KR102422897B1 - 부하 보상형 튜닝 가능 결합 - Google Patents

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Abstract

부하 보상형 튜닝 가능 커플러는 크로스-바 스위치와 시뮬레이션된 부하들 또는 밸러스트들을 활용하여 공진 주파수들의 변경 없이 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있는 2개의 양자 객체들 간의 튜닝 가능 결합을 제공한다.

Description

부하 보상형 튜닝 가능 결합
[0001] 본 발명은 정부 계약에 따라 이루어졌다. 따라서 미국 정부는 해당 계약에 명시된 대로 발명에 대한 권리를 갖는다.
[0002] 본 출원은 2018년 1월 11일자로 출원된 미국 특허출원 일련번호 제15/868416호(현재 2018년 12월 25일자로 발행된 미국 특허 제10164606호)로부터의 우선권을 주장하며, 이 출원은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
[0003] 본 발명은 일반적으로 초전도 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양자 객체들의 부하 보상형(load-compensated) 튜닝 가능 결합에 관한 것이다.
[0004] 종래의 마이크로파 기계, 전자 기계 및 전자 스위치들은 호환되지 않는 제작 프로세스들 및 높은 전력 소산으로 인해 초전도 전자 회로들과의 단일 칩 집적 및 초전도 전자 회로들의 극저온 작동과 호환되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 전압 가변 커패시터들(즉, 버랙터들), 기계 드라이버들 또는 강유전체 및 페라이트 재료들과 같은 능동 컴포넌트들의 사용에 의해 일반적으로 실현되는 튜닝 가능 필터들은 단일 자속 양자(SFQ: single flux quantum) 기술들로 생성될 수 있는 신호 레벨들로 쉽게 제어 가능하지 않으며, 다수는 극저온들에서 작동 가능하지 않다. 초전도 마이크로파 필터들은 고정 및 튜닝 가능 둘 다 고온 및 저온 초전도체들 모두를 사용하여 이전에 실현되었지만, 스위칭 애플리케이션들에서의 이들의 사용은 높은 반사 손실, 제한된 사용 가능 대역폭 및 대역 외 오프 상태 절연 불량을 겪는다.
[0005] 디지털 및 마이크로파 신호들 모두에 대한 반도체 크로스-바 스위치들은 스위치 매트릭스들, 트랜시버들 그리고 테스트 및 통신 시스템들과 같은 재구성 가능한 신호 라우팅 애플리케이션들에 사용된다. 크로스-바 스위치는 4-포트 디바이스이며, 여기서 ("바(bar) 상태"로 지칭되는) 제1 설정에서는 제1 입력 포트가 제1 출력 포트에 접속되고 제2 입력 포트가 제2 출력 포트에 접속되며, ("크로스(cross) 상태"로 지칭되는) 제2 설정에서는 제1 입력 포트가 제2 출력 포트에 접속되고 제2 입력 포트가 제1 출력 포트에 접속된다. 그러나 종래의 크로스-바 스위치들은 일반적으로 극저온 초저전력 소비 애플리케이션들과 호환되지 않으며, 일반적으로는 SFQ 제어 기술들과 호환되지 않는 몇 볼트 정도의 전압 제어 신호들을 필요로 한다.
[0006] 본 명세서에서 설명되는 부하 보상형 튜닝 가능 커플러는 크로스-바 스위치 및 본 명세서에서는 밸러스트(ballast)들로도 또한 지칭되는 시뮬레이션된 부하들을 활용하여, 양자 객체들의 공진 주파수들을 변경하지 않으면서, 두 양자 객체들 간의 튜닝 가능 결합을 제공한다.
[0007] 일례로, 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템이 제공된다. 이 시스템은 초전도 크로스-바 스위치의 제1 포트에 접속된 제1 양자 객체, 스위치의 제2 포트에 접속된 제1 양자 객체의 부하 특성에 근사한 제1 더미 부하(dummy load), 스위치의 제3 포트에 접속된 제2 양자 객체, 및 스위치의 제4 포트에 접속된 제2 양자 객체의 부하 특성에 근사한 제2 더미 부하를 포함한다. 제1 양자 객체와 제2 양자 객체는 스위치의 크로스 상태로 결합된다. 스위치의 바 상태에서, 제1 양자 객체와 제2 양자 객체는 분리되어, 제1 양자 객체는 제2 더미 부하에 결합되고, 제2 양자 객체는 제1 더미 부하에 결합된다.
[0008] 다른 예는 2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법을 제공한다. 제1 양자 객체와 제2 양자 객체가 결합된다. 2개의 양자 객체들을 분리하는 동시에, 제1 양자 객체는 마치 제2 양자 객체인 것처럼 제1 양자 객체에 나타나도록 설계된 제1 시뮬레이션된 부하에 결합되고, 제2 양자 객체는 마치 제1 양자 객체인 것처럼 제2 양자 객체에 나타나도록 설계된 제2 시뮬레이션된 부하에 결합된다. 예를 들어, 제1 시뮬레이션된 부하는 제1 양자 객체가 제2 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 제1 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터일 수 있고, 제2 시뮬레이션된 부하는 제2 양자 객체가 제1 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 제2 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터일 수 있다.
[0009] 또 다른 예에서, 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템은 개개의 동작 주파수를 갖는 각각 제1 양자 객체와 제2 양자 객체를 결합 및 분리할 수 있다. 조지프슨(Josephson) 접합 브리지가 초전도 크로스-바 스위치로서 구성된다. 브리지는 4개의 조지프슨 접합들로 구성된다. 제1 양자 객체와 제2 양자 객체의 유도 부하 특성에 근사한 제2 밸러스트의 제1 단부 사이에 제1 조지프슨 접합이 접속된다. 제2 밸러스트의 제1 단부와 제1 양자 객체의 유도 부하 특성에 근사한 제1 밸러스트의 제1 단부 사이에 제2 조지프슨 접합이 접속된다. 제1 양자 객체와 제2 양자 객체 사이에 제3 조지프슨 접합이 접속된다. 제2 양자 객체와 제1 밸러스트의 제1 단부 사이에 제4 조지프슨 접합이 접속된다. 한편으로는, 고 인덕턴스 상태를 갖는 제1 조지프슨 접합 및 제4 조지프슨 접합과 저 인덕턴스 상태를 갖는 제2 조지프슨 접합 및 제3 조지프슨 접합― 제1 양자 객체와 제2 양자 객체는 서로 결합됨 ―, 그리고 다른 한편으로는, 저 인덕턴스 상태를 갖는 제1 조지프슨 접합 및 제4 조지프슨 접합과 고 인덕턴스 상태를 갖는 제2 조지프슨 접합 및 제3 조지프슨 접합― 제1 양자 객체는 제2 밸러스트에 결합되고, 제2 양자 객체는 제1 밸러스트에 결합됨 ― 간에 조지프슨 접합들의 인덕턴스를 스위칭하도록 하나 이상의 자속 바이어스 라인들이 배열된다.
[0010] 도 1a는 예시적인 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러의 블록도이다.
[0011] 도 1b는 도 1a의 예시적인 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러의 활성화 상태를 예시한다.
[0012] 도 1c는 도 1a의 예시적인 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러의 비활성화 상태를 예시한다.
[0013] 도 2는 크로스-바 스위치 회로 및 연관된 바이어스 엘리먼트들의 개략도를 예시한다.
[0014] 도 3은 부하 보상형 튜닝 가능 커플러의 개략도를 예시한다.
[0015] 도 4는 도 3의 회로의 S-파라미터 시뮬레이션의 그래프를 예시한다.
[0016] 도 5는 2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0017] 본 개시내용은 일반적으로 초전도 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2개의 양자 객체들 간의 부하 보상형 튜닝 가능 커플러에 관한 것이다. 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러는 스위치 제어기 및 바이어스 엘리먼트들을 포함하는 스위치 제어 시스템을 구비한 초전도 크로스-바 스위치를 포함한다. 크로스포인트 또는 전달 스위치로도 또한 알려진 초전도 크로스-바 스위치는 스위치의 서로 다른 섹션들을 서로 결합 및 분리하여 바 상태와 크로스 상태 간에 스위칭하도록 바이어스 엘리먼트들과 스위치 제어기를 통해 자속에 의해 제어되는 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들을 이용할 수 있다. 초전도 크로스-바 스위치는 극저온들에서 작동하고, 전력을 거의 소산시키지 않을 수 있으며, 단일 자속 양자(SFQ) 호환 신호들로 제어될 수 있다. 스위치는 2개의 양자 객체들 각각을 서로 또는 타깃 양자 객체의 부하를 시뮬레이션할 수 있는 밸러스트들에 접속할 수 있다. 이에 따라, 부하 보상형 튜닝 가능 커플러는 객체들 사이에 튜닝 가능한 유도성 소자를 사용하는 것과 연관된 한계들을 극복하는데, 이러한 유도성 소자의 사용은 두 객체들 모두에 가변 부하를 제공하고 이들의 동작 주파수들을 바람직하지 않게 변경할 수 있다.
[0018] 도 1a는 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)의 일례를 예시한다. 커플러가 활성화될 때, 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 SQUID 브리지 회로 구성(104)을 갖는 필터 네트워크(102)를 사용하여, 본 명세서에서는 간혹 소스 양자 객체로 지칭되는 제1 양자 객체(110)를 본 명세서에서는 간혹 타깃 양자 객체로 지칭되는 제2 양자 객체(112)에 접속할 수 있다. 제1 양자 객체(110)는 제1 포트 또는 IN1 단자를 통해 또는 필터 네트워크(102)에 접속될 수 있다. 제2 양자 객체(112)는 제3 포트 또는 OUT1 단자를 통해 또는 필터 네트워크(102)에 접속될 수 있다. 이 상태에서, 필터 네트워크(102)는 또한 제2 포트 또는 IN2 단자 및 제4 포트 또는 OUT2 단자를 통해 제1 더미 부하(114)를 제2 더미 부하(116)에 접속할 수 있다. 이 튜닝 가능 커플러 시스템(100)의 활성화 모드는 도 1b에 예시된 바와 같이, 필터 네트워크(102)의 "바" 모드를 구성하여, 제1 포트(IN1)로부터 제3 포트(OUT1)로 제1 신호를 라우팅하고 제2 포트(IN2)로부터 제4 포트(OUT2)로 제2 신호를 라우팅한다.
[0019] 커플러가 비활성화될 때, 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 필터 네트워크(102)를 사용하여, 제2 양자 객체(112)의 하나 이상의 특성들에 근사하도록 구성된 제2 더미 부하(116)에 제1 양자 객체(110)를 접속할 수 있다. 마찬가지로, 비활성화 상태에서, 필터 네트워크(102)는 제1 양자 객체(110)의 하나 이상의 특성들에 근사하도록 구성된 제1 더미 부하(114)에 제2 양자 객체(112)를 접속할 수 있다. 이 튜닝 가능 커플러 시스템(100)의 비활성화 모드는 도 1c에 예시된 바와 같이, 필터 네트워크(102)의 "크로스" 모드를 구성하여, 제1 포트(IN1)로부터 제4 포트(OUT2)로 제1 신호를 라우팅하고 제2 포트(IN2)로부터 제3 포트(OUT1)로 제2 신호를 라우팅한다.
[0020] 더미 부하들(114, 116)은 예를 들면, 각각의 더미 부하가 각각 분리 상태에서 접속되는 양자 객체의 특성 에너지를 유지하도록 크기가 정해진 인덕턴스들이다. 결과적으로, 접속성에 관계없이, 양자 객체의 관점에서, 각각의 양자 객체에 대한 부하는 변하지 않는다. 더미 부하들은 또한 시뮬레이션된 부하들 또는 밸러스트들로도 지칭될 수 있다.
[0021] 도 1a에 예시된 앞서 설명한 구성은 시스템(100)의 단지 일례를 나타낸다. 다른 예에서, 제2 양자 객체(112)와 제2 더미 부하(116)의 포지션들(즉, 필터 네트워크(102)에 대한 접속들)은 활성화 또는 결합 상태가 (도 1c에 도시된 바와 같이) 크로스 상태가 되고 비활성화 또는 분리 상태가 (도 1b에 도시된 바와 같이) 바 상태가 되도록 상호 교환될 수 있다. 마찬가지로, 제1 양자 객체(110)와 제1 더미 부하(114)의 포지션들은 상호 교환될 수 있다. 어떤 구성이든, 더 큰 제어 시스템 및 스위치 제어기(108)가 그에 따라 적응될 수 있다.
[0022] 이와 같이 필터 네트워크(102)는 각각의 개별 입력 포트로부터 원하는 섹션들을 통해 각각의 선택된 출력 포트로 전달되는 신호의 바람직한 부분(예컨대, 특정 주파수 대역폭)에 대응할 수 있는 대역 통과 필터링된 출력 신호를 제공할 수 있는 초전도 크로스-바 스위치를 구성할 수 있다. 추가로, 신호들의 원하지 않는 부분은 차단될 수 있어, 신호들의 원하지 않는 부분 중 어느 것도 필터 네트워크를 통해 출력 포트들 중 임의의 출력 포트로 전달되지 않는다.
[0023] 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 다양한 초전도 회로 시스템들 중 임의의 시스템에서 양자 객체들(예컨대, 큐비트들 또는 공진기) 간의 결합 및 분리를 제공하도록 구현될 수 있다. 결합된 객체들 간의 신호들은 예를 들어, 큐비트에 대해 게이트 또는 판독 연산을 수행하는 것과 같이, 양자 회로에 대한 제어 방식으로 구현되는 마이크로파 신호들일 수 있다. 다른 예로서, 신호들은 신호 펄스, 통신 신호 또는 제어 명령 신호일 수 있다. 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 극저온들에서 작동할 수 있고, 전력을 거의 소산시키지 않을 수 있으며, 단일 자속 양자(SFQ) 호환 신호들로 제어될 수 있다.
[0024] 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 필터 네트워크(102)의 제1 입력부를 하나 이상의 제1 입력 공진기들 또는 극(pole)들로서, 필터 네트워크(102)의 제2 입력부를 하나 이상의 제2 입력 공진기들 또는 극들로서, 필터 네트워크의 제1 출력부로서 하나 이상의 제1 출력 공진기들 또는 극들로서, 그리고 필터 네트워크의 제2 출력부를 하나 이상의 제2 출력 공진기들 또는 극들로서 구성하기 위한 하나 이상의 임피던스 컴포넌트들(예컨대, 커패시터들, 인덕터들)을 포함할 수 있는 마이크로파 대역 통과 필터 네트워크로 형성된 초전도 크로스-바 스위치를 포함할 수 있다. 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 스위치 제어기(108) 및 바이어스 엘리먼트들(106)을 포함할 수 있다. 필터 네트워크(102)는 (도 1a에 도시된 바와 같이 구성될 때 활성화 상태 또는 결합 상태에 대응할 수 있는) 바 상태 또는 (도 1a에 도시된 바와 같이 구성될 때 비활성화 상태 또는 분리 상태에 대응하는) 크로스 상태 중 선택된 모드에 기초하여 각각의 제1 입력 및 제2 입력 공진기를 각각의 제1 및 제2 출력 공진기 중 각각의 출력 공진기에 결합 및 분리하도록 바이어스 엘리먼트들(106) 및 스위치 제어기(108)를 통해 자속에 의해 제어되는 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들을 이용할 수 있다.
[0025] 앞서 언급한 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들은 조지프슨 접합들일 수 있다. 조지프슨 접합들의 인덕턴스는 한편으로는, 서로 다른 필터 섹션들(예컨대, 공진기들 또는 극들)을 서로 결합하고 이러한 결합된 섹션들을 통해 신호들을 통과시키기 위한 저 인덕턴스 상태와 다른 한편으로는, 서로 다른 필터 섹션들을 서로 분리하여 신호들이 분리된 섹션들을 통과하는 것을 막기 위한 고 인덕턴스 상태 간에 스위칭될 수 있다. 조지프슨 접합들은 초전도 크로스-바 스위치를 바 상태와 크로스 상태 간에 스위칭하여 크로스-바 스위치를 통과하는 신호들의 루트를 제어하도록 저 임피던스 상태와 고 인덕턴스 상태 사이에 배열되고 제어될 수 있다. 조지프슨 접합들은 SQUID 브리지 회로 구성(104)에서 RF SQUID들 또는 SQUID들의 엘리먼트들로서 배열될 수 있다.
[0026] SQUID 브리지 회로 구성(104)은 제1 조지프슨 접합의 대향 측들에 결합된 제1 인덕터 및 제3 인덕터를 포함할 수 있는 제1 SQUID를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 인덕터는 필터 회로의 제1 극 또는 공진기의 적어도 일부를 형성하고, 제3 인덕터는 필터 회로의 제3 극 또는 공진기의 적어도 일부를 형성한다. 제2 SQUID는 제2 조지프슨 접합의 대향 측들에 결합된 제2 인덕터 및 제3 인덕터에 의해 형성될 수 있고, 제3 SQUID는 제3 조지프슨 접합의 대향 측들에 결합된 제1 인덕터 및 제4 인덕터에 의해 형성될 수 있으며, 제4 SQUID는 제4 조지프슨 접합의 대향 측들에 결합된 제2 인덕터 및 제4 인덕터에 의해 형성될 수 있다. 제2 인덕터는 필터 회로의 제2 극 또는 공진기의 적어도 일부를 형성하고, 제4 인덕터는 필터 회로의 제4 극 또는 공진기의 적어도 일부를 형성한다.
[0027] 조지프슨 접합들은 각자의 SQUID에서 전류가 유도되지 않거나 저 전류가 유도될 때 제1 인덕턴스를, 그리고 예를 들어, 약 0.1Φ0보다 크고 약 0.45Φ0보다 작은 자속을 발생시키거나 유도하는 미리 결정된 임계치에 있는 전류 또는 더 높은 전류가 각자의 SQUID에서 유도될 때 제2 인덕턴스를 가질 수 있으며, 여기서 Φ0은 자속 양자와 같다. 제1 인덕턴스(예컨대, ħ/2e * 1/IC, 여기서 ħ는 2π로 나눈 플랑크 상수(Planck's constant)이고, e는 전자 전하이며, IC는 조지프슨 접합의 임계 전류임)는 필터 네트워크의 원하는 섹션들의 대향 단부들 사이에서 입력 신호의 원하는 대역폭 부분의 통과를 가능하게 하도록, 원하는 섹션들 사이의 결합을 제공할 수 있다. 제2 인덕턴스(예컨대, 비교적 큰 인덕턴스 값)는 원하지 않는 섹션들의 대향 단부들 사이에서 입력 신호의 원하는 대역폭 부분의 통과가 차단되도록 필터 네트워크의 섹션들 사이의 분리를 제공할 수 있다.
[0028] 일례로, 필터 네트워크의 제1 극은 제1 입력 포트에 결합되고, 필터 네트워크의 제2 극은 제2 입력 포트에 결합된다. 더욱이, 필터 네트워크의 제3 극은 제1 출력 포트에 결합되고, 필터 네트워크의 제4 극은 제2 출력 포트에 결합된다. 바 상태에서는, 제2 SQUID 및 제4 SQUID에서 자속이 유도되어 제2 조지프슨 접합 및 제4 조지프슨 접합이 높은 인덕턴스를 갖게 할 수 있는 한편, 제1 SQUID 및 제3 SQUID에서는 자속이 유도되지 않아 제1 조지프슨 접합 및 제3 조지프슨 접합이 낮은 인덕턴스를 갖게 한다. 이는 제1 신호가 제1 입력 포트로부터 제1 극 및 제3 극을 통해 제1 출력 포트로 전달될 수 있게 하고 제1 신호가 제4 극을 통해 제2 출력 포트로 전달되는 것을 차단할 수 있게 한다. 추가로, 제2 신호는 제2 입력 포트로부터 제2 극 및 제4 극을 통해 제2 출력 포트로 전달될 수 있고 제2 신호가 제3 극을 통해 제1 출력 포트로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
[0029] 크로스 상태에서는, 제1 SQUID 및 제3 SQUID에서 자속이 유도되어 제1 조지프슨 접합 및 제3 조지프슨 접합이 높은 인덕턴스를 갖게 할 수 있는 한편, 제2 SQUID 및 제4 SQUID에서는 자속이 유도되지 않아 제2 조지프슨 접합 및 제4 조지프슨 접합이 낮은 인덕턴스를 갖게 한다. 이는 제1 신호가 제1 입력 포트로부터 제1 극 및 제4 극을 통해 제2 출력 포트로 전달될 수 있게 하고 제1 신호가 제3 극을 통해 제1 출력 포트로 전달되는 것을 차단할 수 있게 한다. 추가로, 제2 신호는 제2 입력 포트로부터 제2 극 및 제3 극을 통해 제1 출력 포트로 전달될 수 있고 제2 신호가 제4 극을 통해 제2 출력 포트로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
[0030] 도 2는 크로스-바 스위치 회로(200) 및 연관된 바이어스 엘리먼트들의 개략도를 예시한다. 크로스-바 스위치 회로는 포트 1로 표기된 제1 포트, 포트 2로 표기된 제2 포트, 포트 3으로 표기된 제3 포트 및 포트 4로 표기된 제4 포트를 갖는 대역 통과 필터로 형성된다. 포트 1과 연관된 극 또는 공진기에 유도 결합되고 포트 2와 연관된 극 또는 공진기에 유도 결합되는 제1 제어 라인(202)을 통해 전류가 제공된다. 포트 3과 연관된 극 또는 공진기에 결합되고 포트 4와 연관된 극 또는 공진기에 유도 결합되는 제2 제어 라인(204)을 통해 또한 전류가 제공된다. 제1 구성(예컨대, 바 상태)과 제2 구성(예컨대, 크로스 상태) 둘 다에서, 제1 제어 라인(202)을 통해 flux1 in으로부터 flux1 out의 방향으로 전류가 흐른다. 제1 구성에서는, 제2 제어 라인(204)을 통해 flux2 in에서 flux2 out의 방향으로 전류가 흐르며, 이는 포트 1에서의 제1 신호가 포트 3으로(또는 그 반대로) 라우팅되게 하고, 포트 2에서의 제2 신호가 포트 4로(또는 그 반대로) 라우팅되게 하는 반면, 포트들의 다른 모든 쌍 단위의 조합들은 상호 격리된다. 제2 구성에서는, 제2 제어 라인(204)을 통해 flux2 out에서 flux2 in의 방향으로 전류가 흐르며, 이는 포트 1에서의 제1 신호가 포트 4로(또는 그 반대로) 라우팅되게 하고, 포트 2에서의 제2 신호가 포트 3으로(또는 그 반대로) 라우팅되게 하는 반면, 포트들의 다른 모든 쌍 단위의 조합들은 상호 격리된다.
[0031] 도 2를 참조하면, 제2 구성에 대한 포트 1에서 포트 4로의 신호 전파를 고려한다. 포트 1로부터의 신호는 대역 통과 필터에 입력 결합 커패시턴스를 제공하는 직렬 결합 커패시터(Cc1)를 통해 회로로 들어간다. 그런 다음, 신호는 Cr1과 L1의 병렬 조합을 포함하여 필터의 제1 극을 형성하는 분로 공진기를 통과한다. 다음으로, 신호는 Cr4와 L4의 병렬 조합에 의해 형성된 필터의 제4 극에 조지프슨 접합(J3)을 통해 결합되고, 마지막으로 출력 결합 커패시터(Cc4)를 통해 포트 4로 필터를 빠져나간다. 포트 2로부터 들어오는 신호들은 극들(Cr2||L2 및 Cr3||L3) 및 결합 엘리먼트들(Cc2, J2 및 Cc3)에 의해 형성된 대역 통과 필터를 가로지름으로써 포트 3으로 유사하게 전달된다. 제어 자속들은, 이 설정에서 제어 자속들에 의해 결정된 대로 접합들(J1 및 J4)의 고 인덕턴스 상태 때문에 이러한 접합들을 통해 어떠한 신호도 전파될 수 없도록 배열된다.
[0032] 제어 자속들의 제1 구성에서, J2 및 J3은 고 인덕턴스 상태에 있는 반면, J1 및 J4는 저 인덕턴스 상태에 있다. 이러한 제1 구성에서, 포트 1로부터의 신호는 극들(Cr1||L1 및 Cr3||L3) 및 결합 엘리먼트들(Cc1, J1 및 Cc3)에 의해 구성된 대역 통과 필터를 통해 포트 3으로 라우팅될 것이고, 포트 2로부터의 신호들은 극들(Cr2||L2 및 Cr4||L4) 및 결합 엘리먼트들(Cc2, J4 및 Cc4)에 의해 형성된 대역 통과 필터를 통해 포트 4로 라우팅된다.
[0033] 4개의 조지프슨 접합들(J1-J4) 각각은 접지된 인덕터들에도 또한 접속되는 회로의 두 노드들 사이에 접속된다. 예를 들어, J1은 접지된 인덕터들(L1 및 L3)에 접속된다. 따라서 접합들 각각은 RF SQUID를 형성하는 초전도 유도 루프에 내장된다. RF SQUID 루프가 0의 인가 자속을 둘러싸는 경우, 연관된 접합은 저 인덕턴스 상태에 있으며 마이크로파 신호들의 송신을 가능하게 한다. RF SQUID 루프가 Φ0/2의 상당 부분인 외부에서 인가된 자속을 둘러싸는 경우, 연관된 접합은 고 인덕턴스 상태에 있으며 마이크로파 신호들의 송신을 허용하지 않는다. 따라서 회로를 통해 마이크로파 신호가 가로지르게 되는 경로는 RF SQUID 루프들 각각에 인가되는 자속들에 의해 제어된다.
[0034] 예를 들어, 실질적으로 0인 자속(ΦON)은 접합의 저 인덕턴스 상태에 대응하고, ±Φ0/2의 상당 부분인 자속(±ΦOFF)은 접합의 고 인덕턴스 상태에 대응한다. 예를 들어, 포트 flux1 in으로부터 포트 flux1 out으로의 제어 라인(202) 상에서 전류가 공급될 수 있어, 도 2의 변압기를 통해 인덕터(L1)에 결합된 자속이 (ΦOFF + ΦON) /2가 되고, 그 변압기를 통해 인덕터(L2)에 결합된 자속은 -(ΦOFF + ΦON) /2(변압기의 반대 권선으로 인해 음의 부호)가 된다. 더욱이, 포트 flux2 in으로부터 flux2 out으로의 제어 라인(204) 상에서 전류가 공급될 수 있어, 변압기를 통해 인덕터(L4)에 결합된 자속이 (ΦOFF - ΦON) /2가 되고 인덕터(L3)에 결합된 자속은 -(ΦOFF - ΦON) /2(변압기의 반대 권선으로 인해 음의 부호)가 된다.
[0035] 이 상황에서, L1-J3-L4 RF SQUID에 의해 둘러싸인 자속은 (ΦOFF + ΦON) /2 + (ΦOFF - ΦON) /2 = ΦOFF이고, J3은 고 인덕턴스 상태이다. 마찬가지로, L2-J2-L3 RF SQUID에 의해 둘러싸인 자속은 -(ΦOFF + ΦON) /2 - (ΦOFF - ΦON) /2 = -ΦOFF이고, 접합(J2)은 또한 고 인덕턴스 상태이다. J1 및 J4가 저 인덕턴스 상태가 되도록 동일한 구성이 L1-J1-L3 및 L4-J4-L2 루프들에서 ±ΦON을 제공한다. 이러한 제어 전류들의 구성의 경우, 포트 1은 포트 3에 접속되고, 포트 2는 포트 4에 접속된다. flux2 라인(34) 상에 공급되는 전류의 부호가 반전되어, 현재 전류가 flux2 out에서 flux2 in으로 흐른다면, 접합들(J1 및 J4)은 고 인덕턴스 상태가 되는 한편, 접합들(J2 및 J3)은 저 인덕턴스 상태가 되어, 포트 1은 이제 포트 4에 접속되고, 포트 2는 이제 포트 3에 접속된다.
[0036] 각기 서로 다른 전달 특성들을 갖는 여러 가지 버전들의 크로스-바 스위치 회로(200)가 설계될 수 있다. 예를 들어, 4차 체비쇼프(Chebyshev) 필터 설계로 구축된 스위치는 서로 다른 S-파라미터 특성들을 제공할 것이다. 따라서 본 명세서에서 설명된 크로스-바 스위치는 예를 들어, 대역폭, 리플, 수 또는 섹션들, 반사 손실 등에 대한 요건들에 맞추도록 다양한 상이한 필터 구성으로 구현될 수 있다. 제어 신호들은 제어 신호 대역으로부터 RF 신호 대역으로의 누설 전류를 최소화하기 위해 필터의 정지 대역으로 제한될 수 있다. RF 통과 대역의 대역과 대역이 겹치지 않는 저역 통과 필터들을 통해 제어 신호들을 인가함으로써 누설이 더욱 감소될 수 있다. 크로스-바 스위치를 통해 라우팅될 수 있는 RF 신호들의 강도는 접합 임계 전류에 의해 제한된다. 일부 예들에서, 스위치를 통과하게 될 수 있는 최대 RF 전력은 약 -90㏈m이다. 크로스-바 스위치 회로는 접합들(J1-J4) 각각을 원래의 접합보다 N배 더 큰 임계 전류를 각각이 갖는 N개의 접합들의 직렬 어레이로 대체함으로써 최대 전력을 증가시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, N=10(10배 더 높은 임계 전류를 각각 갖는 10개의 접합들)은 최대 전력을 20㏈ 증가시킬 것이다.
[0037] 도 2의 크로스-바 스위치(200)는 즉시 양자 회로를 재구성할 수 있는 코히어런트 라우팅 메커니즘을 제공한다. 라인들(202, 204)을 통해 각각 제어 전류들(flux1, flux2)을 조정함으로써, 포트들 간의 접속이 변경될 수 있다. 한 세트의 제어들에서, 포트 1은 포트 3에 접속되고 포트 2는 포트 4에 접속되며; 다른 세트에서는 포트 1은 포트 4에 접속되고 포트 2는 포트 3에 접속된다.
[0038] 스위치(200)의 크로스-바의 기능은 예를 들면, 소스 양자 객체 및 타깃 양자 객체를 각각 포트 1 및 포트 3에 접속하고 소스 양자 객체 및 타깃 객체의 인덕턴스들과 동일한 인덕턴스들을 갖는 시뮬레이션된 부하들을 포트 2 및 포트 4에 각각 접속함으로써, 스위치 포지션과 상관없이 각각의 객체에 대한 부하를 유지하는 효과적인 단극 단투형(SPST: single-pole, single-throw) 스위치를 2개의 양자 객체들 사이에 생성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 크로스-바 스위치가 한 포지션에 있을 때, 소스 양자 객체와 타깃 양자 객체가 서로 접속되고; 스위치가 다른 포지션에 있을 때, 각각의 객체는 시뮬레이션된 부하에 접속됨으로써, 접속에 관계없이 각각의 양자 객체의 특성 에너지를 유지한다. 따라서 이러한 스위치는 양자 객체들 간의 결합을 온 또는 오프 전환함으로써 양자 객체들 사이의 선택적인 교환 정보를 허용하는 한편, 양자 객체들이 예를 들어, 객체들 사이의 간단한 튜닝 가능 유도성 소자를 사용하여 결합될 때 발생할 수 있는 동작 주파수들의 문제가 있는 결과적인 변화 및 두 객체들에 대한 가변 부하의 표현을 또한 피한다.
[0039] 도 3은 초전도 크로스-바 스위치를 포함하는 예시적인 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 회로(300)의 개략적인 회로도를 예시한다. 예시된 설계는 예를 들어, 애질런트(Agilent) 고급 설계 시뮬레이션(ADS: Advanced Design Simulation) 툴을 이용한 시뮬레이션에 이용될 수 있다. 조지프슨 접합들(J1-J4)로 구성된 조지프슨 접합 브리지는 도 2의 회로(200)의 유사한 브리지에 대응할 수 있다. 회로(200)와 같이, 회로(300)는 개략도에 공칭 입력 및 출력 포트들(flux1 in, flux1 out, flux2 in, flux2 out)로 표기된 두 자속 바이어스 제어 라인들(flux1, flux2)을 갖는다. 일부 예들에서, 하나의 제어 라인(예컨대, flux1)은 DC 제어 전류를 제공하여 자속 바이어스를 제공하도록 구성될 수 있는 한편, 다른 제어 라인(예컨대, flux2)은 고속 제어 전류를 제공하고 그에 따라 스위치 토글의 기능, 즉 바 상태와 크로스 상태 간에 스위칭하는 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에서, flux2는 DC 제어 전류를 제공할 수 있고 flux1은 고속 스위치 토글로서 구성될 수 있다. 어느 경우든, 한 쌍의 제어 포트들은 DC 또는 저 대역폭 송신 라인에 접속되고 저속 제어로 지정될 수 있는 한편, 다른 한 쌍의 제어 포트들은 광대역 송신 라인에 접속되고 고속(스위치 토글) 제어로 지정될 수 있다. 크로스 상태에서, 조지프슨 접합들(J1, J4)이 온일 때, 각각의 양자 객체(302, 304)는 밸러스트(더미 부하)(L2, L3)에 접속된다. 예를 들어, L2는 도 1a의 제1 더미 부하(114)에 대응할 수 있고, L3은 도 1a의 제2 더미 부하(116)에 대응할 수 있다. 바 상태에서, 조지프슨 접합들(J2, J3)이 온일 때, 양자 객체들(302, 304)은 서로 접속된다.
[0040] 밸러스트들(L2, L3)은 양자 객체들 상의 유도 부하가 크로스 상태와 바 상태에서 동일하도록 크기가 정해질 수 있다. 즉, L2 및 L3의 인덕턴스 값들은 각각 타깃 양자 객체(304) 및 소스 양자 객체(302) 그리고 이들 각각의 션트 인덕터들(L4, L1)의 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 따라서 L2 및 L3은 이들 각각의 양자 객체 부하들에 대해 양호한 정합을 제공하도록 설계될 수 있는데, 즉 커플러의 관점에서 L3은 L4/타깃 객체(304) 시스템과 같이 가능한 한 많이 보이도록 만들어질 수 있고, L2는 L1/소스 양자 객체 시스템과 같이 가능한 한 많이 보이도록 만들 수 있다. 일부 예들에서, L2 및 L3은 인덕턴스 값이 대략 동일할 수 있고, 4개의 모든 조지프슨 접합들이 크기가 대략 동일할 수 있다. 4개의 모든 조지프슨 접합들(J1-J4)은 모든 인덕턴스들 및 이들의 선택된 값들과 일치하도록 일부 파라메트릭 변형을 가질 수 있다. L1 및 L4의 값들은 원하는 결합 강도에 기초하여 선택될 수 있다. L1 및 L4는 또한 인덕턴스 값이 대략 동일할 수 있지만, 이러한 컴포넌트들이 동일하지 않을 수 있는 사용 사례들이 있을 수 있다.
[0041] 예시적인 시뮬레이션 방법에서, 각각의 양자 객체(302, 304)는 어떤 공진 객체, 예컨대 특정 길이 및 임피던스의 송신 라인으로 표현될 수 있다. 조지프슨 접합들(J1-J4)은 시뮬레이션에서 가변 인덕턴스의 인덕터들로 표현될 수 있으며, 이는 조지프슨 접합들의 실제 물리적 거동에 합리적으로 잘 부합하는데, 즉 회로에서 어떤 튜닝 가능 인덕턴스를 갖는다. 저 인덕턴스 상태인 접합부 공칭 인덕턴스들은 모두 예를 들어, 882pH일 수 있으며, 고 인덕턴스 상태는 예를 들어, 저 인덕턴스 값보다 50배 더 큰 인덕턴스를 가질 수 있다. 컴포넌트 값들은 입력 및 출력 커패시턴스들(C1, C2)이 각각 5fF, 션트 인덕터들(L1, L4)은 각각 20pH, 그리고 더미 부하 인덕터들(L2, L3)은 각각 20pH가 되도록 만들어질 수 있다. 컴포넌트 값들은 신호 경로가 2차 버터워스(Butterworth) 대역 통과 필터 응답에 가깝도록 선택될 수 있다.
[0042] 앞서 논의한 바와 같이, 예시된 구성(300)에서, flux1 라인을 통하는 전류는 일정하게 유지될 수 있는 한편, flux2 라인을 통하는 전류는 단일 커플러 제어 신호를 제공하도록 변화될 수 있다. 대안적인 구성에서, 2개의 제어 라인들(flux1, flux2)의 역할들은 전류 설정점들에 대응하는 변화와 교환될 수 있다. 따라서 도 3의 부하 보상형 튜닝 가능 커플러(300)는 대칭 배열의 접합들을 이용하고 2개의 동적 제어 신호들에 대한 필요성을 제거하여, 회로(200)와 비교할 때 디바이스의 동작을 단순화한다. 커플러(300)는 또한 커플러가 작동될 때 결합된 객체들에 대한 부하가 변하는 것을 방지하고, 따라서 결합된 객체들의 공진 주파수들에서의 원하지 않는 시프트를 피한다.
[0043] 도 4는 결합 모드(404) 및 분리 모드(402) 둘 다에서 도 3의 회로의 S-파라미터 시뮬레이션들의 중첩된 그래프들의 세트이다. 실제로 S-파라미터 플롯들은 회로의 일부를 통해 얼마나 많은 에너지가 흐르는지를 보여준다. 하나의 양자 객체(예컨대, 타깃 양자 객체(302))에 대한 시뮬레이션 출력은 실선 플롯들로 표시되고 다른 양자 객체(예컨대, 소스 양자 객체(304))에 대한 시뮬레이션 출력은 파선 플롯들로 그래프화된다. 화살표들(402)의 포지션들에 표시된 바와 같이, 시뮬레이션 결과들은 커플러가 오프 전환될 때(즉, 객체들이 분리될 때) 개별 객체들에서 에너지 시프트가 없음을 나타낸다. 결합이 오프된 상태에서, 플롯들은 화살표들(402)의 포지션들에서 그래프의 상단에 표시된 S-파라미터들의 매우 작은 하향 범프들만을 보여주어, 실질적으로 전력이 흐르지 않음을 나타낸다. 결합이 온인 상태에서 플롯들은 S-파라미터들의 매우 큰 감소들을 보여주어, 상당한 전력 흐름이 있음(즉, 두 양자 객체들이 결합됨)을 나타낸다. 큰 함몰부들은 양자 객체들이 결합 중에 정보를 교환하고 있음을 보여준다. 그래프 상단의 작은 함몰부들이 그래프의 주파수 축을 따라, 대응하는 큰 함몰부들과 동일한 포지션에 있기 때문에, 플롯들은 각각의 양자 객체의 동작 주파수가 결합의 온 상태와 오프 상태 사이에서 일정하게 유지되었음을 나타낸다.
[0044] 따라서 본 명세서에서 설명되는 부하 보상형 튜닝 가능 커플러는 초전도 크로스-바 스위치를 사용하여 2개의 양자 객체들을 서로 결합하는 것과 이들을 더미 부하들에 각각 결합하는 것 간에 스위칭할 수 있어, 크로스-바 스위치가 열리는지 아니면 닫히는지와 관계없이, 각각의 양자 객체가 항상 동일한 부하를 보임으로써, 서로 다른 양자 객체들의 동작 주파수들을 변경하는 것에 대한 문제를 완화시킨다.
[0045] 도 5의 흐름도는 2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법(500)을 예시한다. 제1 양자 객체와 제2 양자 객체가 결합된다(502). 이 결합은 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이 배열된 초전도 크로스-바 스위치를 통해 이루어질 수 있다. 2개의 양자 객체들을 분리(504)하는 동시에, 제1 양자 객체는 이것이 마치 제2 양자 객체인 것처럼 제1 양자 객체에 나타나도록 설계된 제1 시뮬레이션된 부하에 결합(506)될 수 있고, 제2 양자 객체는 이것이 마치 제1 양자 객체인 것처럼 제2 양자 객체에 나타나도록 설계된 제2 시뮬레이션된 부하에 결합(508)될 수 있다. 이런 식으로, 2개의 양자 객체들은 이들의 공진 주파수를 변경하지 않고 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다.
[0046] 시뮬레이션된 부하들은 예컨대, 이들의 인덕턴스 값들을 선택 또는 설정함으로써 그렇게 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 시뮬레이션된 부하는 제1 양자 객체가 제2 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 제1 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터일 수 있다. 마찬가지로, 제2 시뮬레이션된 부하는 제2 양자 객체가 제1 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 제2 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터일 수 있다.
[0047] 방법(500)의 양자 객체들 및 시뮬레이션된 부하들은 예를 들어, 도 2에 도시된 또는 도 3에서 구성된 것과 같은 크로스-바 스위치(200)와 같은 초전도 크로스-바 스위치를 사용하여 각각 결합 또는 분리될 수 있다. 예를 들어, 양자 객체들은 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 결합될 수 있고, 제1 양자 객체는 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 제1 시뮬레이션된 부하에 결합될 수 있고, 제2 양자 객체는 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 제2 시뮬레이션된 부하에 결합될 수 있다. 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들은 예를 들어, 조지프슨 접합부들일 수 있다. 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들은 제1 시뮬레이션된 부하 및 제2 시뮬레이션된 부하에 유도 결합된 자속 바이어스 제어 라인을 통해 전류의 양과 극성을 제어함으로써 양자 객체들과 각각의 시뮬레이션된 부하들 간의 선택적 결합을 가능하게 하도록 대향하는 인덕턴스 상태들 간에 스위칭될 수 있다. 이러한 제어는 예를 들어, 도 1에 도시된 스위치 제어기(108)와 같은 스위치 제어기를 사용하여 수행될 수 있다.
[0048] 예를 들어, 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 저 인덕턴스로 설정될 수 있고, 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 바 상태에서 고 인덕턴스로 설정되어 양자 객체들을 결합할 수 있으며, 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 고 인덕턴스로 설정될 수 있고, 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 크로스 상태에서 저 인덕턴스로 설정되어 각각의 양자 객체를 각자의 시뮬레이션된 부하에(즉, 도 5와 관련하여 설정된 명명법을 사용하여, 제1 양자 객체를 제1 시뮬레이션된 부하에 그리고 제2 양자 객체를 제2 시뮬레이션된 부하에) 결합할 수 있다.
[0049] 위에서 설명한 것은 본 발명의 예들이다. 물론, 본 발명을 설명하기 위해 컴포넌트들 또는 방법들의 모든 생각할 수 있는 조합을 설명할 수 있는 것이 아니라, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 많은 추가 조합들 및 치환이 가능하다고 인식할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구항들을 포함하여 본 출원의 범위 내에 있는 그러한 모든 변경들, 수정들 및 변형들을 포괄하는 것으로 의도된다. 추가로, 본 개시내용 또는 청구항들이 단수 표현들, "제1" 또는 "다른" 엘리먼트 또는 그 등가물을 언급하는 경우, 2개 이상의 그러한 엘리먼트들을 필요로 하든 배제하든, 하나 이상의 그러한 엘리먼트를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하다"라는 용어는 포함하지만 그에 제한되지는 않는 것을 의미하고, "포함하는"이라는 용어는 포함하지만 그에 제한되지 않는 것을 의미한다. "~에 기초하여"라는 용어는 ~에 적어도 부분적으로 기초하는 것을 의미한다.

Claims (20)

  1. 초전도 부하 보상형(load-compensated) 튜닝 가능 커플러 시스템으로서,
    초전도 크로스-바(cross-bar) 스위치의 제1 포트에 접속된 제1 양자 객체;
    상기 스위치의 제2 포트에 접속된 상기 제1 양자 객체의 부하 특성과 동일한 부하 특성을 갖는 제1 더미 부하(dummy load);
    상기 스위치의 제3 포트에 접속된 제2 양자 객체; 및
    상기 스위치의 제4 포트에 접속된 상기 제2 양자 객체의 부하 특성과 동일한 부하 특성을 갖는 제2 더미 부하를 포함하여,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체는 상기 스위치의 제1 결합 상태로 결합되고―상기 제1 결합 상태는 크로스 상태 또는 바 상태임―, 상기 제1 결합 상태와는 크로스 상태 또는 바 상태에 있어서 서로 다른 상태인 상기 스위치의 제2 결합 상태에서, 제1 양자 객체와 제2 양자 객체는 분리되어, 상기 제1 양자 객체는 상기 제2 더미 부하에 결합되고, 상기 제2 양자 객체는 상기 제1 더미 부하에 결합되는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 포트는 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제3 포트에 결합되고;
    상기 제1 포트는 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제4 포트에 결합되고;
    상기 제2 포트는 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제3 포트에 결합되고; 그리고
    상기 제2 포트는 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제4 포트에 결합되는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 결합 상태에서는 상기 제1 포트에서 상기 제3 포트 그리고 상기 제2 포트에서 상기 제4 포트, 그리고 상기 제2 결합 상태에서는 상기 제1 포트에서 상기 제4 포트 그리고 상기 제2 포트에서 상기 제3 포트 사이에서 신호들을 선택적으로 라우팅 하기 위해, 상대적으로 높은 인덕턴스 값 또는 상대적으로 낮은 인덕턴스 값 중 하나를 갖도록 상기 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트들의 각각의 인덕턴스 값을 조절하여, 상기 제1 결합 상태와 상기 제2 결합 상태 사이에서 상기 크로스-바 스위치를 제어하도록 구성된 스위치 제어기를 더 포함하는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는 상기 시스템을 상기 제1 결합 상태와 상기 제2 결합 상태 간에 교대하도록 상기 제1 더미 부하 및 상기 제2 더미 부하에 유도 결합된 자속 바이어스 제어 라인을 통해 전류의 양과 극성을 제어하는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 스위치 제어기는, 상기 제2 결합 상태에서는 상기 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 제1 인덕턴스로, 그리고 상기 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를, 상기 제1 인덕턴스 보다 상대적으로 높은, 제2 인덕턴스로 설정하며, 상기 제2 결합 상태에서는 상기 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 제3 인덕턴스로, 그리고 상기 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를, 상기 제3 인덕턴스에 보다 상대 적으로 낮은, 제4 인덕턴스로 설정하는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제1 조지프슨 접합이고, 상기 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제2 조지프슨 접합이고, 상기 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제3 조지프슨 접합이고, 또한 상기 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제4 조지프슨 접합인,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 더미 부하 및 상기 제2 더미 부하는 각각 인덕터인,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 더미 부하 및 상기 제2 더미 부하의 상기 각각의 부하 특성과 동일한, 상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체의 상기 부하 특성은 유도 부하 특성인,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    각각의 양자 객체의 동작 주파수는 상기 제1 결합 상태 및 상기 제2 결합 상태 간에 일정하게 유지되는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  10. 2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법으로서,
    제1 양자 객체와 제2 양자 객체를 결합하는 단계; 및
    두 양자 객체들을 분리하는 동시에,
    상기 제2 양자 객체의 부하 특성과 동일한 부하 특성을 가지는 제1 시뮬레이션된 부하에 상기 제1 양자 객체를 결합하는 단계; 및
    상기 제1 양자 객체의 부하 특성과 동일한 부하 특성을 가지는 제2 시뮬레이션된 부하에 상기 제2 양자 객체를 결합하는 단계를 포함하는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 시뮬레이션된 부하는 상기 제1 양자 객체가 상기 제2 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 상기 제1 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터이고,
    상기 제2 시뮬레이션된 부하는 상기 제2 양자 객체가 상기 제1 양자 객체에 결합되는 것으로부터 겪게 되는 것과 동일한 유도 부하를 상기 제2 양자 객체에 제시하도록 크기가 정해진 인덕터인,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 양자 객체들과 상기 시뮬레이션된 부하들은 각각 초전도 크로스-바 스위치를 사용하여 결합 또는 분리되는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 양자 객체들은 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 결합되고;
    상기 제1 양자 객체는 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제1 시뮬레이션된 부하에 결합되고; 그리고
    상기 제2 양자 객체는 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트를 통해 상기 제2 시뮬레이션된 부하에 결합되는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    각각의 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 상기 제1 시뮬레이션된 부하 및 상기 제2 시뮬레이션된 부하에 유도 결합된 자속 바이어스 제어 라인을 통해 흐르는 전류의 양과 극성을 제어함으로써 상기 양자 객체들과 각각의 시뮬레이션된 부하들 간의 선택적 결합을 가능하게 하도록 상대적으로 높은 인덕턴스 값 또는 상대적으로 낮은 인덕턴스 값을 갖도록 제어되는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    크로스 상태 또는 바 상태 중 하나인, 제1 결합 상태에서 상기 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제1 인덕턴스로 설정되고, 상기 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는, 상기 제1 인덕턴스에 비해 상대적으로 높은, 제2 인덕턴스로 설정되어 상기 양자 객체들을 결합하고, 제2 결합 상태에서 상기 제1 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제4 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는 제3 인덕턴스로 설정되고, 상기 제1 결합 상태와는 크로스 상태 또는 바 상태에 있어서 서로 다른 상태인, 상기 제2 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트 및 상기 제3 가변 인덕턴스 결합 엘리먼트는, 상기 제3 인덕턴스에 비하여 상대적으로 낮은, 제4 인덕턴스로 설정되어 각각의 양자 객체를 각자의 시뮬레이션된 부하에 결합하는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    각각의 양자 객체의 동작 주파수는 상기 제1 결합 상태 및 상기 제2 결합 상태 간에 일정하게 유지되는,
    2개의 양자 객체들을 결합하고 부하 보상 분리하는 방법.
  17. 초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템으로서,
    각각의 동작 주파수를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체;
    초전도 크로스-바 스위치로서 구성된 조지프슨 접합 브리지 ― 상기 브리지는,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체의 유도 부하 특성과 동일한 유도 부하 특성을 갖는 제2 밸러스트(ballast)의 제1 단부 사이에 접속된 제1 조지프슨 접합;
    상기 제2 밸러스트의 상기 제1 단부와 상기 제1 양자 객체의 유도 부하 특성과 동일한 유도 부하 특성을 갖는 제1 밸러스트의 제1 단부 사이에 접속된 제2 조지프슨 접합;
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 사이에 접속된 제3 조지프슨 접합; 및
    상기 제2 양자 객체와 상기 제1 밸러스트의 상기 제1 단부 사이에 접속된 제4 조지프슨 접합을 포함함 ―; 및
    하나 이상의 자속 바이어스 라인들을 포함하며,
    상기 하나 이상의 자속 바이어스 라인들은,
    제1 인덕턴스를 갖는 상기 제1 조지프슨 접합 및 상기 제4 조지프슨 접합과, 상기 제1 인덕턴스에 비해 상대적으로 낮은, 제2 인덕턴스를 갖는 상기 제2 조지프슨 접합 및 상기 제3 조지프슨 접합 ― 상기 제1 양자 객체와 제2 양자 객체는 서로 결합됨 ―, 그리고
    제3 인덕턴스를 갖는 상기 제1 조지프슨 접합 및 상기 제4 조지프슨 접합과, 상기 제3 인덕턴스에 비해 상대적으로 높은, 제4 인덕턴스를 갖는 상기 제2 조지프슨 접합 및 상기 제3 조지프슨 접합 ― 상기 제1 양자 객체는 상기 제2 밸러스트에 결합되고, 상기 제2 양자 객체는 상기 제1 밸러스트에 결합됨 ― 간에 조지프슨 접합들의 각각의 인덕턴스들을 스위칭하도록 배열되는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    각각의 양자 객체의 각각의 동작 주파수는, 상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체가 서로 결합되는 결합 상태와 상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체가 상기 제2 밸러스트 및 상기 제1 밸러스트에 각각 결합되는 분리 상태 간에 일정하게 유지되는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 조지프슨 접합들의 인덕턴스들을 조절하고 이로써 결합 상태와 분리 상태 간에 스위칭하도록 하나 이상의 자속 바이어스 라인들을 통해 흐르는 전류의 양과 극성을 제어하도록 구성된 스위치 제어기를 더 포함하는,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 각각은 큐비트 또는 공진기인,
    초전도 부하 보상형 튜닝 가능 커플러 시스템.
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