TW202147189A - 使得時域和頻域能夠多路複用的量子位元的疊加控制 - Google Patents

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Abstract

一種量子電子電路，其包括量子電路元件、控制信號線和它們之間的信號耦合，用於將至少一些控制信號線與至少一些量子電路元件耦合。至少存在控制信號線的第一子集和第二子集。信號耦合將量子電路元件的至少一個子組中的每一個與第一子集的相應的控制信號線和第二子集的相應的控制信號線耦合。這使得能夠利用通過第一子集的相應的控制信號線和第二子集的相應的控制信號線傳輸的相互疊加的控制信號來疊加控制子組的單個量子電路元件的狀態。

Description

使得時域和頻域能夠多路複用的量子位元的疊加控制
總體而言，本發明關於量子計算技術。特別地，本發明關於控制量子位元狀態的技術，量子位元(qubits)還稱為量子位元(quantum bits)。
已經變得普遍的是，在量子計算中，使用術語“量子位元”不僅表示基本信息單元而且表示用於存儲一個量子位元信息的信息存儲元件。作為示例，可以考慮具有一個或多個量子位元的超導存儲器電路(即，量子位元大小的信息存儲元件)。在這種示例中，量子位元是非諧振子(anharmonic oscillator)，例如傳輸子(transmon)，並且它可以耦合到臨近的讀出諧振器，以便於讀出存儲在其中的量子位元的狀態。
為了實現量子計算機，最基本的是，量子位元的狀態能夠用耦合到其上的控制信號控制。控制通常涉及將控制信號注入足夠接近量子位元、耦合器或線性諧振器的控制信號線，以使得控制信號可以與量子位元的狀態相互作用。控制信號可以以足夠接近量子位元或一些相關聯的電路元件的諧振頻率的頻率到達。可選地，控制信號可以包括DC脈衝，其產生強度足以偏置包括在量子位元或相關聯的電路元件中的SQUID的磁通量。
量子計算裝置只能夠在極低的溫度(遠低於1絕對溫度)下運行，為此該裝置必須在先進的低溫恒溫器的內部。進出低溫恒溫器的每條信號線構成熱負荷，該熱負荷讓實現並維持需要的低溫更困難。此外，信號線需要輔助裝置如控制電子、放大器、濾波器等等，這涉及昂貴的先進技術、佔用大量空間、並增加了佈置的整體複雜性。隨著量子計算裝置中的量子位元的數量的增加，這些問題變得越來越嚴重。
目的是，提供一種佈置和方法，其利用控制電路以控制量子位元狀態，該控制電路較現有技術沒有那麼複雜。另一個目的是，提供一種用於控制量子位元的狀態的佈置和方法，相較於先前已知的解決方案，其減少了信號線和控制設備的數量。另一個目的是，佈置和方法與不同類型的量子位元和不同種類的受控自由度兼容。另一個目的是，使得能夠保持控制場的校準自由度的數量次線性地依賴於量子位元或量子位元耦合器的數量。還有一個進一步的目的是，使得能夠構建量子計算裝置，其中控制線的數量增長慢於由這些控制線控制的量子位元的數量。
本發明的目的通過利用多條控制線的疊加控制實現，使得可以通過使用適當選擇的控制線的組合來處理選擇的一個或多個量子位元。
根據第一態樣，提供了一種量子電子電路，其包括多個量子電路元件、多條控制信號線和控制信號線與量子電路元件之間的信號耦合。信號耦合用於將至少一些控制信號線與至少一些量子電路元件耦合。控制信號線至少包括控制信號線的第一子集和控制信號線的第二子集。信號耦合被佈置成將量子電路元件的至少一個子組中的每一個與第一子集的相應控制信號線和第二子集的相應的控制信號線耦合。這使得能夠利用相互疊加的控制信號來疊加控 制子組的單個量子電路元件的狀態，所述相互疊加的控制信號通過第一子集的相應的控制信號線和第二子集的相應的控制信號線傳輸。
根據第一態樣的實施例，多個量子電路元件包括第一、第二、第三和第四量子電路元件。然後，信號耦合被佈置成將第一子集的第一控制信號線與第一和第二量子電路元件耦合，並且將第一子集的第二控制信號線與第三和第四量子電路元件耦合。然後，信號耦合還被佈置成將第二子集的第一控制信號線與第一和第三量子電路元件耦合，並且將第二子集的第二控制信號線與第二和第四量子電路元件耦合。
根據第一態樣的實施例，信號耦合被佈置成將第一子集的第一控制信號線與包含第一和第二量子電路元件的量子電路元件的第一子組耦合。然後，信號耦合還被佈置成將所述第一子集的第二控制信號線與包含第三和第四量子電路元件的量子電路元件的第二子組耦合。然後，信號耦合被進一步佈置成將第二子集的每條控制信號線僅耦合到第一子組的僅一個量子電路元件和第二子組的僅一個量子電路元件。
根據第一態樣的實施例，信號耦合被佈置成將所述第一子集的每條控制信號線與量子電路元件的相應的子組耦合，並且所述第二子集的每條控制信號線與每個子組的僅一個量子電路元件耦合。
根據第一態樣的實施例，除了控制信號線的第一和第二子集之外，多條控制信號線包括控制信號線的至少一個另外的子集。然後，在每個所述子集內，信號耦合被佈置成將每個單獨的控制信號線耦合到量子電路元件的相應的子組。然後，在這些子集之間，信號耦合還被佈置成將每個子組的量子電路元件中的至多一個耦合到屬不同子集的任何控制信號線。
根據第一態樣的實施例，至少一些量子電路元件是量子位元。
根據第一態樣的實施例，至少一些量子電路元件是諧振器(reasonator)，存在從該諧振器到另外的諧振器的另外的耦合。
根據第二態樣，提供了一種量子電子裝置，其包括至少一個上述種類的量子電子電路和多通道控制信號源，所述多通道控制信號源被配置成選擇性地將控制信號傳輸到多條控制信號線。
根據第二態樣的實施例，多通道控制信號源被配置成，通過將相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制多個量子電路元件中的單獨一個的狀態，多個量子電路元件中的單獨一個通過信號耦合而與所述控制信號線耦合。
根據第二態樣的實施例，多通道控制信號源被配置成，通過將時分複用(time multiplexing)的相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制多個量子電路元件中的單獨一個的狀態，多個量子電路元件中的單獨一個通過信號耦合而與所述控制信號線耦合。
根據第二態樣的實施例，多通道控制信號源被配置成，通過將頻分複用(frequency multiplexing)的相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制多個量子電路元件中的單獨一個的狀態，多個量子電路元件中的單獨一個通過信號耦合而與所述控制信號線耦合。
101:量子電路元件
102:第一子集
103:第二子集
201:第一量子電路元件
202:第二量子電路元件
203:第三量子電路元件
204:第四量子電路元件
211:第一控制信號線
212:第二控制信號線
221:第一控制信號線
222:第二控制信號線
301:控制信號線
302:控制信號線
303:控制信號線
401:方形環
402:約瑟夫遜結
403:約瑟夫遜結
404:中心導體
405:中心導體
406:帶狀區域
407:帶狀區域
408:帶狀區域
409:帶狀區域
501:X形環
502:約瑟夫遜結
601:X形環
602:約瑟夫遜結
603:縱向環
701:X形環
703:X形環
704:約瑟夫遜結
801:量子電子電路
802:多通道控制信號源
803:多條控制信號線
804:信號線
805:功能塊
806:控制站
901:步驟
902:步驟
903:步驟
904:步驟
905:步驟
附圖被包括以提供本發明的進一步理解並構成本說明書的一部分，其示出了本發明的實施例並與說明書一起幫助解釋本發明的原理。在附圖中：
圖1示出了量子位元的矩形陣列和控制線，其中控制信號被施加到兩條控制線；
圖2示出了量子位元的矩形陣列和控制線，其中控制信號被施加到三條控制線；
圖3示出了量子位元的六邊形陣列和控制線，其中控制信號被施加到三條控制線；
圖4示出了梯度的量子位元，其具有兩條臨近的控制線；
圖5示出了X形的量子位元，其具有兩條臨近的控制線；
圖6示出了用作混合器的X形的非線性諧振器，其用於附接到其上的線性諧振器的雙音驅動，其具有兩條臨近的控制線；
圖7示出了用作混合器的X形的非線性諧振器，其用於附接到其上的量子位元的雙音驅動，其具有兩條臨近的控制線；
圖8示出了一種方法；以及
圖9示出了用於疊加控制至少一個量子電路元件的方法。
貫穿本文，術語“量子電路元件”是指，為了參與量子計算，能夠取得並維持可檢測的量子機械狀態的任何電路元件、或電路元件的任何組合。此外，該術語是指能夠在同一電路中使用的任何電路元件、或電路元件的任何組合，以進一步耦合到能夠取得並維持可檢測的量子力學狀態的電路元件或從其耦合。量子電路元件的示例包括但不限於量子位元、耦合器、不是量子位元但能夠在與量子位元相同的電路中使用的諧振器、能夠在與量子位元相同的電路中使用的混合器、和超導量子干涉儀(SQUID，superconducting quantum interference devices)。
術語“量子電子電路”不僅限於電子量子電路，還包括例如被捕獲的離子、原子等，如本領域技術人員已知的。
圖1示出了包括多個量子電路元件和多條控制信號線的量子電子電路。量子電路元件示意性地示出為圓圈；量子電路元件101被選出作為示例。控制信號線示意性地示出為直線，其在相交處具有小的半圓形部分，強調在相交處示出為垂直線的控制信號線不與示出為水平線的控制信號線連接。目的是通過一條控制信號線傳輸的控制信號不會耦合至另一條控制信號線，除非為此目的設置專用耦合。
在圖1的電路中，控制信號線和量子電路元件之間存在信號耦合。信號耦合是指量子電子電路的一部分，其中信號能夠並且旨在引起控制信號線和量子電路元件之間的能量交換。因此，上述信號耦合可以描述為存在用於將至少一些控制信號線與至少一些量子電路元件耦合。
簡單地使控制信號線足夠靠近量子電路元件到其例如在構建它們二者的共同基板的表面上應當產生信號耦合，可以產生信號耦合。另外或可選地，信號耦合可以包括專用耦合元件，如在量子電子技術領域中眾所周知的。
多條控制信號線包括控制信號線的第一子集102和控制信號線的第二子集103，所述第一子集102在圖1中示出為垂直線，所述第二子集103在圖1中示出為水平線。上述信號耦合被佈置為將量子電路元件的至少子組中的每一個與第一子集102的相應的控制信號線和第二子集103的相應的控制信號線耦合。在圖1中，假設每條垂直控制信號線在該垂直控制信號線的緊接右側的垂直列中與每個量子電路元件具有信號耦合。同樣地，假設每條水平控制信號線在該水平控制信號線緊接上方的水平行中與每個量子電路元件具有信號耦合。從控制信號線到所有其他量子電路元件的較大距離意味著在它們之間不存在規模明顯的信號耦合。
根據量子位元的數量以及量子位元和控制信號線的相應佈置，子集中的控制信號線的數量可以是任意數量。在一些實施例中，甚至僅單個控制信號線可以被認為形成其自己的子集。
量子電路元件和控制信號線的這種相互佈置，使得能夠利用通過相應的控制信號線傳輸的相互疊加的控制信號來疊加地控制單個量子電路元件的狀態。相互疊加的控制信號並不一定僅指線性可加性，而是總體而言，控制信號對特定量子位元的作用可以以本文描述的方式累加。
作為實例，在圖1中考慮了示出為第一子集102的較粗的垂直線和第二子集103的較粗的水平線的成對控制信號線。單獨地，傳輸通過選擇的垂直控制信號線的控制信號太弱，沒有正確地調諧，和/或除此以外不能有效地控制與其具有信號耦合的任何量子電路元件的狀態。同樣地，單獨地，傳輸通過選擇的水平控制信號線的控制信號太弱，沒有正確地調諧，和/或除此以外不能有效地控制與其具有信號耦合的任何量子電路元件的狀態。然而，與選擇的垂直控制信號線和選擇的水平控制信號線都具有信號耦合的量子電路元件受到傳輸通過所述選擇的控制信號線的兩個控制信號的同時作用。兩個控制信號的作用在此量子電路元件上累加；因此，將其狀態指定為“疊加”控制。
在圖1中，在圓圈內部以X標記的量子電路元件恰好與選擇的控制信號線之一具有信號耦合。這些量子電路元件可以描述為受到干擾，但是不受傳輸通過選擇的控制信號線之一的控制信號的明顯影響。用實心黑色圓圈標記的量子電路元件與兩個所述選擇的控制信號線都具有信號耦合，其將適當地受到傳輸通過相應的兩條控制線的控制信號的疊加作用的影響。用純白色圓圈標記的量子電路元件可以描述為空閒的。
圖2示出了相同的量子電子電路，此時具有選擇的兩條垂直控制信號線，同時具有一條水平控制信號線。通過兩條選擇的垂直控制信號線和 通過選擇的水平控制信號線的控制信號的傳輸，導致疊加地控制圖2中用實心黑色圓圈標記的兩個單獨的量子電路元件的狀態。在圖2中總共有8個均在圓圈內部以X標記的量子電路元件，，其恰好與選擇的控制信號線之一具有信號耦合。就像在圖1中，傳輸通過僅一條控制信號線的控制信號的效果太弱、沒有正確地調諧和/或除此以外不能對這些量子電路元件的狀態提供任何實質性的控制；它們僅被干擾。有一些方法可以以局部方式處理這種干擾，而不會影響其餘部分或電路和多路複用(multiplexing)策略。
控制信號線和量子電路元件之間的關係和耦合可以使用圖2中的參考指示符例如以以下方式描述。多個量子電路元件包括第一量子電路元件201、第二量子電路元件202、第三量子電路元件203和第四量子電路元件204。存在有第一子集的第一控制信號線211和第一子集的第二控制信號線212。同樣地，存在有第二子集的第一控制信號線221和第二子集的第二控制信號線222。信號耦合被佈置成將第一子集的第一控制信號線211與第一量子電路元件201和第二量子電路元件202耦合，並且將所述第一子集的第二控制信號線212與第三量子電路元件203和第四量子電路元件204耦合。另外，所述信號耦合被佈置成將第二子集的第一控制信號線221與第一量子電路元件201和第三量子電路元件203耦合，並且將第二子集的第二控制信號線222與第二量子電路元件202和第四量子電路元件204耦合。
另一種描述量子電路元件的矩陣、控制信號線和耦合的方法如下。信號耦合被佈置成將第一子集的第一控制信號線211與量子電路元件的第一子組耦合，所述量子電路元件的第一子組包括第一量子電路元件201和第二量子電路元件202。信號耦合還被佈置成將第一子集的第二信號線212與量子電路元件的第二子組耦合，所述量子電路元件的第二子組包括第三量子電路元件203和第四量子電路元件204。信號耦合被佈置成將第二子集的每條控制信 號線耦合到第一子組201、202的僅一個量子電路元件和第二子組203、204的僅一個量子電路元件。
最後提到的定義可以概括為，信號耦合被佈置成將第一子集的每條控制信號線與量子電路元件的相應的子組耦合，並且將第二子集的每條控制信號線與每個這種子組的僅一個量子電路元件耦合。
量子電路元件的疊加控制的原理可以用兩個子集以上的控制信號線來實現。圖3示出了一種可選方案，其中例如在共同基板的表面上，量子電路元件構成六邊形圖案。除了控制信號線的第一和第二子集之外，多條控制信號線包括控制信號線的至少一個另外的子集。這裡，控制信號線的三個子集中的每一個均包括相互平行的控制信號線，並且子集相對於彼此以60度的間隔定向。圖3中的粗線示出了通過第一子集的控制信號線301、第二子集的控制信號線302和第三子集的控制信號線303的控制信號的同時傳輸。
類似於圖1和圖2，同樣在圖3的實施例中，在控制信號線的每個子集內，信號耦合被佈置成將每個單獨的控制信號線耦合到相應的量子電路元件的子組。在子集之間，信號耦合被佈置成將每個子組的量子電路元件中的至多一個耦合到屬不同子集的任何控制信號線。
圖3中用於量子電路元件的圖形符號也與圖1和圖2中相同。沒有控制信號甚至部分地耦合到其上的量子電路元件用實心白色圓圈標記。用帶X的圓圈標記這樣的量子電路元件：其與傳輸控制信號的控制信號線具有一些耦合，但不足以影響量子電路元件的狀態。用黑色圓圈標記這樣的量子電路元件：其與同時傳輸控制信號的多條控制信號線具有足夠的耦合，導致對這種量子電路元件的疊加控制。使用控制信號線的三個或更多不同的子集可以有助於確保由僅一個(或僅少數)控制信號線引起的控制信號耦合與由所有這些控制信號線引起的控制信號耦合之間的更好的分辨率，其預期效果是對其耦合到的 量子電路元件的疊加控制。使用控制信號線的三個或更多不同的子集的優點還可能涉及被干擾的量子位元的較小干擾，和/或減少的獨立控制線的數量。
另一種能夠可替換地或另外用於以多於兩個子集實現控制信號線的方法是，並非所有量子電路元件都需要能夠通過一個子集處理。即，所有圖1、圖2和圖3的共同特徵是，在控制信號線的每個單獨的子集中，可以找到與任意選擇的一個量子電路元件具有耦合的一條控制信號線。如上所述，這不是必要條件；例如，在圖1和圖2可以定義，頂部兩條水平控制信號線屬一個子集，底部兩條水平控制信號線屬另一個子集。為了實現疊加控制，只需要確保可以利用來自兩個或更多子集的選擇的控制信號線同時處理待應用疊加控制的那些量子電路元件中的每一個。
圖1和圖2中示出的方法，其中需要恰好通過兩條控制信號線同時傳輸的控制信號，用於任何期望的量子電路元件的疊加控制，是指如果量子電路元件的數量為N2，則控制信號線的數量是2N。試圖構造越來越大的量子計算裝置意味著N會變得越來越大，但是控制信號線的數量(2N)相對於N的增長比作為N的函數的量子電路元件的數量(N2)慢。因此，前面提到的目的之一顯然已經實現。在圖3示出的方法中，如果量子電路元件構成規則六邊形圖案，其每邊具有N個量子電路元件(圖3中N=3)，則可以證明實現了相同的目的：量子電路元件的總數為2[N+Σ(N+i)]-1，其中總和““Σ(N+i)”中的總和指數i從零到N-2。作為N的函數，這個表達式的增長明顯快於控制信號線的總數3(2N-1)。然而，應該注意的是，同樣在圖3的六邊形網格中，可以僅用控制信號線的兩個子集來控制所有的量子位元，這兩個子集在數量上甚至比圖3示出的三個子集更多。
已經存在的用於製造量子電子電路的製造方法使得，在大多數情況下，量子電路元件和控制信號線構成基本上二維的結構，即它們基本上位 於單個平面上，通常位於基板的平坦表面上。這不是必要條件，而結構也可以是基本上三維的，這給予了選擇量子電路元件陣列的拓撲的甚至更多的自由，並且提供了使得控制信號線足夠接近它們以提供信號耦合的方式。使控制線的數量增長慢於由這些控制線控制的量子位元的數量的目的也可以在三維的結構中實現。例如，如果量子電路元件構成一個規則的三維立方陣列，在其每邊上具有N個量子電路元件，則量子電路元件的數量為N3，其作為N的函數增長快於控制信號線的數量3N2。在該示例中，可以假設穿過量子電路元件的立方陣列的控制信號線是直的，並且佈置成三個子集，每個子集均沿著三個相互正交的坐標軸之一定向。同樣，在該示例中，對於期望的量子電路元件的疊加控制，可以假設通過從三個子集中的每一個中選擇的一個控制信號線傳輸同時控制信號。期望的的量子電路元件是最接近這三條控制信號線相遇的地方的量子電路元件。
同樣，量子電路元件的嚴格規則佈置(具有恒定的相互間隔和恒定的相互方向)不是必要條件。利用疊加控制來控制其狀態的量子電路元件可被佈置成對於一些原因有利的任何幾何形狀，例如涉及它們的製造方法和/或在操作期間它們期望的相互作用或需要的無相互作用。同樣，不需要量子電子裝置中的所有量子電路元件都包含在疊加控制方案中，可以有其他具有例如它們自己的專用、單獨的控制信號線的量子電路元件。
因為傳輸通過一組選擇的控制信號線的控制信號僅對一個或僅對一些量子電路元件造成疊加控制作用，為了利用量子電子裝置的全部量子處理能力，可能需要執行時分複用。這意味著在不同時刻選擇不同的量子電路元件(和/或不同的子組)用於疊加控制。本文稍後將更詳細地考慮時分複用的態樣。時分複用的應用不排除在控制量子電路元件中的其他形式的多路複用，例如使用不同頻率的控制信號的頻分複用。
控制信號對量子電路元件的作用可以稱為控制場。控制信號可以如何影響量子電路元件的狀態的示例包含但不限於因為信號電荷偏置量子位元而產生的電場、信號磁場通量偏置SQUID而產生的磁場。在控制場的校準自由度的數量應頂多為量子電路元件的數量的多項式的意義上，控制操作的校準優選地是可縮放的。否則，對於大量的量子電路元件，校準可能變得過於複雜或不可行。
圖4至圖7示出了量子電路元件和其與控制信號線的耦合的非限制性示例。在這些圖中，假設量子電子裝置的組件在絕緣基板的表面上形成，表面的大面積覆蓋有一層導電材料，當裝置冷卻到量子電路元件正常運行需要的溫度時，該材料就變成了超導的。這些圖形中的陰影部分表示已經移除導電材料層的區域。
圖4中示出的量子電路元件是梯度的(gradiometric)量子位元，其中沒有導電材料的區域是方形環401。兩個約瑟夫遜結402和403對角地橋接方形環401的相對的角。兩個共面波導靠近方形環401的相應側面定位，每個共面波導均包括中心導體404或405，該中心導體404或405通過沒有導電材料的帶狀區域406、407、408或409與周圍的導電平面分離。這種結構使得能夠藉由利用合適的控制信號以磁場通量偏置來偏置梯度的量子位元。控制線(其部分為圖4中示出的共面波導)如何從量子電路元件進一步延伸並不重要；足以假設其結構和位置使得能夠通過它們二者同時傳輸控制信號以用於量子電路元件的疊加控制。
圖5中示出的量子電路元件是一個X形量子位元，其中沒有導電材料的區域是X形環501。約瑟夫遜結502在X分支之一的外端橋接該環。控制信號線的外觀與圖4的外觀相似：兩個共面波導靠經X形環501的分支的相應外端定位。這些分支不包含約瑟夫遜結502所在的分支。該結構使得能夠 利用傳輸通過控制信號線的合適的控制信號來電荷偏置X形量子位元，控制信號線的相應部分由兩個共面波導構成。
圖6中示出的量子電路元件包括這樣的結構：其類似於圖5中的結構，具有無導電材料的X形環601和在一個分支的外端橋接該環的約瑟夫遜結602。控制信號線顯示為靠近其他三個分支中兩個的外端的共面波導段。靠近剩餘分支的外端是另外的無導電材料的縱向環603。在該結構中，具有約瑟夫遜結602的X形環601構成非線性諧振器，該非線性諧振器可用作混合器，其用於由無導電材料的縱向環603構成的線性諧振器的雙音驅動。該結構使得能夠利用傳輸通過控制信號線的合適的控制信號來電荷偏置X形非線性諧振器，控制信號線的相應部分由兩個共面波導構成。
圖7中示出的量子電路元件包括這樣的結構，其類似於圖5和圖6中的結構，具有無導電材料的X形環701和在一個分支的外端橋接該環的約瑟夫遜結702。控制信號線顯示為靠近其他三個分支中兩個的外端的共面波導段。靠近剩餘分支的外端是另外的無導電材料的X形環703，其中另外的約瑟夫遜結704在其一個分支的外端橋接該環。在該結構中，具有其約瑟夫遜結702的左X形環701構成非線性諧振器，該非線性諧振器可用作混合器，用於通過無導電材料的右X形環703構成的量子位元的雙音驅動，右X形環703具有其約瑟夫遜結704。該結構使得能夠利用傳輸通過控制信號線的合適的控制信號來電荷偏置左X形非線性諧振器，控制信號線的相應部分由兩個共面波導構成。
圖8示出了包括一個或多個量子電子電路801的量子電子裝置，量子電子電路801繼而可以包括任意數量的上述種類的量子電路元件，其中至少一些量子電路元件被配置為用於通過兩個或多條控制信號線的疊加控制。量子電子裝置包括多通道控制信號源802，其被配置成選擇性地將控制信號傳輸 到多條控制信號線803，該多條控制信號線803將多通道控制信號源802連接到量子電子電路801。特別地，多通道控制信號源802在傳輸控制信號時選擇性地應用可以包括同時傳輸一些控制信號，用於疊加控制量子電路元件，從控制信號線到該量子電路元件存在信號耦合，該控制信號線由多通道控制信號源802利用來傳輸同時控制信號。多通道控制信號源802在傳輸控制信號時的選擇性地應用還可以包括時間、頻率或其他數量的多路複用，使得這種多路複用將獨立於彼此地影響量子電路元件的狀態的控制信號和/或同時控制信號的組合彼此分離。
另外的一組信號線804將量子電子電路801連接到另外的功能塊805，該功能塊805至少執行來自量子電子電路801的輸出信號的收集。在功能塊805中還可以對收集的輸出信號進行至少一些進一步的分析。設置控制站806，用於控制多通道信號源802的操作，並且用於提供最終處理輸出，最終處理輸出表示由來自量子電子電路801的輸出信號攜帶的信息內容。
圖9示出了用於疊加控制至少一個量子電路元件的方法。步驟901表示形成用於通過至少兩個控制信號線同時傳輸的控制信號，並且選擇控制信號將傳輸通過的控制信號線。控制信號線的選擇基於決定哪一個量子電路元件的狀態被控制信號影響。步驟902、903和904表示通過選擇的控制信號線的控制信號的同時傳輸。步驟905通常表示利用所討論的量子電路元件的結果狀態用於量子計算中的任何目的所有可能的方法。
本領域技術人員顯而易見的是，隨著技術的進步，本發明的基本思想可以通過各種方式實現。因此，本發明及其實施例不限於上述示例，而是可以在申請專利範圍的範圍內變化。
101:量子電路元件
102:第一子集
103:第二子集

Claims (12)

  1. 一種量子電子電路，包括：
    - 複數個量子電路元件，
    - 複數條控制信號線，
    - 在該控制信號線和該量子電路元件之間的信號耦合，用於將至少一些該控制信號線與至少一些該量子電路元件耦合；
    其中，該複數條控制信號線包括至少控制信號線的第一子集和控制信號線的第二子集，並且其中，該信號耦合佈置成至少將該量子電路元件的子組中的每一個與該第一子集的相應的控制信號線和該第二子集的相應的控制信號線耦合，用於使得能夠利用傳輸通過該第一子集的相應的控制信號線和該第二子集的相應的控制信號線的相互疊加的控制信號來疊加地控制該子組的單個量子電路元件的狀態。
  2. 如請求項1所述的量子電子電路，其中：
    - 該複數個量子電路元件包括第一量子電路元件、第二量子電路元件、第三量子電路元件和第四量子電路元件，
    - 該信號耦合佈置成將該第一子集的第一控制信號線與該第一量子電路元件和該第二量子電路元件耦合，並且將該第一子集的第二控制信號線與該第三量子電路元件和該第四量子電路元件耦合，以及
    - 該信號耦合佈置成將該第二子集的第一控制信號線與該第一量子電路元件和該第三量子電路元件耦合，並且將該第二子集的第二控制信號線與該第二量子電路元件和該第四量子電路元件耦合。
  3. 如請求項2所述的量子電子電路，其中：
    - 該信號耦合佈置成將該第一子集的第一控制信號線與量子電路元件的第一子組耦合，該量子電路元件的第一子組包含第一和第二量子電路元件，
    - 該信號耦合佈置成將該第一子集的第二控制信號線與量子電路元件的第二子組耦合，該量子電路元件的第二子組包括第三和第四量子電路元件，以及
    - 該信號耦合佈置成將該第二子集的每條控制信號線耦合到該第一子組的僅一個量子電路元件和該第二子組的僅一個量子電路元件。
  4. 如請求項3所述的量子電子電路，其中：
    - 該信號耦合佈置成將該第一子集的每條控制信號線與量子電路元件的相應的子組耦合，並且將該第二子集的每條控制信號線與每個子組的僅一個量子電路元件耦合。
  5. 如請求項4所述的量子電子電路，其中：
    - 除了控制信號線的該第一子集和該第二子集之外，該複數條控制信號線還包括該控制信號線的至少一個另外的子集，
    - 在每個該子集內，該信號耦合佈置成將每個單獨的控制信號線耦合到量子電路元件的相應的子組，以及
    - 在該子集之間，該信號耦合佈置成將每個子集的量子電路元件中的至多一個耦合到屬不同子集的任意控制信號線。
  6. 如請求項1至5中的任一項所述的量子電子電路，其中，至少一些該量子電路元件中是量子位元。
  7. 如請求項1至6中的任一項所述的量子電子電路，其中，至少一些該量子電路元件是諧振器，存在從該諧振器到其它諧振器的另外的耦合。
  8. 一種量子電子裝置，包括至少一個根據請求項1至7中的任一項所述的量子電子電路和多通道控制信號源，該多通道控制信號源配置成選擇性地將控制信號傳輸到該複數條控制信號線。
  9. 如請求項8所述的量子電子裝置，其中，該多通道控制信號源配置成，通過將相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制複數個量子電路元件中的單獨一個的狀態，該那些控制信號線經由該信號耦合與該複數個量子電路元件中的單獨一個耦合。
  10. 如請求項8或9中的任一項所述的量子電子裝置，其中，該多通道控制信號源配置成，通過將時分複用的相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制複數個量子電路元件中的單獨一個的狀態，該那些控制信號線經由該信號耦合與該複數個量子電路元件中的單獨一個耦合。
  11. 如請求項8至10中的任一項所述的量子電子裝置，其中，該多通道控制信號源配置成，通過將頻分複用的相互疊加的控制信號傳輸通過控制信號線來控制複數個量子電路元件中的單獨一個的狀態，該那些控制信號線經由該信號耦合與該複數個量子電路元件中的單獨一個耦合。
  12. 一種用於至少一個量子電路元件的疊加控制的方法，該方法包括：
    - 形成用於通過至少兩條控制信號線同時傳輸的控制信號，
    - 選擇至少兩條該控制信號線，形成的該控制信號將通過該控制信號線傳輸，
    - 通過選擇的該控制信號線同時傳輸該控制信號，以及
    - 在量子計算中利用由該控制信號疊加控制的量子電路元件的結果狀態。
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