KR102663819B1 - 조정가능 커플링을 통한 큐비트 어셈블리의 상태의 제어 - Google Patents

조정가능 커플링을 통한 큐비트 어셈블리의 상태의 제어 Download PDF

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Abstract

큐비트의 상태를 제어하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 큐비트 장치는, 부하, 큐비트, 및 큐비트를 부하에 커플링시키는 복합 조셉슨 접합 커플러를 포함한다. 커플링 제어기는, 큐비트와 부하 사이의 커플링이, 큐비트의 리셋을 원할 경우에는 제1 값이고 큐비트의 동작 동안에는 제2 값이도록 복합 조셉슨 접합 커플러의 커플링 강도를 제어한다.

Description

조정가능 커플링을 통한 큐비트 어셈블리의 상태의 제어
본 출원은, 2018년 2월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/886602호로부터의 우선권을 주장하며, 그 출원은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 정부의 지원으로 이루어졌다. 정부는 이러한 발명에서 특정한 권리들을 갖는다.
본 발명은 일반적으로 양자 컴퓨팅 시스템들에 관한 것으로, 더 상세하게는 큐비트 어셈블리의 상태를 관리하는 것에 관한 것이다.
고전적인 컴퓨터는 고전 물리학 법칙들에 따라 상태를 변화시키는 정보의 바이너리 비트들을 프로세싱함으로써 동작된다. 이들 정보 비트들은 AND 및 OR 게이트들과 같은 간단한 로직 게이트들을 사용함으로써 수정될 수 있다. 바이너리 비트들은 로직 게이트의 출력에서 발생하는 높은 또는 낮은 에너지 레벨에 의해 물리적으로 생성되어, 논리 1(예를 들어, 높은 전압) 또는 논리 0(예를 들어, 낮은 전압) 중 어느 하나를 표현한다. 2개의 정수들을 곱하는 것과 같은 고전적인 알고리즘은 이들 간단한 로직 게이트들의 긴 스트링으로 분해될 수 있다. 고전적인 컴퓨터와 같이, 양자 컴퓨터는 또한 비트들 및 게이트들을 갖는다. 논리 1들 및 0들을 사용하는 것 대신, 양자 비트("큐비트")는 둘 모두의 가능성들을 동시에 점유하기 위해 양자 역학을 사용한다. 이러한 기능은, 양자 컴퓨터가 고전적인 컴퓨터의 효율보다 기하급수적으로 큰 효율로 큰 클래스의 문제점들을 해결할 수 있다는 것을 의미한다.
일 예에 따르면, 큐비트 장치가 제공된다. 큐비트 장치는, 부하, 큐비트, 및 큐비트를 부하에 커플링시키는 복합 조셉슨 접합 커플러(compound Josephson junction coupler)를 포함한다. 커플링 제어기는, 큐비트와 부하 사이의 커플링이, 큐비트의 리셋을 원할 경우에는 제1 값이고 큐비트의 동작 동안에는 제2 값이도록 복합 조셉슨 접합 커플러의 커플링 강도를 제어한다.
다른 예에 따르면, 큐비트를 동작시키기 위한 방법이 제공된다. 제어 플럭스의 제1 값은, 큐비트가 소산 엘리먼트로부터 실질적으로 격리되도록 큐비트와 소산 엘리먼트를 링크시키는 가변 커플러(tunable coupler)에 제공된다. 양자 동작이 큐비트에서 수행된다. 제어 플럭스의 제2 값은, 큐비트가 소산 엘리먼트에 커플링되도록 가변 커플러에 제공된다. 큐비트가 소산 엘리먼트에 커플링되면서 바닥 상태로 완화되는 동안 리셋 시간이 경과되도록 허용된다.
추가적인 예에 따르면, 큐비트 장치가 제공된다. 큐비트 장치는, 비-소실 실수 부분(non-vanishing real part)을 가진 임피던스를 갖는 회로 엘리먼트를 포함하는 부하, 큐비트, 큐비트를 부하에 커플링시키는 복합 조셉슨 접합 커플러를 포함한다. 커플링 제어기는, 큐비트와 부하 사이의 커플링이, 큐비트의 리셋을 원할 경우에는 제1 값이어서 큐비트와 부하 사이의 강한 커플링을 제공하고, 큐비트의 동작 동안에는 제2 값 － 제2 값은 부하로부터의 큐비트의 실질적인 격리를 표현함 － 이도록 복합 조셉슨 접합 커플러의 커플링 강도를 제어한다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 큐비트 어셈블리의 기능적 블록 다이어그램을 예시한다.
도 2는 큐비트의 상태를 판독하기 위한 회로의 일 예의 개략도를 예시한다.
도 3은, 자속 양자의 단위들로 수평 축 상에서 표현되는 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트와 저항성 부하 사이의 상호 인덕턴스(수직 축 상에서 피코헨리로 표현됨)의 변동을 예시한 라인 차트이다.
도 4는, 자속 양자의 단위들로 수평 축 상에서 표현되는 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트의 투영된 완화 시간(수직 축 상에서 나노초로 로그적으로 표현됨)을 예시한 라인 차트이다.
도 5는, 자속 양자의 단위들로 수평 축(504) 상에서 표현되는 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트의 측정된 수명(T1)(수직 축 상에서 마이크로초로 로그적으로 표현됨)을 예시한 라인 차트이다.
도 6은 여기 펄스 이후의 큐비트에 대한 여기 상태의 집단의 전개를 비교하는 라인 차트이다.
도 7은 큐비트를 동작시키기 위한 방법의 일 예를 예시한다.
고체 상태 양자 비트들("큐비트들")은 반도체 양자점들, SQUID들, 또는 다른 초전도 디바이스들과 같은 오브젝트들에서 거시적 자유도의 양자화된 여기들로 정보를 인코딩한다. 임의의 양자 컴퓨터에서, 높은 충실도로 양자 비트들을 알려진 상태로 초기화시키는 것이 바람직하다. 일부 아키텍처들에서, 물리적 큐비트들은 계산 전반에 걸쳐 재활용될 수 있어서, 애플리케이션은 리셋 동작의 속도에 민감하다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 고체 상태 큐비트는 높은 충실도, 즉 큐비트의 "리셋"으로 본 명세서에서 지칭되는 프로세스로, 알려진 상태로 시스템을 초기화시키기 위한 능력을 갖는다. 일 구현에서, 큐비트는 바닥 상태로 초기화된다. 관련 프로세스는 큐비트로부터 원치않는 열 여기들을 제거하는 것이다. 큐비트를 "냉각"시키는 것으로 본 명세서에서 지칭되는 이러한 프로세스에서, 큐비트의 여기 상태 집단은 열 레벨들 아래로 감소된다.
본 개시내용은 일반적으로 초전도 회로들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 가변 커플러를 통해 소산 환경으로 큐비트를 냉각시키는 것을 수반하여, 큐비트의 선택적인 리셋 또는 냉각을 허용하는 빠른 리셋 또는 냉각 방식에 관한 것이다. 바닥 상태에서 큐비트를 초기화시키기 위한 효율적인 방법에 의해 촉진되는 알고리즘에서 큐비트를 재사용하는 것이 종종 바람직하다. 긴 큐비트 수명들이 또한 바람직하므로, 큐비트가 자연적으로 감쇠되게 허용하도록 큐비트의 수명이 끝나기를 기다리는 것은 어렵다. 따라서, 큐비트를 신속하게 초기화시킬 수 있지만 동작 동안 큐비트 수명에 악영향을 주지 않을 큐비트 리셋을 위한 방법이 제공된다. 외부 바이어스는 큐비트와 환경 사이의 커플링을 조정하며, 바이어스는 큐비트가 환경으로부터 격리되도록 하는 포인트에서 유휴상태에 있어서, 큐비트 수명을 보존한다. 외부 바이어스 상의 빠른 DC 펄스들은, 큐비트를 리셋하는 것이 바람직할 경우 커플러를 활성화시키는 데 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 큐비트 어셈블리(100)의 기능적 블록 다이어그램을 예시한다. 큐비트 어셈블리(100)는 가변 커플러(106)를 통해 소산 엘리먼트(104)에 커플링된 큐비트(102)를 포함한다. 큐비트(102)는, 제어 메커니즘(도시되지 않음)에 응답하여 조정가능한 복수의 에너지 상태들을 갖는 임의의 물리적 어셈블리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 큐비트 셀은, 커패시터의 전기장, 인덕터의 자기장, 및 하나 이상의 초전도 조셉슨 접합부들의 일부 조합 사이에 에너지를 전달할 수 있는 오실레이터로서 구현될 수 있어서, 큐비트 셀은 전하 큐비트, 플럭스 큐비트, 및 위상 큐비트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 큐비트 셀의 예시적인 구현들은 조셉슨 접합부, 양자점, SQUID(초전도 양자 간섭 디바이스), 쿠퍼 쌍 박스(Cooper pair box), 및 이온 트랩 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 용어 "커플링된"은 전기 전도체에 의한 기계식 커플링과 같은 물리적 커플링의 수단 뿐만 아니라 용량성, 유도성, 자기, 핵, 및 광학 커플링을 포함하는 임의의 다른 적절한 커플링 수단, 또는 전술한 것의 임의의 조합을 포함하도록 의도된다는 것이 추가로 인식될 것이다.
가변 커플러(106)는 소산 엘리먼트(104)로부터 큐비트(102)를 선택적으로 격리시키기 위한 임의의 적절한 구조를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 가변 커플러는, 2개의 엘리먼트들(102 및 104) 사이에서 조정가능 상호 인덕턴스로서 작용하는 작은 인라인(inline) DC-SQUID를 갖는 RF-SQUID(복합 조셉슨 접합부(CJJ)로 알려져 있음)이다. 커플러의 자화율은 RF-SQUID의 메인 인덕터 또는 CJJ 중 어느 하나에 플럭스를 인가함으로써 조정될 수 있다. 이러한 커플러(106)를 사용하여, 조정가능 상호 인덕턴스가 원 위치에서 변경될 수 있다. 가변 커플러(106)는 복합 조셉슨 접합부의 커플링 강도를 제어하는 커플링 제어기(108)를 통해 제어될 수 있다. 예를 들어, 커플링 제어기(108)는, 큐비트(102)와 소산 엘리먼트(104) 사이의 강한 커플링, 예를 들어 20 내지 450 피코헨리의 상호 인덕턴스를 표현하는 제1 값과 소산 엘리먼트로부터의 큐비트의 실질적인 격리, 이를테면 제로 부근의 상호 인덕턴스를 표현하는 제2 값 사이에서 가변 커플러(106)에서의 상호 커플링을 조정할 수 있다. 커플링 제어기(108)는 단일 플럭스 양자(SFQ) 로직(예를 들어, 상호 양자 로직(RQL) 로직), 및/또는 종래의 로직을 이용할 수 있다. 일 구현에서, 커플러를 턴 온시키고 큐비트를 리셋하기 위해 하나 이상의 고속 DC 펄스들이 커플러 제어 라인(도시되지 않음)을 통해 인가될 수 있다. 큐비트 동작 동안, 커플러는 DC 바이어스되고, 거의 제로의 커플링을 제공하는 상태로 유지될 것이다. 이것은 큐비트 수명에 대한 바람직하지 않은 악영향을 주지 않으면서, 큐비트(102)의 바닥 상태로의 신속한 제어가능 리셋을 허용한다.
일 구현에서, 소산 엘리먼트(104)는, 큐비트와 소산 엘리먼트 사이의 상호 커플링이 강할 경우 큐비트(102)에 저장된 에너지를 수신하는 회로 엘리먼트(본 명세서에서 부하로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 본질적으로, 큐비트 제어부(108)는, 자신의 연관된 양자 상태를 가변 커플러(106)를 통해 방출하여 이를 회로 엘리먼트에 제공하도록 큐비트(102)를 조정할 수 있다. 그러한 경우, 소산 엘리먼트(104)는, 단일 광자 입력을 제공하는 것이 바람직한 비-소실 실수 임피던스를 갖는 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 엘리먼트는 증폭기, 검출기, 섬유 커플러, 광-변조기(opto-modulator), 빔 분할기(beam splitter), 또는 유사한 컴포넌트일 수 있다. 큐비트 어셈블리(100)가 공진기들, 다른 큐비트들, 또는 예시된 큐비트 어셈블리의 빠른 냉각 및 리셋 구성을 갖는 다른 큐비트 어셈블리들에 사용될 수 있다는 것이 추가로 인식될 것이다.
도 2는 큐비트의 상태를 판독하기 위한 회로(200)의 일 예의 개략도를 예시한다. 회로(200)는 트랜스몬(transmon) 큐비트(210), 판독 공진기(214), 공급라인(216), 송신 라인(218), 저항성 부하(219), 및 라디오 주파수(RF) 초전도 SQUID를 형성하도록 조정가능 복합 조셉슨 접합부(CJJ)(222)에 의해 인터럽트(interrupt)된 초전도 루프를 포함하는 CJJ 커플러(220)를 포함한다. 조정가능 복합 조셉슨 접합(CJJ) 커플러(220)는, 큐비트(210)에 상호 인덕턴스()를 갈바니(galvanic) 연결을 통해 제공하는 초전도 루프 내의 제1 인덕터(224), 및 저항성 부하(219)로 이어지는 송신 라인(218)에 상호 인덕턴스()를 갈바니 연결을 통해 제공하는 제2 인덕터(226)를 포함한다. 예시된 구현에서, CJJ(222)는 2개의 동일한 조셉슨 접합부들(228 및 229)을 포함한다.
플럭스()는 전류를 제어 라인(232)에 인가함으로써 CJJ(222)에 인가될 수 있으며, 제어 라인 상의 바이어스 티(bias tee)(234)는 DC 및 펄스 신호들 둘 모두가 커플러에 인가되게 허용하도록 이용가능하다. CJJ(222) 내의 접합부들(228 및 229)이 동일할 경우, 제어 라인(232)에 제공된 전류가 초전도 루프에서 전류를 생성하지 않으므로, 큐비트(210)는 이러한 라인에 의해 야기되는 소산으로부터 보호된다. 커플러는 유효 상호 인덕턴스()를 표현하며, 여기서 ()는 커플러의 자화율이다. 자화율은 CJJ(222)에 인가된 플럭스의 함수이며, 이는 다음과 같이 표현될 수 있고:
여기서, 가 커플러의 총 기하학적 인덕턴스, 즉 이고, 가 대략 2.07 펨토웨버(femtoweber)와 대략 동일한 자속 양자이며, 가 CJJ(222)에서의 2개의 접합부들의 결합된 임계 전류라고 가정된다.
제어 라인(232)을 사용하여, 큐비트(210)와 저항성 부하(219) 사이의 유효 상호 인덕턴스()는 큐비트 상태의 선택적인 리셋을 허용하도록 조정될 수 있다. 큐비트 수명이 이러한 상호 인덕턴스의 함수이므로, 우리는, 를 세팅함으로써 환경으로부터 큐비트를 격리시키고, 를 위로 조정함으로써 큐비트를 리셋시킨다. 커플러에 인가된 바이어스()에 대한 큐비트 수명(T1)의 의존성은 수학식 2에서 볼 수 있으며:
여기서, Cq는 큐비트(210)의 커패시턴스를 표현하고, Lq는 큐비트의 인덕턴스를 표현하며, Z0는 저항성 부하(219)와 같은 소산 엘리먼트의 임피던스를 표현한다.
도 3은, 자속 양자의 단위들로 수평 축(304) 상에서 표현되는 CJJ(222)에 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트(210)와 저항성 부하(219) 사이의 상호 인덕턴스(수직 축(302) 상에서 피코헨리로 표현됨)의 변동을 예시한 라인 차트(300)이다. 도 3에 예시된 모델의 목적들을 위해, Mq가 100 피코헨리라고 가정된다. 도시된 라인(306)으로부터, 가 0으로 간다는 사실로 인해, 에서의 커플링이 제로라는 것을 알 수 있다. 의 경우, 는 음의 값을 취하고, 결국 절대적인 측면들에서, 그것이 이었을 경우보다 훨씬 더 크도록 증가한다. 일 구현에서, 이러한 큰 음의 커플링은 절대 커플링 강도의 향상을 제공하기 위해 활용될 수 있다. 게이트 동작들이 큐비트(210)에 대해 수행될 경우, 큐비트(220)는 제어 플럭스()를 제공함으로써 턴 오프되어, 큐비트가 저항성 부하(219)로부터 격리되고 큐비트의 수명이 감소되지 않는다. 리셋을 위해, 전압 펄스가 바이어스 티(234)의 라인에 인가되어, 제어 플럭스()가 ()로 상승되며, 따라서 커플러(220)를 턴 온시킨다. 바이어스 라인에 대한 커패시터들의 영향들을 감소시키기 위해, 라인 상의 동일한 크기의 음의 펄스로 판독이 이어질 수 있다.
도 4는, 자속 양자의 단위들로 수평 축(404) 상에서 표현되는 CJJ(222)에 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트(210)의 투영된 완화 시간(수직 축(402) 상에서 나노초로 로그적으로 표현됨)을 예시한 라인 차트(400)이다. 도 4에 예시된 모델의 목적들을 위해, Mq가 100 피코헨리이고, 큐비트의 여기된 전이에 대한 바닥의 에너지가 9GHz이고, 저항성 부하의 임피던스가 50Ω이며, 큐비트의 커패시턴스가 60fF라고 가정된다. 도시된 라인(406)으로부터, 완화 시간이 및 에서 최대화되며, 여기서 큐비트(210)와 소산 엘리먼트 사이의 커플링이 최소화된다는 것을 알 수 있다. 완화 시간은 에서 최대화되며, 여기서 커플링이 최대화된다.
도 5는, 자속 양자의 단위들로 수평 축(504) 상에서 표현되는 CJJ(222)에 제공된 제어 플럭스의 함수로서, 큐비트(210)의 측정된 수명(T1)(수직 축(502) 상에서 마이크로초로 로그적으로 표현됨)을 예시한 라인 차트(500)이다. 도시된 라인(506)으로부터, 큐비트(210)가 소산 엘리먼트로부터 격리되었을 경우 2.2㎲의 최대 수명이 달성되었고, 리셋 동안 2ns의 최소 수명이 달성되었다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 특정 구현에서, 큐비트 수명은 대략 1000배 만큼 감소되지만, 구현에 의존하여, 수명은 500배 내지 5000배 만큼 단축될 수 있다. 방법은, 20ns 미만에서 적어도 99.9%의 충실도로 큐비트(210)를 리셋할 수 있는 것으로 보인다.
제안된 디바이스는 판독 신호에서 저주파수 드리프트의 영향을 감소시키도록 의도된 4 프레임 측정을 통해 테스팅되었다. 하나의 프레임은, 큐비트(210)가 π-펄싱되었고, 일부 시간이 측정 이전에 경과되도록 허용되었던 간단한 T1 감쇠였다. 이것은 아래의 도 6에서 "리셋-없음" 경우로 지칭된다. 두번째는 어떠한 π 펄스도 인가되지 않았을 경우의 큐비트의 측정이었으며, 일부 시간이 측정 이전에 경과되도록 허용되었다. 제3 프레임에서, 큐비트(210)는 π-펄싱되었으며, 측정 이전에 일부 시간 동안 를 세팅했던 리셋 커플러에 펄스가 인가되었다. 이것은 아래의 도 6에서 "리셋" 경우로 지칭된다. 제4 경우에서, 큐비트는 여기되지 않았지만, 펄스는 여전히 리셋 커플러에 인가되었다. 판독 공진기 공급라인을 통한 통합된 송신 신호의 크기는, 리셋/대기 시간이 3.5ns로 세팅되었을 경우 4개의 프레임들의 1 백만개의 샘플들에 대해 측정되었다. 리셋 신호는 에러 기능 프로파일을 이용한 1ns의 턴 온 및 턴 오프를 가졌으므로, 모든 측정들에 대한 가장 짧은 지연은 2ns였고, 이러한 2ns는 리셋/대기 시간에 포함된다.
측정들은 고전력 판독을 사용하여 수행되었으므로, 판독들은 판독 공진기의 밝은 상태(bright state) 거동으로 인해 2개의 분포들로 분리되었으며, 하나의 분포에서의 "밝은 상태 카운트들"은 상태 집단의 측정치를 표현한다. 예상된 바와 같이, 여기 펄스가 큐비트에 인가되었을 경우, 밝은 상태 카운트들이 가장 높았지만, 어떠한 여기 펄스도 큐비트에 인가되지 않을 경우에도, "밝은 상태" 분포에서 일부 카운트들이 존재하며, 여기 및 리셋 프레임 없이 획득된 수가 아래에서 사용되는 차이 측정에 대한 베이스라인을 제공함을 유의할 것이다. 리셋은, 큐비트(210)가 여기되었을 경우 밝은 상태 카운트들의 상당한 저하를 제공하며, 비-여기 경우에 대해서는 분포의 피크의 약간의 감소도 제공한다.
도 6은 여기 펄스 이후의 큐비트에 대한 여기 상태의 집단의 전개를 비교하는 라인 차트(600)이다. 수직 축(602)은 로그 스케일로 여기 상태의 분획 집단(fractional population)을 표현하고, 수평 축(604)은 로그 스케일로 나노초의 시간을 표현한다. 제1의 도시된 라인(606)은 리셋-없음 경우를 표현하고, 제2의 도시된 라인(608)은 리셋 경우를 표현한다. 각각의 경우에 대한 데이터는 리셋 없음 측정과, 100ns 리셋 시간으로 취해진 리셋 측정을 갖는 여기 없음 사이의 차이로 정규화된다. 2ns와 동일한 T1에 대해 예상될 바와 같이, 리셋 곡선이 10ns 만큼 측정의 잡음 플로어로 감쇠된다는 것이 인식될 것이다. 유감스럽게도, >10ns의 리셋 시간들에서의 일부 측정들이 0.1% 아래로 떨어지더라도, 데이터의 산포도(scatter)가 약 0.5%의 에러 바를 제공하도록 측정에 대한 잡음이 이루어진다.
위에서 설명된 전술한 구조적 및 기능적 특징들의 관점에서, 예시적인 방법은 도 7을 참조하여 더 양호하게 인식될 것이다. 설명의 간략화의 목적들을 위해, 도 7의 예시적인 방법이 순차적으로 실행되는 것으로 도시되고 설명되지만, 일부 액션들이 다른 예들에서, 본 명세서에 도시되고 설명된 것과 상이한 순서들로, 다수의 횟수들로 그리고/또는 그것과 동시에 발생할 수 있으므로, 본 예들이 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해 및 인식될 것이다. 게다가, 모든 설명된 액션들이 방법을 구현하기 위해 수행될 필요는 없다.
도 7은 큐비트를 동작시키기 위한 방법(700)의 일 예를 예시한다. 702에서, 제어 플럭스의 제1 값은, 큐비트가 소산 엘리먼트로부터 실질적으로 격리되도록 큐비트와 소산 엘리먼트를 링크시키는 가변 커플러에 제공된다. 일 예에서, 가변 커플러는 복합 조셉슨 접합부에 의해 인터럽트된 초전도 루프를 포함하고, 제어 플럭스의 제1 값이 복합 조셉슨 접합부에 제공된다. 704에서, 양자 동작이 큐비트에서 수행된다. 706에서, 제어 플럭스의 제2 값은, 큐비트가 소산 엘리먼트에 커플링되도록 가변 커플러에 제공된다. 일 구현에서, 제어 플럭스의 제1 값은 플럭스 양자의 1/2과 실질적으로 동일하고, 제어 플럭스의 제2 값은 플럭스 양자의 1/2보다 크고 플럭스 양자보다 작거나 그와 동일하다. 제어 플럭스의 제2 값은 큐비트와 소산 엘리먼트 사이에 강한 음의 커플링을 제공하도록 선택될 수 있다. 708에서, 큐비트가 소산 엘리먼트에 커플링되는 동안에 바닥 상태로 완화되는 동안 리셋 시간이 경과되도록 허용된다. 리셋 시간은 5ns 내지 20ns일 수 있으며, 일 구현에서, 10ns와 실질적으로 동일한 리셋 시간이 사용될 수 있다.
위에서 설명된 것은 예들이다. 물론, 컴포넌트들 또는 방법들의 모든 각각의 인지가능한 조합을 설명하는 것이 가능하지 않지만, 당업자는 많은 추가적인 조합들 및 변형들이 가능함을 인식할 것이다. 따라서, 개시내용은, 첨부된 청구항들을 포함하는 본 명세서의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정들, 변형들, 및 변경들을 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는"은 포함하는을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 용어 "포함한다"는 포함한다를 의미하지만 이에 제한되지는 않는다. 용어 "에 기초하는"은 에 적어도 부분적으로 기초하는을 의미한다. 부가적으로, 본 개시내용 또는 청구항들이 "단수형", "제 1" 또는 "다른" 엘리먼트 또는 그의 등가물을 언급하는 경우, 2개 이상의 그러한 엘리먼트들을 요구하거나 배제하지 않으면서 하나보다 많은 하나 이상의 그러한 엘리먼트를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 큐비트 장치로서,
    비-소실(non-vanishing) 실수 부분을 가진 임피던스를 갖는 회로 엘리먼트를 포함하는 부하;
    큐비트;
    상기 큐비트를 상기 부하에 커플링시키는 복합 조셉슨 접합 커플러(compound Josephson junction coupler)―상기 복합 조셉슨 접합 커플러는 복합 조셉슨 접합부에 의해서 인터럽트된 초전도 루프를 포함하고, 상기 큐비트에 상호 인덕턴스를 제공하는 제1 인덕터 및 상기 부하로 이어지는 송신 라인에 상호 인덕턴스를 제공하는 제2 인덕터를 포함함―; 및
    상기 큐비트와 상기 부하 사이의 커플링이, 상기 큐비트의 리셋을 원할 경우에는 제1 값이고 상기 큐비트의 동작 동안에는 제2 값이도록 상기 복합 조셉슨 접합 커플러의 커플링 강도를 제어하는 커플링 제어기를 포함하는, 큐비트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 값은 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 강한 커플링을 표현하고, 상기 제2 값은 상기 부하로부터의 상기 큐비트의 실질적인 격리를 표현하는, 큐비트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 값은, 20 내지 450 피코헨리의 크기를 갖는, 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 상호 인덕턴스를 표현하고, 상기 제2 값은 제로와 실질적으로 동일한, 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 상호 인덕턴스를 표현하는, 큐비트 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 값은 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 강한 음의 커플링을 표현하는, 큐비트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 제어기는 적어도 하나의 제어 라인을 통해 상기 커플링 강도를 제어하도록 제어 플럭스를 상기 복합 조셉슨 접합 커플러에 제공하는, 큐비트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복합 조셉슨 접합 커플러는 적어도 하나의 제어 라인은 제1 제어 플럭스를 상기 복합 조셉슨 접합부에 제공하는 제1 제어 라인을 포함하는, 큐비트 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커플링 제어기는, 상기 커플링 강도에 대한 제1 값을 제공하기 위해 플럭스 양자의 1/2보다 크고 상기 플럭스 양자보다 작거나 그와 동일하도록 상기 제1 제어 플럭스를 제공하고, 상기 커플링 강도에 대한 제2 값을 제공하기 위해 상기 플럭스 양자의 1/2과 실질적으로 동일한 것으로서 상기 제1 제어 플럭스를 제공하는, 큐비트 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 큐비트는 트랜스몬(transmon) 큐비트인, 큐비트 장치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 큐비트, 상기 복합 조셉슨 접합 커플러, 및 상기 부하 각각은, 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 커플링이 상기 제1 값인 경우 상기 큐비트가 제1 수명을 갖고, 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 커플링이 상기 제2 값인 경우 제2 수명을 갖도록 구성되며,
    상기 제2 수명은, 500 내지 5000배 만큼 상기 제1 수명보다 짧은, 큐비트 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합 조셉슨 접합 커플러는 송신 라인을 통해 상기 큐비트를 상기 부하에 커플링시키는, 큐비트 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복합 조셉슨 접합 커플러는 상호 갈바니(galvanic) 인덕턴스를 통해 상기 부하 및 상기 큐비트 각각에 커플링되는, 큐비트 장치.
  13. 큐비트를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 큐비트가 소산 엘리먼트(dissipative element)로부터 실질적으로 격리되도록 상기 큐비트와 상기 소산 엘리먼트를 링크시키는 가변 커플러(tunable coupler)에 플럭스 양자의 1/2과 실질적으로 동일한 제어 플럭스의 제1 값을 제공하는 단계;
    상기 큐비트에서 양자 동작을 수행하는 단계;
    상기 큐비트가 상기 소산 엘리먼트에 커플링되도록 상기 가변 커플러에 상기 플럭스 양자의 1/2보다 크고 상기 플럭스 양자보다 작거나 동일한 상기 제어 플럭스의 제2 값을 제공하는 단계; 및
    상기 큐비트가 상기 소산 엘리먼트에 커플링되면서 바닥 상태로 완화되는 동안 리셋 시간이 경과되도록 허용하는 단계를 포함하는, 큐비트를 동작시키기 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가변 커플러는 복합 조셉슨 접합부에 의해 인터럽트된 초전도 루프를 포함하며,
    상기 가변 커플러에 상기 제어 플럭스의 제1 값을 제공하는 단계는, 상기 복합 조셉슨 접합부에 상기 제어 플럭스의 제1 값을 제공하는 단계를 포함하는, 큐비트를 동작시키기 위한 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어 플럭스의 제2 값은 상기 큐비트와 상기 소산 엘리먼트 사이의 강한 음의 커플링을 제공하는, 큐비트를 동작시키기 위한 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 리셋 시간은 5 나노초 내지 20 나노초인, 큐비트를 동작시키기 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 리셋 시간은 10 나노초와 실질적으로 동일한, 큐비트를 동작시키기 위한 방법.
  19. 큐비트 장치로서,
    비-소실 실수 부분을 가진 임피던스를 갖는 회로 엘리먼트를 포함하는 부하;
    큐비트;
    상기 큐비트를 상기 부하에 커플링시키는, 복합 조셉슨 접합부에 의해서 인터럽트된 초전도 루프를 포함하는, 복합 조셉슨 접합 커플러; 및
    상기 큐비트와 상기 부하 사이의 커플링이, 상기 큐비트의 리셋을 원할 경우에는 제1 값이어서 상기 큐비트와 상기 부하 사이의 강한 커플링을 제공하고, 상기 큐비트의 동작 동안에는 제2 값 － 상기 제2 값은 상기 부하로부터의 상기 큐비트의 실질적인 격리를 표현함 － 이도록 상기 복합 조셉슨 접합 커플러의 커플링 강도를 제어하는 커플링 제어기를 포함하며,
    상기 커플링 제어기는 적어도 하나의 제어 라인을 통하여 상기 커플링 강도를 제어하기 위하여 상기 복합 조셉슨 접합부에 제어 플럭스를 제공하며, 상기 커플링 제어기는 상기 커플링 강도의 상기 제1 값을 제공하기 위하여 플럭스 양자의 1/2보다 크고 상기 플럭스 양자보다 작거나 동일한 크기를 갖는 상기 제어 플럭스를 제공하고 또한 상기 커플링 강도의 상기 제2 값을 제공하기 위하여 상기 플럭스 양자의 1/2과 실질적으로 동일한 크기를 갖는 상기 제어 플럭스를 제공하는,
    큐비트 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 커플링 제어기는 적어도 하나의 제어 라인을 통해 상기 커플링 강도를 제어하도록 제어 플럭스를 상기 복합 조셉슨 접합 커플러에 제공하는, 큐비트 장치.
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