記量子アニーリング進化中の或る特定の測定時点において、
前記複数のPSDACの第1のPSDACの第1のJJループに、前記トリガラインを通じて信号を送信し、前記第1のPSDACを活性化すること、
前記トリガラインを通じて送信された前記信号による前記第1のPSDACの活性化に基づいて、前記複数のPSDACの前記第1のPSDACの磁束状態を第1の磁束状態から第2の磁束状態に変更して、第1のfast flux stepを生成すること、
前記複数のPSDACの前記第1のPSDACにより生成された前記第1のfast flux stepを、前記複数の量子ビットのそれぞれの量子ビットのJJループに適用し、前記量子ビットのエネルギ障壁を上げること、及び
前記複数の量子ビットの前記量子ビットのスピン状態を測定すること
を含む、方法。 - 前記複数のPSDACの前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを、前記複数のPSDACの他のPSDACによって生成される複数のfast flux stepと同期させることを更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1のPSDACによって生成される前記第1のfast flux stepを、前記複数のPSDACの他のPSDACによって生成される複数のfast flux stepと同期させることが、前記複数の量子ビットの各量子ビットの個々のJJループにそれぞれ適用される同期されたfast flux stepをもたらす、請求項17に記載の方法。
- 前記複数の量子ビットの各量子ビットの個々のJJループに同期されたfast flux stepを適用することが、前記複数の量子ビットの各量子ビットの個々のエネルギ障壁を上げる、請求項18に記載の方法。
- 前記量子アニーリング進化を完了し、前記複数の量子ビットの前記量子ビットの前記スピン状態を読み出すことを更に含む、請求項16乃至19のうち何れか1項に記載の方法。
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