KR102434481B1 - 용량 구동식 튜닝 가능 결합 - Google Patents

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Abstract

용량 구동식 튜닝 가능 커플러는 양자 객체(104)의 개방 단부(즉, 객체의 기능을 손상시키지 않으면서 접지 노드와 같은 저전압 레일에 대한 DC 경로를 가질 수 없는 객체의 단부)를, 가변 인덕턴스 그리고 이에 따라 다른 양자 객체(106)에 대한 가변 결합을 제공할 수 있는 조지프슨 엘리먼트를 갖는 RF SQUID(108)에 접속하는 결합 커패시터(110)를 포함한다.

Description

용량 구동식 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 제15/868557호로부터의 우선권을 주장하며, 이 출원은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
[0003] 본 발명은 일반적으로 초전도 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양자 객체들의 용량 구동식(capacitively-driven) 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] 특정 초전도 상황들에서, 객체들 사이의 어떤 결합을 온 전환함으로써 객체들 간에 정보를 교환하도록, 또는 그 결합을 오프 전환함으로써 객체들을 절연하도록 커플러가 제공될 수 있다. 튜닝 가능 커플러는 하나 이상의 가변 제어 신호들의 제공에 의해 두 객체들 간의, 즉 순수한 "온"(결합) 상태와 순수한 "오프"(분리) 상태 간의 신호 결합 정도를 제어하는 커플러이다.
[0006] 본 명세서에서 설명되는 용량 구동식 튜닝 가능 커플러는 결합 커패시터를 활용하여 양자 객체의 개방 단부(즉, 객체의 기능을 손상시키지 않으면서 접지 노드와 같은 저전압 레일에 대한 DC 경로를 가질 수 없는 객체의 단부)를, 가변 인덕턴스 그리고 이에 따라 다른 양자 객체에 대한 가변 결합을 제공할 수 있는 조지프슨(Josephson) 엘리먼트를 갖는 RF SQUID에 접속한다. 위의 DC 경로는 DC 상태일 때 전도성인 전기적 통로를 의미한다. 즉, 직렬 커패시터를 포함하는 경로는 DC 경로가 아니며, 이는 DC 상태에서 충정된 캐퍼시터는 전도 경로를 파괴하는 개방회로이기 때문이다.
[0007] 하나의 예는 저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속될 것이 요구되는 접지 단부 및 저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속될 것이 요구되지 않는 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체를 튜닝 가능하게 결합 및 분리하는 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템을 제공한다. 커플러는 제1 양자 객체의 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 제1 결합 커패시터, 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 무선 주파수 초전도 양자 간섭 디바이스(RF SQUID: radio-frequency superconducting quantum interference device) ― RF SQUID는 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨 엘리먼트를 포함함 ―, 및 제1 양자 객체와 제2 양자 객체 사이의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 조지프슨 엘리먼트를 바이어싱하도록 구성된 적어도 하나의 자속 주입 엘리먼트를 포함한다. 주입된 자속은 객체들을 분리하고 이로써 객체들이 이들 간에 신호들을 교환하는 것을 막을 수 있다. 주입된 자속이 없으면, 객체들은 서로 결합되어 이들 간에 신호들을 전달한다.
[0008] 다른 예에서, 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템은 접지 단부와 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체를 튜닝 가능하게 결합 및 분리한다. 이 시스템은 제1 양자 객체의 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 결합 커패시터, 제1 접속 노드와 저전압 레일 사이에 접속된 제1 인덕터, 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨 엘리먼트, 및 제2 접속 노드와 저전압 레일 사이에 접속된 제2 인덕터를 포함한다. 제2 양자 객체의 접지 단부는 제2 접속 노드에 접속된다.
[0009] 또 추가 예에서, 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템은 접지 단부와 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체를 튜닝 가능하게 결합 및 분리한다. 이 시스템은 제1 양자 객체의 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 제1 결합 커패시터, 제1 접속 노드와 저전압 레일 사이에 접속된 제1 인덕터, 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨 엘리먼트, 제2 접속 노드와 저전압 레일 사이에 접속된 제2 인덕터, 및 제2 접속 노드와 제2 양자 객체의 개방 단부 사이에 접속된 제2 결합 커패시터를 포함한다.
[0010] 도 1은 예시적인 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러의 블록도이다.
[0011] 도 2a는 예시적인 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러의 개략적인 회로도이다.
[0012] 도 2b - 도 2i는 도 2a의 예시적인 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러에 대한 제어 자속 결합을 제공하는 다양한 배열들을 예시하는 개략도들이다.
[0013] 도 3은 예시적인 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러의 개략적인 회로도로, 커플러의 양단에 용량 결합을 갖는다.
[0014] 도 4는 한쪽에 자속 변압기를 통한 결합을 갖는 예시적인 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러의 개략적인 회로도이다.
[0015] 본 개시내용은 일반적으로 초전도 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2개의 양자 객체들(예컨대, 큐비트들 또는 공진기들) 간의 용량 구동식 튜닝 가능 커플러에 관한 것이다. 특정 상황들에서는 유도 결합되는 튜닝 가능 커플러들의 적용 가능성이 제한된다. 예컨대, 송신 라인 공진기는 전류 흐름이 실질적으로 0이지만 전압 발진들은 그 최대가 되는 영역들을 갖는다. 유도 결합되는 튜닝 가능 커플러들은 이러한 지점들에서 결합될 수 없는데, 이는 유도 결합들은 전류 흐름이 있는 경우에만 작동하기 때문이다. 따라서 예를 들어, 일 단부는 저전압 레일(예컨대, 접지)로 단락되고 다른 단부는 개방되어 있는 반파 공진기의 경우, 개방 단부에서는 전류가 흐르지 않으므로, 접지로 단락된 단부에 대해 유도 결합이 이루어질 수 있고, 결합될 곳에 전류가 있는 경우에는, 반파 공진기의 개방 단부에 대해 유도 결합이 이루어질 수 없다.
[0016] 본 명세서에서 설명되는 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러는 유도 결합들이 이용 가능하지 않은 경우에 작동하는 튜닝 가능 결합 엘리먼트를 제공하는 무선 주파수 초전도 양자 간섭 디바이스(RF SQUID) 및 결합 커패시터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러는 전류 신호에 의해 유도적으로보다는 전압 신호에 의해 용량적으로 구동될 수 있는 튜닝 가능한 결합 엘리먼트를 제공한다. 초전도 커플러는 극저온들에서 작동하고, 전력을 거의 소산시키지 않을 수 있으며, 단일 자속 양자(SFQ) 호환 신호들로 제어될 수 있다.
[0017] 도 1의 블록도로 도시된 바와 같이, 용량 구동식 튜닝 가능 커플러(102)는 포트들을 통해 커플러(102)에 접속된 제1 양자 객체(104)와 제2 양자 객체(106)를 결합한다. 이러한 포트들은 간략한 논의를 위해 도 1에서는 명목상 "IN" 및 "OUT"으로 표기되었지만, 결합된 객체들 간의 신호들의 송신 또는 정보의 교환은 양방향일 수 있다. 양자 객체들(104, 106)은 큐비트들 또는 공진기들일 수 있다. 고려되는 타입의 공진기를 만들기 위한 한 가지 방법은 적절한 선택의 길이 및 임피던스를 갖는 완전 수동 송신 라인(즉, 능동인 조지프슨 송신 라인(JTL: Josephson transmission line)이 아님)의 이용이다. 커플러(102)는 RF SQUID(108)와, 접속 노드(112)에서 RF SQUID(108)의 하나의 단자에 접속된 결합 커패시터(110)로 구성된다. (도 1에 도시되지 않은) RF SQUID의 조지프슨 엘리먼트는 예를 들어, 단일 조지프슨 접합으로서 또는 예컨대, 2개의 조지프슨 접합들을 병렬로 포함하는 복합 조지프슨 접합으로서 구현될 수 있다.
[0018] 하나 이상의 자속 주입 엘리먼트들(114)이 커플러(102), 그리고 구체적으로는 커플러(102)의 RF SQUID(108)에 제공되어 RF SQUID(108)를 바이어싱하고 이로써 RF SQUID(108) 내의 조지프슨 엘리먼트의 인덕턴스를 한편으로는, 객체들(104, 106)을 서로 결합시키고 결합된 객체들(104, 106) 간에 신호들을 전달하기 위한 저 인덕턴스 상태와, 다른 한편으로는, 객체들을 서로 분리하고 그에 따라 신호들이 분리된 객체들 간에 전달되는 것을 막기 위한 고 인덕턴스 상태 간에 스위칭되도록 변경할 수 있다.
[0019] 커플러 제어기(116)는 대향 인덕턴스 상태들 간에 RF SQUID(108) 내의 조지프슨 엘리먼트를 조정함으로써 "오프"(분리) 상태와 다양한 정도들의 "온"(결합) 상태 간에 커플러(102)의 설정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 커플러 제어기(116)는 적어도 하나의 자속 주입 엘리먼트(114)를 통해, 예컨대 RF SQUID(108)에 유도 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 제어 라인을 통해 제어 전류의 양과 극성을 제어할 수 있다.
[0020] 도 2a는 도 1의 커플러(102)에 대응할 수 있는 예시적인 용량 구동식 튜닝 가능 커플러(200)의 회로 개략도를 제공한다. 커플러(200)는 도 1의 객체들(104, 106)에 대응하는 제1 양자 객체(202)와 제2 양자 객체(204)를 결합할 수 있다. 커플러(200)의 제1 인덕터(L1), 조지프슨 접합(J1) 및 제2 인덕터(L2)는 도 1의 RF SQUID(108)에 대응할 수 있는 RF SQUID를 형성한다. 이 RF SQUID는 도 1의 커패시터(110)에 대응할 수 있는 결합 커패시터(C1)를 통해 제1 객체(202) 상의 전압에 의해 구동되는 유도 전류 분배기를 형성한다. 결합 커패시터(C1)가 RF SQUID에 접속되는 노드(V1)는 도 1의 접속 노드(112)에 대응할 수 있다. 단순하게 하기 위해, 도 2a에서 자속 주입 엘리먼트들은 생략된다. 그러나 자속은 다양한 방식들로 주입될 수 있으며, 그 중 몇 가지가 본 명세서에서 설명되고 도 2b - 도 2i에 예시된다. 제1 객체(202)와 제2 객체(204)는 제어 전류를 통해 인가된 자속과 결합될 수 없는 반면, 자속은 하나 이상의 제어 전류들을 통해 인가되어 객체들(202, 204)을 분리할 수 있다. 다음의 논의에서, RQ SQUID의 조지프슨 엘리먼트(즉, 도 2a의 예에서 J1)의 가변 인덕턴스는 LJ로 지칭될 것이다.
[0021] 본 명세서에서 설명되는 모든 예들에서, 제1 객체(202)와 제2 객체(204)는 각각 2개의 서로 다른 단부들을 갖는 타입일 수 있는데, 한 단부는 저전압 레일에 대한 DC 경로(예컨대, 접지)를 가져야 하고, 한 단부는 저전압 레일에 대한 DC 경로를 갖지 않아야 한다. 이들은 각각 접지 단부 및 개방 단부로 지칭될 것이다. 도 2a - 도 2i의 예들은 제1 객체(202)의 개방 단부(즉, 저전압 레일에 대한 DC 경로를 갖지 않아야 하는 객체(202)의 단부)를 제2 객체(204)의 접지 단부(즉, 저전압 레일에 대한 DC 경로를 가져야 하는 제2 객체(204)의 단부)에 결합할 수 있다. 객체들(202, 204)의 접지 단부들(즉, 둘 다 저전압 레일에 대한 DC 경로를 필요로 하는 두 객체들의 단부들)을 서로 결합하는 것은 단지 유도 결합만을 하는 튜닝 가능 커플러를 사용할 수 있는 반면, 이러한 커플러는 어느 객체든, 개방 단부(즉, 저전압 레일에 대한 DC 경로를 갖지 않아야 하는 단부)를 결합하는 데 사용될 수 없다. 제1 객체(202)의 개방 단부가 결합되는 단부인 경우에, 결합 커패시터(C1)를 단락 회로로 교체하는 것은 제1 객체(202)의 기능을 손상시키게 되는데, 이는 제1 객체(202)의 개방 단부가 그 단부에 접지에 대한 DC 경로를 갖지 않을 것을 요구하기 때문이다.
[0022] 본 개시내용의 결합들 및 시스템들은, 제1 객체(202)와 노드(V1) 사이에 적절한 크기의 결합 커패시터(C1)를 배치함으로써 두 객체들 간의 적정한 튜닝 가능 결합을 야기하기에 충분한 접지-L1-LJ-L2-접지 루프의 전류가 달성될 수 있다는 발견을 이용한다. 결합 커패시터(C1)와 커플러(200)의 나머지에 의해 형성된 직렬 회로의 LC 시상수가 구동 주파수에 비해 작은 경우, 노드(V1)에서의 전위는 제1 객체(202) 상의 전위를 따른다. 이로써 전류가 L2와 LJ의 합과 L1에 의해 형성된 유도 분배기를 통하게 된다. L2를 통하는 분기 전류는 L1/(L2　+　LJ)와 같고, 제2 객체(204)가 다음에 갈바니 결합에 의해(galvanically) 또는 자속 변압기를 통해 이 전류와 결합될 수 있다.
[0023] 도 2a에서 단일 조지프슨 접합(J1)으로 표현된 조지프슨 엘리먼트의 인덕턴스(LJ)는 RF SQUID를 바이어싱하는 제어 전류에 의존한다. 예를 들어, RF SQUID 루프에 자속 바이어스를 인가함으로써 LJ가 변경되어, L2를 통하는 튜닝 가능 전류 및 이에 따라 두 객체들(202, 204) 간의 튜닝 가능 결합을 야기할 수 있다. 따라서 가변 값의 LJ는 L2의 전류 그리고 이에 따라 제1 객체(202)와 제2 객체(204) 간의 결합을 설정한다. 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)의 값들은 1/√(L1/C1)≪ω가 되도록 선택되어야 하며, 여기서 ω는 결합된 객체들(202, 204)의 가장 높은 특성 주파수를 나타낸다. L1 및 C1에 대한 정확한 값들은 요구되는 결합 강도에 의존한다. 애질런트(Agilent) 고급 설계 시뮬레이션(ADS: Advanced Design Simulation) 툴에서 수행된 시뮬레이션들은 커패시턴스 및 인덕턴스 값들의 실제 선택들을 위해, 커플러(200)가 모델 시스템의 경우 100 메가헤르츠 정도의 적정하게 강력한 결합들을 달성할 수 있음을 나타낸다.
[0024] 따라서 본 명세서에서 설명되는 커플러는 단지 유도 결합만을 하는 튜닝 가능 커플러들로는 가능하지 않은 결합들을 가능하게 하도록, 송신 라인 공진기를 따라 임의의 지점에 튜닝 가능 결합들을 구현할 유연성을 제공한다. 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템(100)은 다양한 초전도 회로 시스템들 중 임의의 시스템에서 양자 객체들(예컨대, 큐비트들, 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. 용량 구동식 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.
[0025] 앞서 논의한 바와 같이, 커플러(200)의 RF SQUID 내의 앞서 언급한 조지프슨 엘리먼트들은 조지프슨 접합들 또는 복합 조지프슨 접합들일 수 있다. 조지프슨 엘리먼트들의 인덕턴스는 양자 객체들을 서로 결합하고 결합된 객체들 사이에서 신호들을 전달하기 위한 저 인덕턴스 상태와, 객체들을 서로 분리하여 신호들이 분리된 객체들 간에 전달되는 것을 막기 위한 고 인덕턴스 상태 간에 스위칭될 수 있다. 조지프슨 엘리먼트들은 자신의 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 객체들 사이에서 입력 신호의 원하는 대역폭 부분의 통과를 가능하게 하도록, 객체들 사이의 결합을 제공할 수 있다. 제2 인덕턴스(예컨대, 비교적 큰 인덕턴스 값)는 객체들 사이에서 입력 신호의 원하는 대역폭 부분의 통과가 차단되도록 객체들 사이의 분리를 제공할 수 있다.
[0026] 도 2b - 도 2h는 자속 주입을 제공하기 위한 다양한 배열들을 갖는 커플러들의 개략도들을 예시한다. 그 외에 변형 커플러들은 실질적으로 앞서 설명한 바와 같이 기능한다. 도 2b의 예시적인 커플러(206)는 인덕터들(L1, L2)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(208)을 제공한다. 도 2b의 예시적인 커플러(206)는 인덕터들(L1, L2)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(208)을 제공한다. 도 2c의 예시적인 커플러(210)는 단지 인덕터(L1)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(212)을 제공한다. 도 2d의 예시적인 커플러(214)는 단지 인덕터(L2)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(216)을 제공한다. 도 2e의 예시적인 커플러(218)는 단지 인덕터(L1)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 제1 자속 바이어스 라인(220) 및 단지 인덕터(L2)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 제2 자속 바이어스 라인(222)을 제공한다. 두 자속 바이어스 라인들(220, 222) 모두 도 1의 제어기(116)와 같은 단일 제어기에 의해 제어될 수 있다.
[0027] 도 2f - 도 2i의 예시적인 커플러들(224, 230, 234, 238)은 모두 RF SQUID의 조지프슨 엘리먼트를, 병렬로 배열된 2개의 조지프슨 접합들(J1, J2)로 이루어진 복합 조지프슨 접합(226)으로서 제공한다. 복합 조지프슨 접합(226)의 더 작은 루프는 또한 더 작은 루프에 자속이 주입될 수 있게 하는 하나 이상의 인덕터들을 포함할 수 있다. 도 2f - 도 2i에 예시된 바와 같이, 복합 조지프슨 접합(226)에서는 2개의 이러한 인덕터들(LA, LB)이 제공된다. 이러한 인덕터들(LA, LB)은 L1 또는 L2의 인덕턴스 값들과 비교하여 비교적 작은 인덕턴스 값들을 갖는다. 도 2f의 예시적인 커플러(224)는 단지 인덕터(LA)로의 변압기 결합에 의해 복합 조지프슨 접합(226)으로의 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(228)을 제공한다. 도 2g의 예시적인 커플러(230)는 단지 인덕터(LB)로의 변압기 결합에 의해 복합 조지프슨 접합(226)으로의 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(232)을 제공한다. 도 2h의 예시적인 커플러(234)는 두 인덕터들(LA, LB) 모두로의 변압기 결합에 의해 복합 조지프슨 접합(226)으로의 자속 주입을 제공할 수 있는 단일 자속 바이어스 라인(236)을 제공한다. 도 2i의 예시적인 커플러(238)는 단지 인덕터(LA)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 제1 자속 바이어스 라인(240) 및 단지 인덕터(LB)로의 변압기 결합에 의해 자속 주입을 제공할 수 있는 제2 자속 바이어스 라인(242)을 제공한다. 두 자속 바이어스 라인들(240, 242) 모두 도 1의 제어기(116)와 같은 단일 제어기에 의해 제어될 수 있다.
[0028] 도 2a - 도 2i는 제2 양자 객체(204)의 접지 단부에 제1 양자 객체(202)의 개방 단부를 결합하는 데 사용될 수 있는 용량 구동식 튜닝 가능 커플러들을 예시하는 반면, 도 3에 예시된 커플러(300)는 두 객체들(302, 304) 모두의 개방 단부들에 의해 객체들을 결합하는 데 사용될 수 있다. 커플러(300)는 앞서 설명한 커플러들과 동등하게 거동하지만, 노드(V2)에서 RF SQUID의 다른 단부에 접속된 추가 결합 커패시터(C2)를 더 포함한다. 예를 들어, 자속 바이어스 라인은 도 2b - 도 2i 중 임의의 도면에 도시된 것과 동일한 방식으로 커플러(300)의 자속 주입 엘리먼트들로서 제공될 수 있다.
[0029] 도 2a - 도 2i는 제2 양자 객체(204)가 L2와 LJ의 합과 L1에 의해 형성된 유도 분배기를 통하게 된 전류에 갈바니 전기 결합되는 용량 구동식 튜닝 가능 커플러들을 예시하지만, 도 4는 갈바니 전기 접속보다는 자속 변압기(408)를 통해 제2 양자 객체(404)가 이 전류에 결합되고, 이에 따라 제1 양자 객체(402)에 결합되는 다른 예시적인 용량 구동식 튜닝 가능 커플러를 예시한다. 도 2c의 회로(210)의 예에서 배열된 것처럼 결합 제어 자속 라인(406)이 도시되지만, 도 4에 도시된 회로(400)는 또한, 도 2f의 제어 결합 배열(224), 도 2g의 제어 결합 배열(230), 도 2h의 제어 결합 배열(234) 또는 도 2i의 제어 결합 배열(238)을 사용하도록 수정될 수 있다.
[0030] 본 명세서에서 설명된 용량 구동식 튜닝 가능 커플러는, 확장된 객체의 단지 접지 단부 이상에서 해당 객체에 결합하도록 확장된 객체를 갖는 시스템들의 유연성을 제공한다. 설명된 커플러는 객체를 따라 어디에서나 결합할 유연성을 허용한다.
[0031] 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 용량 구동식(capacitively-driven) 튜닝 가능 커플러 시스템으로서,
    저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속될 것이 요구되는 접지 단부 및 상기 저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속되지 않을 것이 요구되는 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체 ― 상기 DC 경로는 DC 상태일 때 전도성인 전기 통로임 ―; 및
    커플러를 포함하고, 상기 커플러는,
    상기 제1 양자 객체의 상기 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 제1 결합 커패시터;
    상기 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 무선 주파수 초전도 양자 간섭 디바이스(RF SQUID: radio-frequency superconducting quantum interference device)를 포함하며, 상기 RF SQUID는 상기 제1 접속 노드와 상기 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨(Josephson) 엘리먼트; 및
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 사이의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 상기 조지프슨 엘리먼트를 바이어싱하도록 구성된 적어도 하나의 자속 주입 엘리먼트를 포함하며,
    상기 객체들은 주입된 자속이 없는 경우에 상기 객체들 간에 신호들을 전달하도록 함께 결합되는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 양자 객체의 접지 단부는 자속 변압기를 통해 상기 제2 접속 노드에 결합되는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 주입된 자속의 양을 조절하고 이로써 상기 조지프슨 엘리먼트의 인덕턴스를 변화시킴으로써 결합 상태와 분리 상태 간의 커플러의 설정을 제어하도록 구성된 커플러 제어기를 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 커플러 제어기는 상기 RF SQUID에 유도 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 제어 라인을 통해 흐르는 전류의 양과 극성을 제어하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 RF SQUID는 상기 제1 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제1 인덕터 및 상기 제2 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제2 인덕터를 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 정확히 하나의 조지프슨 접합으로 구성된는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자속 주입 엘리먼트는 상기 제1 인덕터 및 상기 제2 인덕터 중 적어도 하나에 변압기 결합되는 자속 바이어스 라인인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 병렬로 배열된 2개의 조지프슨 접합들을 포함하는 복합 조지프슨 접합을 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자속 주입 엘리먼트는 상기 복합 조지프슨 접합의 인덕턴스에 변압기 결합되는 자속 바이어스 라인인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 커플러는 상기 제2 접속 노드와 상기 제2 양자 객체의 상기 개방 단부 사이에 접속된 제2 결합 커패시터를 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  11. 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템으로서,
    저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속될 것이 요구되는 접지 단부 및 상기 저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속되지 않을 것이 요구되는 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체 ―상기 DC 경로는 DC 상태일 때 전도성인 전기 통로이며, 상기 제2 양자 객체의 상기 접지 단부는 제2 접속 노드에 접속됨 ―;
    상기 제1 양자 객체의 상기 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 결합 커패시터;
    상기 제1 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제1 인덕터;
    상기 제1 접속 노드와 상기 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨 엘리먼트; 및
    상기 제2 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제2 인덕터를 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 단일 조지프슨 접합인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 간의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 상기 조지프슨 엘리먼트를 바이어싱하도록 상기 제1 인덕터와 상기 제2 인덕터 중 적어도 하나에 변압기 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 라인을 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 병렬로 배열된 2개의 조지프슨 접합들을 포함하는 복합 조지프슨 접합인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 간의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 상기 복합 조지프슨 접합을 바이어싱하도록 상기 복합 조지프슨 접합에 변압기 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 라인을 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  16. 초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템으로서,
    저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속될 것이 요구되는 접지 단부 및 상기 저전압 레일에 대한 DC 경로에 접속되지 않을 것이 요구되는 개방 단부를 각각 갖는 제1 양자 객체와 제2 양자 객체 ― 상기 DC 경로는 DC 상태일 때 전도성인 전기 통로임 ―;
    상기 제1 양자 객체의 상기 개방 단부와 제1 접속 노드 사이에 접속된 제1 결합 커패시터;
    상기 제1 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제1 인덕터;
    상기 제1 접속 노드와 제2 접속 노드 사이에 접속된 조지프슨 엘리먼트;
    상기 제2 접속 노드와 상기 저전압 레일 사이에 접속된 제2 인덕터; 및
    상기 제2 접속 노드와 상기 제2 양자 객체의 상기 개방 단부 사이에 접속된 제2 결합 커패시터를 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 단일 조지프슨 접합인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 간의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 상기 조지프슨 엘리먼트를 바이어싱하도록 상기 제1 인덕터와 상기 제2 인덕터 중 적어도 하나에 변압기 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 라인을 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 조지프슨 엘리먼트는 병렬로 배열된 2개의 조지프슨 접합들을 포함하는 복합 조지프슨 접합인,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 양자 객체와 상기 제2 양자 객체 간의 결합 강도를 가변적으로 약화시키기 위해 상기 복합 조지프슨 접합을 바이어싱하도록 상기 복합 조지프슨 접합에 변압기 결합된 적어도 하나의 자속 바이어스 라인을 더 포함하는,
    초전도 용량 구동식 튜닝 가능 커플러 시스템.
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