TW202248912A - 針對超導量子位元之驅動增強型j/zz操作 - Google Patents

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Abstract

本發明提供促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的系統、裝置、電腦實施方法及/或電腦程式產品。在一個實例中，一種量子裝置可包含一偏壓組件，該偏壓組件經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元。該偏壓組件可使用經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。

Description

針對超導量子位元之驅動增強型J/ZZ操作
本公開係關於量子運算，且更具體而言，係關於促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的系統、裝置、電腦實施方法及/或電腦程式產品。
量子運算裝置可由超導量子位元之各種配置組成。在各種情況下，量子位元可具有固定操作頻率(例如，具有單個約瑟夫接面之跨子(transmon)量子位元可具有固定操作頻率)，且可按二維陣列配置於任何合適的量子運算基板上。在各種態樣中，此二維陣列中之任何量子位元可耦接至其最近鄰量子位元中之一些及/或全部及/或耦接至其次最近鄰量子位元中之一些及/或全部。存在用於藉由用一或多個相鄰量子位元之頻率下的微波載頻調或信號驅動量子位元來實施或構建雙量子位元閘的各種技術及/或系統。使用此類微波驅動載頻調實施之雙量子位元閘可展現高相干性及/或來自交叉諧振之強ZX相互作用，此可改良量子運算裝置之效能及/或功能。
使用包括交叉諧振之微波驅動載頻調實施的數個雙量子位元閘極可具有可與耦合量子位元之間的交換耦合強度 J成比例的糾纏率。因而，增加交換耦合強度 J可增加此類雙量子位元閘之速度。然而，增加交換耦合強度 J亦可能增加閒置閘錯誤及多量子位元電路失真之已知來源—耦合量子位元之間的始終發生、虛假的ZZ相互作用。因此，在獲得所要交換耦合強度 J與耦合量子位元之間的始終發生、虛假的ZZ相互作用之間存在競爭，此可使電路效能降級。
下文呈現概述以提供對本發明之一或多個實施例的基本理解。此概述並不意欲識別關鍵或重要元件，或劃定特定實施例之任何範疇及/或申請專利範圍之任何範疇。其唯一目的在於以簡化形式呈現概念作為稍後呈現之更詳細描述的序言。在本文中所描述之一或多個實施例中，描述促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的系統、裝置、電腦實施方法及/或電腦程式產品。
根據一實施例，一種量子裝置可包含偏壓組件，該偏壓組件經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元。該偏壓組件可使用經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。此量子裝置之一個態樣為該量子裝置可促進對ZZ相互作用之動態控制。
根據另一實施例，一種電腦實施方法可包含藉由操作性地耦接至處理器之系統經由各別的第一及第二驅動線將偏壓組件操作性地耦接至第一及第二量子位元。該電腦實施方法可進一步包含藉由系統使用偏壓組件以藉由經由各別的第一及第二驅動線施加之CW載頻調來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用。此電腦實施方法之一個態樣為該電腦實施方法可促進對量子裝置之ZZ相互作用的動態控制。
根據另一實施例，一種電腦程式產品可包含電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀儲存媒體具有藉由其體現之程式指令。該等程式指令可由處理器執行以使該處理器執行操作。該等操作可包括藉由處理器經由各別的第一及第二驅動線將偏壓組件操作性地耦接至第一及第二量子位元。該等操作可進一步包括藉由處理器使用偏壓組件以藉由經由各別的第一及第二驅動線施加之CW載頻調來促進對第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。此電腦程式產品之一個態樣為該電腦程式產品可促進對量子裝置之ZZ相互作用的動態控制。
根據另一實施例，一種量子裝置可包含偏壓組件，該偏壓組件經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元。該偏壓組件可藉由動態地調整經由各別的第一及第二驅動線施加之CW載頻調之間的相對相位差來促進對第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。此量子裝置之一個態樣為該量子裝置可促進對ZZ相互作用之動態控制。
根據另一實施例，一種量子裝置可包含偏壓組件，該偏壓組件經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元。該偏壓組件可藉由動態地調整經由第一驅動線施加之第一CW載頻調的第一振幅、動態地調整經由第二驅動線施加之第二CW載頻調的第二振幅或其組合來促進對第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。此量子裝置之一個態樣為該量子裝置可促進對ZZ相互作用之動態控制。
以下詳細描述僅為說明性的且並不意欲限制實施例及/或實施例之應用或使用。此外，並不意欲受在前述先前技術或發明內容部分中或在實施方式部分中呈現的任何明示或暗示資訊約束。
現參看圖式描述一或多個實施例，其中相同的附圖標號始終用於指相同的元件。在以下描述中，為達成解釋之目的，闡述許多特定細節以便提供對一或多個實施例之更透徹理解。然而，顯然，在各種狀況下，可在無此等特定細節之情況下實踐一或多個實施例。
除非另外特定指示，否則貫穿本公開使用以下定義。「CR」指示交叉諧振閘。「CW」指示連續波(例如，始終發生)。「非諧性」(𝜶)指示第二及第一激發態能階與量子位元躍遷之間的差異(例如，最低的兩個能階)。「正諧振(on-resonance)」係指當驅動場與量子系統中之躍遷頻率處於相同頻率時。「哈密頓量(Hamiltonian)」指示依據量子運算子表達之量子系統的能量。「斯塔克(Stark)移位」指示量子系統之能階由於非諧振驅動場的移位。「斯塔克驅動」指示導致交流斯塔克移位之非諧振驅動。「ZZ」指示當激發兩個量子位元時狀態能量之移位。「閘」指示量子系統上變換量子態之操作。「單量子位元閘」指示變換單個量子位元之狀態的閘(例如，通常使用微波驅動)。「雙量子位元閘」指示變換兩個量子位元之聯合狀態的閘，其涉及兩個量子位元之間的一些形式之相互作用。
經典電腦對將資訊儲存或表示為二進位狀態之二進位數字(或位元)進行操作，以執行運算及資訊處理功能。相比之下，量子運算裝置對將資訊儲存或表示為二進位狀態及二進位狀態之疊加的量子位(量子位元)進行操作。為此，量子運算裝置利用量子力學現象，諸如糾纏及干擾。
量子運算使用量子位元而非經典運算位元作為其基本單元。量子位元(例如，量子二進位數字)為經典位元之量子力學類比。經典位元可用於兩個基本狀態(例如，0或1)中之僅一者，而量子位元可用於彼等基本狀態之疊加(例如，α|0＞ + β|1＞，其中α及β為複數純量使得|α| 2+|β| 2=1)，從而允許數個量子位元在理論上比相同數目個經典位元持有指數級多的資訊。因此，理論上，量子電腦(例如，使用量子位元而非僅經典位元之電腦)可快速解決對經典電腦而言可能極為困難的問題。經典電腦之位元僅為二進位數字，其具有0或1之值。具有兩個相異狀態之幾乎任何裝置可用以表示經典位元：開關、閥、磁體、硬幣等。根據量子力學原理操作之量子位元可佔據0及1狀態之疊加，如上文關於複數純量α及β所描述。然而，當量測量子位元之狀態時，結果為0或1。但在運算過程中，量子位元在疊加狀態中演進，且此等複數係數之間可能存在干擾效應。此與嚴格的經典機率運算非常不同。一般的量子程式需要協調運算之量子部分及經典部分。考慮一般量子程式之一種方式為識別以下步驟中所涉及的程序及抽象化：指定量子演算法；將演算法變換成可執行形式；運行實驗或模擬；及分析結果。藉由使用量子力學定律處理資訊，量子電腦提供執行諸如分子計算、金融風險計算、最佳化等之運算任務的新穎方式。
實施於量子運算裝置中之一種常見類型的量子電路包含具有固定耦合之固定頻率跨子量子位元。跨子可被視為創建量子位(或量子位元)以提高量子運算裝置之可擴展性的主要候選者。此類量子電路之每一量子位元可具有將量子位元操作性地耦接至偏壓組件之微波驅動線。在一實施例中，可使用由等式1定義之哈密頓量來近似此類量子電路之哈密頓量：
Figure 02_image001
等式1。
根據以上等式1，
Figure 02_image003
指示跨子i之量子位元頻率(例如，最低兩個位準之間的能量分裂)，
Figure 02_image005
指示跨子i之非諧性(例如，第一能階與第二能階之間的能量分裂與
Figure 02_image007
之間的差)，
Figure 02_image009
指示跨子i之數字運算子，
Figure 02_image011
指示跨子i上之微波驅動強度，
Figure 02_image013
指示量子位元i上之驅動相位，
Figure 02_image015
指示跨子i上之創建運算子，
Figure 02_image017
指示量子位元i之消減運算子，
Figure 02_image019
指示跨子i上之微波驅動頻率， J為量子位元之間的交換耦合，且
Figure 02_image021
指示時間。在一實施例中，等式1可為杜芬振盪器近似。由等式1定義的哈密頓量包括量子位元頻率項、非諧性項、驅動項及與量子位元之間的耦合相關的耦合項。在等式1中，量子位元頻率項對應於
Figure 02_image023
，非諧性項對應於
Figure 02_image025
，驅動項對應於
Figure 02_image027
，且耦合項對應於
Figure 02_image029
。
在一些情況下，施加「共諧振」驅動信號(例如，
Figure 02_image031
=
Figure 02_image033
)可促進單量子位元閘。亦即，施加「共諧振」驅動信號可促進操縱特定量子位元之狀態。舉例而言，特定量子位元可在
Figure 02_image035
基態與
Figure 02_image037
激發態之間調變。在一些情況下，可藉由施加與相鄰量子位元諧振之驅動信號來執行交叉諧振。舉例而言，若
Figure 02_image039
=
Figure 02_image041
，則可執行交叉諧振，或反之亦然。執行此交叉諧振可促進用於執行雙量子位元閘之全微波法。
由等式1定義之固定耦合哈密頓量的形式之一個態樣為在「修整的框架」(例如，在將哈密頓量對角線化以考量耦合項之後的框架)中，可能存在殘餘的不想要的ZZ耦合，在一實施例中，可使用由等式2定義之表達式來近似殘餘的不想要的ZZ耦合：
Figure 02_image043
等式2。
包括交叉諧振之數個僅微波雙量子位元閘可具有可與量子位元之間的交換耦合 J成比例的糾纏率。因此，增加 J可使雙量子位元閘加速。然而，增加 J亦可導致增加ZZ，其為閒置錯誤及多量子位元電路失真之已知來源。雙量子位元閘速度與虛假串擾之間的此競爭可藉由複雜的耦合方案來彌補，該等方案可利用多個耦合路徑進行工程能量移位，此可導致ZZ之消除，同時維持相對較大的 J耦合強度。然而，在固定頻率架構中， J/ZZ比率之增強可能對將量子位元頻率置放於跨界區域中敏感。
在一些情況下，CW驅動近諧振至邊帶躍遷可用以消除ZZ。此外，可在一對耦合的量子位元上以相同頻率同時使用驅動以驅動斯塔克誘發之ZZ閘。在一實施例中，可使用由等式3定義之表達式在高功率限制下近似跨子之三位準模型，排除耦合哈密頓量中之反向旋轉項：
Figure 02_image045
等式3。
根據以上等式3，
Figure 02_image047
指示由等式2給出的靜態ZZ相互作用項，
Figure 02_image049
指示第i量子位元之非諧性(如等式1中)，
Figure 02_image051
指示應用於量子位元i之斯塔克驅動強度，
Figure 02_image053
指示應用於量子位元i之斯塔克驅動相位，且
Figure 02_image055
指示非諧振驅動載頻調之頻率與量子位元i之操作頻率之間的差。
等式3展示可藉由驅動器功率與去諧之比率來有效地設定斯塔克的ZZ激活及/或消除。等式3進一步展示斯塔克可為驅動載頻調之間的相對相位之函數且亦可與量子位元之間的交換耦合 J成比例。等式3亦展示可針對滿足由等式4定義之關係的廣泛範圍之操作參數(例如，頻率、驅動振幅及/或相位差)達成ZZ消除：
Figure 02_image057
等式4。
不同於CW驅動近諧振至邊帶躍遷用以消除ZZ的情況，雙驅動可促進廣泛範圍之頻率且一般不涉及驅動近諧振至邊帶躍遷。此外，雙驅動可引入額外參數以促進ZZ消除—相位差。
圖1示出根據本文中所描述之一或多個實施例的可促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的實例非限制性量子裝置100之方塊圖。如由圖1中所描繪之實例實施例所示出，量子裝置100包括偏壓組件110、第一量子位元120及第二量子位元130。第一量子位元120及第二量子位元130可分別經由第一驅動線125及第二驅動線135操作性地耦接至偏壓組件110。適合於實施第一量子位元120及/或第二量子位元130之量子位元之實例包括但不限於：固定頻率量子位元、可調諧量子位元、跨子量子位元、固定頻率跨子量子位元、可調諧跨子量子位元及其類似者。在一實施例中，第一量子位元120及/或第二量子位元130可為固定頻率、不可調諧量子位元。如下文更詳細地描述，偏壓組件110可使用經由各別驅動線(例如，第一驅動線125及/或第二驅動線135)施加之連續波(CW)載頻調來促進對量子位元(例如，第一量子位元120及/或第二量子位元130)之間的ZZ相互作用之動態控制。藉由修改此類CW載頻調之態樣，偏壓組件110之實施例可提供第一量子位元120與第二量子位元130之間的可調諧耦合140。
圖2示出根據本文中所描述之一或多個實施例的實例非限制性量子位元驅動載頻調(或驅動信號)。特定而言，圖2示出曲線圖200及250，該等曲線圖描繪偏壓組件110可分別經由對應驅動線施加至第一量子位元120及第二量子位元130之實例非限制性驅動載頻調。在一實施例中，偏壓組件110施加之驅動載頻調可為微波驅動載頻調。圖2中所描繪之每一曲線圖的Y軸(例如，曲線圖200之豎直軸線)表示驅動振幅(或驅動強度)，且圖2中所描繪之每一曲線圖的X軸(例如，曲線圖200之水平軸線)表示時間。
如圖2所展示，偏壓組件110可分別經由第一驅動線125及第二驅動線135將單量子位元脈衝載頻調(例如，單量子位元脈衝載頻調204、206、210、254、256及/或258)施加至第一量子位元120及/或第二量子位元130。施加單量子位元脈衝載頻調可在第一量子位元120及/或第二量子位元130上誘發單量子位元閘操作。圖2進一步展示偏壓組件110可經由對應驅動線將雙量子位元糾纏脈衝載頻調(例如，雙量子位元糾纏脈衝載頻調208及/或212)施加至第一量子位元120及第二量子位元130當中的一個量子位元。將雙量子位元糾纏脈衝載頻調施加至第一量子位元120及第二量子位元130當中之一個量子位元可在第一量子位元120與第二量子位元130之間誘發雙量子位元閘操作(例如，經由交叉諧振之CNOT閘)。
偏壓組件110亦可經由對應驅動線將CW載頻調施加至第一量子位元120及第二量子位元130。舉例而言，偏壓組件110可將CW載頻調202及CW載頻調252分別施加至第一量子位元120及第二量子位元130。CW載頻調202包含第一頻率(例如，f_stark)、第一驅動振幅Ω 0及第一驅動相位ϕ 0。CW載頻調252包含第二頻率(例如，f_stark)、第二驅動振幅Ω 1及第二驅動相位ϕ 1。在圖2之實例中，CW載頻調202及CW載頻調252可包含共同頻率(例如，f_stark)。亦即，CW載頻調202之第一頻率及CW載頻調252之第二頻率可實質上類似。在一實施例中，可使用與第一量子位元120及/或第二量子位元130之各別躍遷非諧振的頻率定義共同頻率。如下文更詳細地論述，偏壓組件110可利用CW載頻調(例如，CW載頻調202及/或CW載頻調252)以促進對量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。亦即，偏壓組件110可利用此等CW載頻調以促進對量子位元之間的可調諧ZZ相互作用。
在一實施例中，偏壓組件110可藉由動態地調整(或控制)CW載頻調202及/或CW載頻調252之間的相對相位差來促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制。在此實施例中，偏壓組件110可動態地調整第一驅動相位ϕ 0及/或第二驅動相位ϕ 1使得第一驅動相位ϕ 0與第二驅動相位ϕ 1之間的相位差改變。舉例而言，CW載頻調202及CW載頻調252可具有π/2弧度之相位差。在此實例中，偏壓組件110可藉由動態地調整第一驅動相位ϕ 0及/或第二驅動相位ϕ 1使得CW載頻調202與CW載頻調252之間的相位差自π/2弧度改變至另一相位差(例如，π弧度)來促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制。藉由動態地調整CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差，偏壓組件110可消除、減輕或實質上減少第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。
在一實施例中，偏壓組件110可藉由在雙量子位元閘操作期間校準(或調諧)第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用來促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制。舉例而言，偏壓組件110可在將雙量子位元糾纏脈衝載頻調施加至第一量子位元120及第二量子位元130當中之一個量子位元期間動態地調整(或控制)CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差。在此實例中，偏壓組件110可另外或替代地在施加雙量子位元糾纏脈衝載頻調期間調整第一驅動振幅Ω 0及第二驅動振幅Ω 1當中之至少一個振幅。
熟習此項技術者應瞭解，雙量子位元糾纏脈衝載頻調(例如，交叉諧振脈衝載頻調)可在對應的雙量子位元閘操作期間產生靜態ZZ相互作用項之外的ZZ相互作用項。在雙量子位元閘操作期間產生的此等ZZ相互作用項可被稱作動態ZZ相互作用。藉由動態地校準第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用(例如，靜態ZZ相互作用)，偏壓組件110可促進消除、減輕或實質上減少雙量子位元閘操作期間的淨ZZ相互作用。在一實施例中，淨ZZ相互作用可具有基於雙量子位元閘操作期間第一量子位元120與第二量子位元130之間的交換耦合強度 J的量值。
圖3至圖4示出偏壓組件110可使用CW載頻調202及CW載頻調252促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制的實施例。在圖3至圖4所示出之實施例中，第一量子位元120及第二量子位元130可分別具有大約4841百萬赫(MHz)及4964 MHz之諧振頻率。CW載頻調202及CW載頻調252可具有可使用與第一量子位元120或第二量子位元130之各別躍遷非諧振之頻率定義的共同頻率。在此實施例中，CW載頻調202及CW載頻調252可具有5000 MHz之共同頻率。在圖3至圖4中，第一量子位元120及第二量子位元130亦可各自具有-300 MHz之量子位元非諧性及4.4 MHz之交換耦合強度 J。
曲線圖300之Y軸(例如，曲線圖300之豎直軸線)表示CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差，且曲線圖300之X軸(例如，曲線圖300之水平軸線)表示CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0。偏壓組件110施加至第一量子位元120及第二量子位元130。如曲線圖300所示出，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可基於CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差而變化，此與等式3及4一致。舉例而言，曲線圖300包括低ZZ靜態相互作用區310，在該相互作用區處，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可實質上為零。曲線圖300展示低ZZ靜態相互作用區310大致以線320為中心，該線對應於CW載頻調202與CW載頻調252之間的大約π弧度的相對相位差。因而，偏壓組件110可藉由將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差動態地調整為大約π弧度來促進消除、減輕或實質上減少第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，當偏壓組件110動態地調整相對相位差時(或同時)，CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1可保持恆定。
曲線圖300進一步展示，與等式3及4一致，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用亦可基於CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0(或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1，在此實施例中，就偏壓組件維持CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0與CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1之間的大約1.24之恆定比率而言)而變化。舉例而言，曲線圖300之低ZZ靜態相互作用區310與CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0的各種值對應。因而，偏壓組件110亦可藉由動態地調整CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及/或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1來促進消除、減輕或實質上減少第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，當偏壓組件110動態地調整CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及/或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1時(或同時)，CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差可保持恆定。
圖4示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZX速率的實例非限制性曲線圖400。如由曲線圖400所示出，除4.4 MHz之交換耦合強度 J以外，亦可經由交叉諧振實現相對較快的ZX速率，此係因為偏壓組件110促進第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態相互作用之此消除或實質減少。特定而言，曲線圖400描繪可在偏壓組件110針對第一驅動振幅Ω 0之各種值而將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差動態地調整至π弧度時實現的ZX速率。舉例而言，線410對應於25 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線420對應於22 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線430對應於19 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線440對應於16 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線450對應於13 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線460對應於10 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線470對應於7 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線480對應於4 MHz之第一驅動振幅Ω 0，且線490對應於1 MHz之第一驅動振幅Ω 0。
圖5至圖6示出偏壓組件110可使用CW載頻調202及CW載頻調252促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制的另一實施例。在圖5至圖6所示出之實施例中，第一量子位元120及第二量子位元130之各別諧振頻率及量子位元非諧性可與圖3至圖4所示出之實施例保持不變。此外，CW載頻調202及CW載頻調252之各別頻率可保持為5000 MHz。在圖5至圖6中，第一量子位元120及第二量子位元130可具有8 MHz之交換耦合強度 J。
曲線圖500之Y軸(例如，曲線圖500之豎直軸線)表示CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差，且曲線圖500之X軸(例如，曲線圖500之水平軸線)表示CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0。偏壓組件110施加至第一量子位元120及第二量子位元130。如曲線圖300所示出，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可基於CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差而變化，此與等式3及4一致。舉例而言，曲線圖500包括低ZZ靜態相互作用區510，在該相互作用區處，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可實質上為零。曲線圖500展示低ZZ靜態相互作用區510大致以線520為中心，該線對應於CW載頻調202與CW載頻調252之間的大約π弧度的相對相位差。因而，偏壓組件110可藉由將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差動態地調整為大約π弧度來促進消除、減輕或實質上減少第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，當偏壓組件110動態地調整相對相位差時(或同時)，CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1可保持恆定。
曲線圖500進一步展示，與等式3及4一致，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用亦可基於CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0(或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1，在此實施例中，就偏壓組件維持CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0與CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1之間的大約3之恆定比率而言)而變化。舉例而言，曲線圖500之低ZZ靜態相互作用區510與CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0的各種值對應。因而，偏壓組件110亦可藉由動態地調整CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及/或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1來促進消除、減輕或實質上減少第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，當偏壓組件110動態地調整CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及/或CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1時(或同時)，CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差可保持恆定。曲線圖500進一步包括耦合哈密頓量中之反向旋轉項。在此實例中，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可超過1 MHz。
圖6示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZX速率的實例非限制性曲線圖600。如由曲線圖600所示出，除8 MHz之交換耦合強度 J以外，亦可經由交叉諧振實現相對較快的ZX速率，此係因為偏壓組件110促進第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用的此消除或實質減少。特定而言，曲線圖600描繪可在偏壓組件110針對第一驅動振幅Ω 0之各種值而將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差動態地調整至π弧度時實現的ZX速率。舉例而言，線610對應於25 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線620對應於22 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線630對應於19 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線640對應於16 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線650對應於13 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線660對應於10 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線670對應於7 MHz之第一驅動振幅Ω 0，線680對應於4 MHz之第一驅動振幅Ω 0，且線690對應於1 MHz之第一驅動振幅Ω 0。
圖7至圖10示出根據本文中所描述之一或多個實施例的在單量子位元隨機化基準校正(RB)運行期間由CW載頻調促進的靜態ZZ相互作用減少之實例。特定而言，圖7之曲線圖700及圖9之曲線圖900示出在偏壓組件110不使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下分別在第一量子位元120及第二量子位元130上執行之同時單量子位元RB運行的結果。圖8之曲線圖800及圖10之曲線圖1000示出在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下分別在第一量子位元120及第二量子位元130上執行之同時單量子位元RB運行的結果。圖7至圖10中所描繪之每一曲線圖的Y軸(例如，曲線圖700之豎直軸線)表示各別
Figure 02_image059
激發態群體，且圖7至圖10中所描繪之每一曲線圖的X軸(例如，曲線圖700之水平軸線)表示克利福德(Clifford)長度或克利福德數。在一實施例中，圖7至圖10中所描繪之每一曲線圖的Y軸可對應於無單位分數。在此實例中，第一量子位元120及第二量子位元130可分別具有4963.9 MHz及4841.3 MHz之諧振頻率。在此實例中，第一量子位元120可分別具有158.1微秒(µs)及144.6 µs之平均T1及T2相干時間。在此實例中，第二量子位元130可分別具有123.9 µs及126.7 µs之平均T1及T2相干時間。
為了在第一量子位元120及第二量子位元130上執行同時單量子位元RB運行，偏壓組件110可分別經由第一驅動線125及第二驅動線135同時施加單量子位元脈衝載頻調。單量子位元脈衝載頻調之彼同時施加可在第一量子位元120及第二量子位元130上誘發72奈秒(ns)單量子位元閘操作。在此實例中，第一量子位元120及第二量子位元130可具有大約4.4 MHz之交換耦合強度 J。在偏壓組件110不使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下，第一量子位元120與第二量子位元130之間的大約312千赫茲(kHz)之靜態ZZ相互作用可伴隨大約4.4 MHz之交換耦合強度 J。大約312 kHz之彼靜態ZZ相互作用可使電路效能降級。舉例而言，曲線圖700及900展示在偏壓組件110不使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下第一量子位元120及第二量子位元130各自具有大約0.08%的平均錯誤率或每克利福德錯誤(EPC)。
在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下，可在第一量子位元120與第二量子位元130之間維持大約4.4 MHz之交換耦合強度 J。然而，在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下，第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可自大約312 kHz減小至大約8 kHz。第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態相互作用之此減少可促進電路效能之改良。舉例而言，曲線圖800及1000展示在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下第一量子位元120及第二量子位元130之平均錯誤率或EPC各自自大約0.08%改良至大約0.03%。在此實例中，偏壓組件110可經由第一驅動線125及第二驅動線135施加各自具有5000 MHz之頻率的CW載頻調，同時在第一量子位元120及第二量子位元130上執行同時單量子位元RB運行。
圖11至圖12示出根據本文中所描述之一或多個實施例的在雙量子位元RB運行期間由CW載頻調促進的靜態ZZ相互作用減少之實例。特定而言，圖11之曲線圖1100及圖12之曲線圖1200示出在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下分別在第一量子位元120及第二量子位元130上執行之雙量子位元RB運行的結果。圖11至圖12中所描繪之每一曲線圖的Y軸(例如，曲線圖1100之豎直軸線)表示各別
Figure 02_image059
激發態群體，且圖11至圖12中所描繪之每一曲線圖的X軸(例如，曲線圖1100之水平軸線)表示克利福德長度或克利福德數。在一實施例中，圖7至圖10中所描繪之每一曲線圖的Y軸可對應於無單位分數。在此實例中，第一量子位元120及第二量子位元130可分別具有4963.9百萬赫(MHz)及4841.3 MHz之諧振頻率。在此實例中，第一量子位元120可分別具有158.1微秒(µs)及144.6 µs之平均T1及T2相干時間。在此實例中，第二量子位元130可分別具有123.9 µs及126.7 µs之平均T1及T2相干時間。
為了在第一量子位元120及第二量子位元130上執行雙量子位元RB運行，偏壓組件110可經由第一驅動線125將雙量子位元糾纏脈衝載頻調施加至第一量子位元120。雙量子位元糾纏脈衝載頻調之彼施加可在第一量子位元120與第二量子位元130之間誘發雙量子位元閘操作(例如，經由交叉諧振之CNOT閘)。在此實例中，偏壓組件110亦可經由第一驅動線125及第二驅動線135施加各自具有5000 MHz之頻率的CW載頻調，同時在第一量子位元120及第二量子位元130上執行雙量子位元RB運行。在此實例中，在執行雙量子位元RB運行時第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用可為大約8 kHz。曲線圖1100及1200展示在偏壓組件110使用CW載頻調以促進對ZZ靜態相互作用之控制的情況下第一量子位元120及第二量子位元130可各自具有大約0.8%的每閘平均錯誤率(EPC/1.5)。
圖13示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪第一量子位元120與第二量子位元130之間取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZZ相互作用強度的實例非限制性曲線圖1300。在曲線圖1300中，線1310對應於第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用；線1320對應於在CW斯塔克驅動載頻調之後第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用；且線1330對應於在額外交叉諧振驅動載頻調之後第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用。圖14示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZX相互作用強度的實例非限制性曲線圖1400。圖13至圖14示出偏壓組件110可使用CW載頻調202及CW載頻調252促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制的另一實施例。
在圖13至圖14所示出之實施例中，第一量子位元120及第二量子位元130可分別具有大約4963.9 MHz及4841.2 MHz之諧振頻率。在圖13至圖14中，第一量子位元120及第二量子位元130可各自亦具有-300 MHz之量子位元非諧性及4.4 MHz之交換耦合強度 J。CW載頻調202及CW載頻調252可具有可使用與第一量子位元120或第二量子位元130之各別躍遷非諧振之頻率定義的共同頻率(例如，5000 MHz)。偏壓組件110可將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差設定為大約π弧度。在圖13至圖14中，偏壓組件110可校準第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用以消除雙量子位元閘操作期間的淨ZZ相互作用。為此，偏壓組件110可將CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1分別調諧至16.09 MHz及17.35 MHz。藉此，對於在大約30 MHz之交叉諧振載頻調振幅下的ZX操作，雙量子位元閘操作期間的淨ZZ相互作用可實質上為零，如由圖13及圖14所展示。
圖15示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪第一量子位元120與第二量子位元130之間取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZZ相互作用強度的實例非限制性曲線圖1500。在曲線圖1500中，線1510對應於第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用；線1520對應於在CW斯塔克驅動載頻調之後第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用；且線1530對應於在額外交叉諧振驅動載頻調之後第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用。圖16示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZX相互作用強度的實例非限制性曲線圖1600。圖15至圖16示出偏壓組件110可使用CW載頻調202及CW載頻調252促進對第一量子位元120與第二量子位元130之間的ZZ相互作用之動態控制的另一實施例。
在圖15至圖16所示出之實施例中，第一量子位元120及第二量子位元130之各別諧振頻率及量子位元非諧性可與圖13至圖14所示出之實施例保持不變。此外，CW載頻調202及CW載頻調252之各別頻率可保持為5000 MHz。在圖15至圖16中，第一量子位元120及第二量子位元130亦可具有4.4 MHz之交換耦合強度 J。偏壓組件110可將CW載頻調202與CW載頻調252之間的相對相位差設定為大約π弧度。在圖15至圖16中，偏壓組件110可調諧CW載頻調202及CW載頻調252以消除雙量子位元閘操作期間第一量子位元120與第二量子位元130之間的靜態ZZ相互作用。為此，偏壓組件110可將CW載頻調202之第一驅動振幅Ω 0及CW載頻調252之第二驅動振幅Ω 1分別調諧至17 MHz及21.8 MHz。藉此，雙量子位元閘操作期間的靜態ZZ相互作用可實質上為零，如由圖15及圖16所展示。
圖17示出根據本文中所描述之一或多個實施例的促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的實例非限制性電腦實施方法1700之流程圖。為簡潔起見，省略在本文中所描述之其他實施例中所使用的相同元件之重複描述。在1710處，電腦實施方法1700可包含藉由操作性地耦接至處理器之系統經由各別的第一及第二驅動線(例如，第一驅動線125及第二驅動線135)將偏壓組件(例如，圖1之偏壓組件110)耦接至第一及第二量子位元(例如，第一量子位元120及第二量子位元130)。
在1720處，電腦實施方法1700可包含藉由系統使用偏壓組件以藉由經由各別的第一及第二驅動線施加之CW載頻調來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用。在一實施例中，該系統可使用偏壓組件以藉由動態地調整CW載頻調之間的相對相位差來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用，其中動態地調整相對相位差會消除第一量子位元與第二量子位元之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，該系統可使用偏壓組件以藉由動態地調整經由各別的第一及第二驅動線施加之CW載頻調當中的至少一個CW載頻調之振幅來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用。在一實施例中，動態地調整至少一個CW載頻調之振幅可消除第一量子位元與第二量子位元之間的靜態ZZ相互作用。在一實施例中，該系統可使用偏壓組件以藉由校準第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用以便消除第一量子位元與第二量子位元之間的雙量子位元閘操作期間的淨ZZ相互作用來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用。在一實施例中，該系統可使用偏壓組件以藉由調諧CW載頻調以消除第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用來動態地控制第一量子位元與第二量子位元之間的ZZ相互作用。
在一實施例中，電腦實施方法1700可進一步包含在調諧CW載頻調以消除ZZ相互作用時藉由系統重新校準第一及第二量子位元之各別操作頻率。在一實施例中，該系統可使用拉姆齊(Ramsey)脈衝序列重新校準第一及第二量子位元之各別操作頻率。
為了提供所揭示主題之各種態樣的上下文，圖18以及以下論述意欲提供對可實施所揭示主題之各種態樣的合適環境之一般描述。圖18示出用於實施本公開之各種態樣的合適操作環境1800，其亦可包括電腦1812。電腦1812亦可包括處理單元1814、系統記憶體1816及系統匯流排1818。系統匯流排1818將包括但不限於系統記憶體1816之系統組件耦接至處理單元1814。處理單元1814可為各種可用處理器中之任一者。亦可將雙重微處理器及其他多處理器架構用作處理單元1814。系統匯流排1818可為若干類型之匯流排結構中之任一者，包括使用任何多種可用匯流排架構之記憶體匯流排或記憶體控制器、周邊匯流排或外部匯流排及/或區域匯流排，該等匯流排架構包括但不限於工業標準架構(ISA)、微通道架構(MSA)、擴充型ISA (EISA)、智慧型驅動電子裝置(IDE)、VESA區域匯流排(VLB)、周邊組件互連(PCI)、卡匯流排、通用串列匯流排(USB)、高級圖形埠(AGP)、火線(IEEE 1094)及小型電腦系統介面(SCSI)。系統記憶體1816亦可包括揮發性記憶體1820及非揮發性記憶體1822。含有用以諸如在啟動期間在電腦1812內之元件之間傳送資訊的基本常式的基本輸入/輸出系統(BIOS)儲存於非揮發性記憶體1822中。作為說明而非限制，非揮發性記憶體1822可包括唯讀記憶體(ROM)、可程式化ROM (PROM)、電可程式化ROM (EPROM)、電可抹除可程式化ROM (EEPROM)、快閃記憶體或非揮發性隨機存取記憶體(RAM) (例如，鐵電RAM (FeRAM))。揮發性記憶體1820亦可包括隨機存取記憶體(RAM)，其充當外部快取記憶體。作為說明而非限制，RAM可以許多形式可用，諸如靜態RAM (SRAM)、動態RAM (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、雙資料速率SDRAM (DDR SDRAM)、增強型SDRAM (ESDRAM)、同步鏈路(Synchlink)DRAM (SLDRAM)、直接Rambus RAM (DRRAM)、直接Rambus動態RAM (DRDRAM)及Rambus動態RAM。
電腦1812亦可包括抽取式/非抽取式、揮發性/非揮發性電腦儲存媒體。舉例而言，圖18示出磁碟儲存器1824。磁碟儲存器1824亦可包括但不限於如以下各者的裝置：磁碟機、軟碟機、磁帶機、Jaz驅動機、Zip驅動機、LS-100驅動機、快閃記憶卡或記憶棒。磁碟儲存器1824亦可包括與其他儲存媒體分離或組合的儲存媒體，包括但不限於諸如光碟ROM裝置(CD-ROM)之光碟機、CD可記錄驅動機(CD-R驅動機)、CD可重寫驅動機(CD-RW驅動機)或數位化通用光碟ROM驅動機(DVD-ROM)。為了促進磁碟儲存器1824至系統匯流排1818之連接，通常使用抽取式或非抽取式介面，諸如介面1826。圖18亦描繪充當使用者與描述於合適操作環境1800中之基本電腦資源之間的中間物的軟體。此軟體亦可包括例如作業系統1828。可儲存於磁碟儲存器1824上之作業系統1828用以控制及分配電腦1812之資源。系統應用程式1830利用作業系統1828經由例如儲存於系統記憶體1816中或磁碟儲存器1824上之程式模組1832及程式資料1834對資源的管理。應瞭解，本公開可藉由各種作業系統或作業系統之組合實施。使用者經由輸入裝置1836將命令或資訊鍵入至電腦1812中。輸入裝置1836包括但不限於指標裝置，諸如滑鼠、軌跡球、觸控筆、觸控板、鍵盤、麥克風、操縱桿、遊戲板、圓盤式衛星電視天線、掃描器、TV調諧器卡、數位攝影機、數位視訊攝影機、web攝影機及其類似者。此等及其他輸入裝置經由系統匯流排1818經由介面埠1838連接至處理單元1814。介面埠1838包括例如串列埠、並列埠、競賽埠及通用串列匯流排(USB)。輸出裝置1840使用相同類型之埠中的一些作為輸入裝置1836。因此，例如，USB埠可用以將輸入提供至電腦1812且將資訊自電腦1812輸出至輸出裝置1840。輸出配接器1842經提供以說明存在一些輸出裝置1840，如監視器、揚聲器及印表機以及需要特殊配接器之其他輸出裝置1840。作為說明而非限制，輸出配接器1842包括提供輸出裝置1840與系統匯流排1818之間的連接方式之視訊及聲音卡。可注意到，其他裝置及/或裝置之系統提供輸入能力及輸出能力兩者，諸如遠端電腦1844。
電腦1812可使用至諸如遠端電腦1844之一或多個遠端電腦的邏輯連接在網路連接環境中操作。遠端電腦1844可為電腦、伺服器、路由器、網路PC、工作站、基於微處理器之器具、同級裝置或其他公用網路節點及其類似者，且通常亦可包括關於電腦1812所描述之許多元件。出於簡潔之目的，僅隨遠端電腦1844一起示出記憶體儲存裝置1846。遠端電腦1844經由網路介面1848邏輯地連接至電腦1812且接著經由通信連接件1850實體地連接。網路介面1848涵蓋有線及/或無線通信網路，諸如區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)、蜂巢式網路等。LAN技術包括光纖分散式資料介面(FDDI)、銅線分散資料介面(CDDI)、乙太網路、符記環及其類似者。WAN技術包括但不限於點對點鏈路、如整合服務數位網路(ISDN)及其變體之電路交換網路、封包交換網路及數位用戶線(DSL)。通信連接件1850係指用以將網路介面1848連接至系統匯流排1818之硬體/軟體。雖然為了示出清晰而將通信連接件1850展示於電腦1812內部，但其亦可在電腦1812外部。僅出於例示性目的，用於連接至網路介面1848之硬體/軟體亦可包括內部及外部技術，諸如數據機，包括常規電話級數據機、纜線數據機及DSL數據機、ISDN配接器及乙太網路卡。
本發明可為在任何可能之技術細節整合層級處的系統、方法、設備及/或電腦程式產品。該電腦程式產品可包括一(或多個)電腦可讀儲存媒體，其上具有電腦可讀程式指令以使處理器進行本發明之態樣。電腦可讀儲存媒體可為有形裝置，其可持留及儲存指令以供指令執行裝置使用。電腦可讀儲存媒體可為例如但不限於：電子儲存裝置、磁性儲存裝置、光學儲存裝置、電磁儲存裝置、半導體儲存裝置或前述各者之任何合適組合。電腦可讀儲存媒體之更特定實例之非詳盡性清單亦可包括以下各者：攜帶型電腦磁片、硬碟、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、攜帶型光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、數位化通用光碟(DVD)、記憶棒、軟碟、經機械編碼裝置(諸如，上面記錄有指令之打孔卡或凹槽中之凸起結構)及前述各者之任何合適組合。如本文中所使用，不應將電腦可讀儲存媒體本身解釋為暫時性信號，諸如無線電波或其他自由傳播之電磁波、經由波導或其他傳輸媒體傳播之電磁波(例如，經由光纖纜線傳遞之光脈衝)，或經由電線傳輸之電信號。
本文中所描述之電腦可讀程式指令可自電腦可讀儲存媒體下載至各別運算/處理裝置或經由網路(例如，網際網路、區域網路、廣域網路及/或無線網路)下載至外部電腦或外部儲存裝置。網路可包含銅傳輸纜線、傳輸光纖、無線傳輸、路由器、防火牆、交換器、閘道器電腦及/或邊緣伺服器。每一運算/處理裝置中之網路配接器卡或網路介面自網路接收電腦可讀程式指令且轉遞電腦可讀程式指令以供儲存於各別運算/處理裝置內之電腦可讀儲存媒體中。用於進行本發明之操作的電腦可讀程式指令可為以一或多種程式設計語言之任何組合編寫的組譯程式指令、指令集架構(ISA)指令、機器指令、機器相關指令、微碼、韌體指令、狀態設定資料、用於積體電路系統之組態資料，或原始程式碼或目標碼，該一或多種程式設計語言包括諸如Smalltalk、C++或其類似者之物件導向式程式設計語言，及程序性程式設計語言，諸如「C」程式設計語言或類似程式設計語言。電腦可讀程式指令可完全在使用者之電腦上執行、部分地在使用者之電腦上執行、作為獨立套裝軟體執行、部分地在使用者之電腦上執行且部分地在遠端電腦上執行，或完全在遠端電腦或伺服器上執行。在後一情境中，遠端電腦可經由包括區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)之任何類型之網路連接至使用者之電腦，或可連接至外部電腦(例如，使用網際網路服務提供者經由網際網路)。在一些實施例中，包括例如可程式化邏輯電路系統、場可程式化閘陣列(FPGA)或可程式化邏輯陣列(PLA)之電子電路系統可藉由利用電腦可讀程式指令之狀態資訊來個人化電子電路系統而執行電腦可讀程式指令，以便執行本發明之態樣。
本文中參考根據本發明之實施例的方法、設備(系統)及電腦程式產物之流程圖說明及/或方塊圖來描述本發明之態樣。應理解，可藉由電腦可讀程式指令實施流程圖說明及/或方塊圖之每一區塊，以及流程圖說明及/或方塊圖中之區塊的組合。可將此等電腦可讀程式指令提供至通用電腦、專用電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器以產生機器，使得經由該電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器執行的指令創建用於實施該一或多個流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作的構件。亦可將此等電腦可讀程式指令儲存於電腦可讀儲存媒體中，該等指令可指導電腦、可程式化資料處理設備及/或其他裝置以特定方式起作用，使得儲存有指令之電腦可讀儲存媒體包含製品，該製品包括實施該一或多個流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作之態樣的指令。電腦可讀程式指令亦可載入至電腦、其他可程式化資料處理設備或其他裝置上，以使一系列操作動作在電腦、其他可程式化設備或其他裝置上執行以產生電腦實施程序，使得在電腦、其他可程式化設備或其他裝置上執行之指令實施一或多個流程圖及/或方塊圖區塊中所指定之功能/動作。
諸圖中之流程圖及方塊圖說明根據本發明之各種實施例的系統、方法及電腦程式產品之可能實施方案的架構、功能性及操作。就此而言，流程圖或方塊圖中之每一區塊可表示指令之模組、區段或部分，其包含用於實施指定邏輯功能之一或多個可執行指令。在一些替代實施方案中，區塊中提到之功能可能不以諸圖中所提到之次序發生。舉例而言，取決於所涉及的功能性，連續展示之兩個區塊實際上可實質上同時執行，或該等區塊可有時以相反次序執行。亦將注意，可藉由執行指定功能或動作或進行專用硬體與電腦指令之組合的基於專用硬體之系統來實施方塊圖及/或流程圖說明之每一區塊，及方塊圖及/或流程圖說明中之區塊的組合。
雖然上文已在運行於一台電腦及/或多台電腦上之電腦程式產品的電腦可執行指令之一般上下文中描述了主題，但熟習此項技術者將認識到，本公開亦可或可結合其他程式模組來實施。一般而言，程式模組包括執行特定任務及/或實施特定抽象資料類型的常式、程式、組件、資料結構等。此外，熟習此項技術者應瞭解，本發明之電腦實施方法可運用其他電腦系統組態來實踐，該等組態包括單處理器或多處理器電腦系統、小型運算裝置、大型電腦以及電腦、手持型運算裝置(例如，PDA、電話)、基於微處理器的或可程式化的消費型或工業電子裝置及其類似者。所說明態樣亦可在分散式運算環境中實踐，其中任務係藉由經由通信網路鏈接之遠端處理裝置執行。然而，本公開之一些態樣(若非全部)可在獨立電腦上實踐。在分散式運算環境中，程式模組可位於本端及遠端記憶體儲存裝置兩者中。舉例而言，在一或多個實施例中，電腦可執行組件可自可包括或包含一或多個分散式記憶體單元之記憶體執行。如本文中所使用，術語「記憶體」及「記憶體單元」可互換。另外，本文中所描述之一或多個實施例可以分散方式執行電腦可執行組件之程式碼，例如多個處理器組合或協同工作以執行來自一或多個分散式記憶體單元之程式碼。如本文中所使用，術語「記憶體」可涵蓋在一個位置處之單個記憶體或記憶體單元或在一或多個位置處之多個記憶體或記憶體單元。
如本申請案中所使用，術語「組件」、「系統」、「平台」、「介面」及/或其類似者可指及/或可包括電腦相關實體或與具有一或多個特定功能性之操作機器相關的實體。本文中所揭示之實體可為硬體、硬體與軟體之組合、軟體，或執行中軟體。舉例而言，組件可為但不限於在處理器上運行之程序、處理器、物件、可執行體、執行緒、程式及/或電腦。作為說明，在伺服器上運行之應用程式及伺服器兩者可為組件。一或多個組件可駐留於程序及/或執行緒內，且一組件可位於一台電腦上及/或分散於兩台或多於兩台電腦之間。在另一實例中，各別組件可自上面儲存有各種資料結構的各種電腦可讀媒體執行。組件可諸如根據具有一或多個資料封包之信號經由本端及/或遠端程序進行通信(例如，來自一個組件之資料與本端系統、分散式系統中之另一組件相互作用，及/或經由信號跨越諸如網際網路之網路而與其他系統相互作用)。作為另一實例，組件可為具有由電氣或電子電路系統操作之機械零件所提供之特定功能性的設備，該設備由處理器所執行之軟體或韌體應用程式來操作。在此狀況下，處理器可在設備內部及/或外部且可執行軟體或韌體應用程式之至少一部分。作為又一實例，組件可為經由無機械零件之電子組件提供特定功能性的設備，其中該等電子組件可包括處理器或其他構件以執行至少部分地賦予電子組件之功能性的軟體或韌體。在一態樣中，組件可經由虛擬機仿真電子組件，例如在雲端運算系統內。
此外，術語「或」欲意謂包括性「或」而非排他性「或」。亦即，除非另外規定或自上下文清楚可見，否則「X使用A或B」欲意謂自然包括性排列中之任一者。亦即，若X使用A；X使用B；或X使用A及B兩者，則「X使用A或B」在前述情況中之任一者下被滿足。此外，除非另外規定或自上下文清楚可見係針對單數形式，否則如在本說明書及隨附圖式中所使用之詞「一(a及an)」通常應解釋為意謂「一或多個」。如本文中所使用，術語「實例」及/或「例示性」用以意謂充當實例、例項或說明。為避免疑問，本文中所揭示之主題不受此類實例限制。此外，本文中描述為「實例」及/或「例示性」之任何態樣或設計未必解釋為比其他態樣或設計較佳或有利，亦不意欲排除一般熟習此項技術者已知之等效例示性結構及技術。
如本說明書中所使用，術語「處理器」可實質上指任何運算處理單元或裝置，其包含但不限於單核處理器；具有軟體多執行緒執行能力之單處理器；多核處理器；具有軟體多執行緒執行能力之多核處理器；具有硬體多執行緒技術之多核處理器；並行平台；及具有分散式共用記憶體之並行平台。另外，處理器可指積體電路、特殊應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、場可程式化閘陣列(FPGA)、可程式化邏輯控制器(PLC)、複雜可程式化邏輯裝置(CPLD)、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合。另外，處理器可採用奈米級架構，諸如但不限於基於分子及量子點之電晶體、開關及閘，以便最佳化空間使用且增強使用者設備之效能。處理器亦可實施為運算處理單元之組合。在本公開中，諸如「儲存區」、「儲存器」、「資料儲存區」、「資料儲存器」、「資料庫」以及與組件之操作及功能性相關的實質上任何其他資訊儲存組件的術語用以指「記憶體組件」、體現於「記憶體」中之實體或包含記憶體之組件。應瞭解，本文中所描述之記憶體及/或記憶體組件可為揮發性記憶體或非揮發性記憶體，或可包括揮發性記憶體及非揮發性記憶體兩者。作為說明而非限制，非揮發性記憶體可包括唯讀記憶體(ROM)、可程式化ROM (PROM)、電可程式化ROM (EPROM)、電可抹除ROM (EEPROM)、快閃記憶體或非揮發性隨機存取記憶體(RAM) (例如，鐵電RAM (FeRAM))。揮發性記憶體可包括RAM，其可充當例如外部快取記憶體。作為說明而非限制，RAM可以許多形式可用，諸如同步RAM (SRAM)、動態RAM (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、雙資料速率SDRAM (DDR SDRAM)、增強型SDRAM (ESDRAM)、同步鏈路DRAM (SLDRAM)、直接Rambus RAM (DRRAM)、直接Rambus動態RAM (DRDRAM)及Rambus動態RAM (RDRAM)。另外，本文中之系統或電腦實施方法的所揭示記憶體組件意欲包括但不限於包括此等及任何其他合適類型的記憶體。
上文已描述之內容僅包括系統及電腦實施方法之實例。當然，不可能出於描述本公開之目的而描述組件或電腦實施方法之每一可設想到的組合，但一般熟習此項技術者可認識到，本公開之許多其他組合及排列係可能的。此外，就術語「包括」、「具有」、「擁有」及其類似者用於實施方式、申請專利範圍、附錄及圖式中而言，此類術語意欲以類似於術語「包含」在申請專利範圍中用作過渡詞時解譯「包含」之方式而為包括性的。
各種實施例之描述已出於說明之目的而呈現，但並不意欲為詳盡的或限於所揭示之實施例。在不脫離所描述實施例之範疇及精神的情況下，一般熟習此項技術者將顯而易見許多修改及變化。本文中所使用之術語經選擇以最佳解釋實施例之原理、實際應用或對市場中發現的技術之技術改良，或使得其他一般熟習此項技術者能夠理解本文中所揭示之實施例。
100:量子裝置 110:偏壓組件 120:第一量子位元 125:第一驅動線 130:第二量子位元 135:第二驅動線 140:可調諧耦合 200:曲線圖 202:CW載頻調 204:單量子位元脈衝載頻調 206:單量子位元脈衝載頻調 208:雙量子位元糾纏脈衝載頻調 210:單量子位元脈衝載頻調 212:雙量子位元糾纏脈衝載頻調 250:曲線圖 252:CW載頻調 254:單量子位元脈衝載頻調 256:單量子位元脈衝載頻調 258:單量子位元脈衝載頻調 300:曲線圖 310:低ZZ靜態相互作用區 320:線 400:曲線圖 410:線 420:線 430:線 440:線 450:線 460:線 470:線 480:線 490:線 500:曲線圖 510:低ZZ靜態相互作用區 520:線 600:曲線圖 610:線 620:線 630:線 640:線 650:線 660:線 670:線 680:線 690:線 700:曲線圖 800:曲線圖 900:曲線圖 1000:曲線圖 1100:曲線圖 1200:曲線圖 1300:曲線圖 1310:線 1320:線 1330:線 1400:曲線圖 1500:曲線圖 1510:線 1520:線 1530:線 1600:曲線圖 1700:電腦實施方法 1710:步驟 1720:步驟 1800:操作環境 1812:電腦 1814:處理單元 1816:系統記憶體 1818:系統匯流排 1820:揮發性記憶體 1822:非揮發性記憶體 1824:磁碟儲存器 1826:介面 1828:作業系統 1830:系統應用程式 1832:程式模組 1834:程式資料 1836:輸入裝置 1838:介面埠 1840:輸出裝置 1842:輸出配接器 1844:遠端電腦 1846:記憶體儲存裝置 1848:網路介面 1850:通信連接件 f_stark:第一頻率/第二頻率 Ω 0:第一驅動振幅 Ω 1:第二驅動振幅 ϕ 0:第一驅動相位 ϕ 1:第二驅動相位
圖1示出根據本文中所描述之一或多個實施例的可促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的實例非限制性裝置之方塊圖。
圖2示出根據本文中所描述之一或多個實施例的實例非限制性量子位元驅動載頻調(或驅動信號)。
圖3示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪ZZ相互作用強度對比CW載頻調與第一量子位元CW載頻調驅動強度(或振幅)之間的相對相位差的實例非限制性曲線圖。
圖4示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪針對不同CW載頻調振幅而取決於交叉諧振驅動強度(或振幅)之ZX速率的實例非限制性曲線圖。
圖5示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪ZZ相互作用強度對比CW載頻調與第一量子位元CW載頻調振幅之間的相對相位差的另一實例非限制性曲線圖。
圖6示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪針對不同CW載頻調振幅而取決於交叉諧振驅動強度之ZX速率的實例非限制性曲線圖。
圖7至圖10示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪在單量子位元閘操作期間藉由CW載頻調促進之靜態ZZ相互作用減少的實例非限制性曲線圖。
圖11至圖12示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪在雙量子位元閘操作期間藉由CW載頻調促進之靜態ZZ相互作用減少的實例非限制性曲線圖。
圖13示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度之ZZ相互作用強度的實例非限制性曲線圖。
圖14示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度之ZX速率的實例非限制性曲線圖。
圖15示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度之ZZ相互作用強度的另一實例非限制性曲線圖。
圖16示出根據本文中所描述之一或多個實施例的描繪取決於交叉諧振驅動強度之ZX速率的另一實例非限制性曲線圖。
圖17示出根據本文中所描述之一或多個實施例的促進對量子運算裝置之ZZ相互作用之動態控制的實例非限制性電腦實施方法之流程圖。
圖18示出可促進本文中所描述之一或多個實施例的實例非限制性操作環境之方塊圖。
1700:電腦實施方法
1710:步驟
1720:步驟

Claims (25)

  1. 一種量子裝置，其包含： 一偏壓組件，其經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元，其中該偏壓組件使用經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  2. 如請求項1之量子裝置，其中該偏壓組件藉由動態地調整該等CW載頻調之間的一相對相位差來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  3. 如請求項2之量子裝置，其中動態地調整該等CW載頻調之間的該相對相位差會消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一靜態ZZ相互作用。
  4. 如請求項2之量子裝置，其中在動態地調整該等CW載頻調之間的該相對相位差時，該等CW載頻調之各別振幅保持恆定。
  5. 如請求項1之量子裝置，其中經由該等各別的第一及第二驅動線施加的該等CW載頻調包含一共同頻率。
  6. 如請求項5之量子裝置，其中該共同頻率係使用與該第一量子位元或該第二量子位元之各別躍遷非諧振的一頻率定義。
  7. 如請求項1之量子裝置，其中該偏壓組件藉由校準該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用以消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一雙量子位元閘操作期間的一淨ZZ相互作用來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  8. 如請求項7之量子裝置，其中該淨ZZ相互作用具有基於該第一量子位元與該第二量子位元之間的一交換耦合強度的一量值。
  9. 如請求項1之量子裝置，其中該偏壓組件藉由動態地調整經由該等各別的第一及第二驅動線施加之該等CW載頻調當中的至少一個CW載頻調之一振幅來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  10. 如請求項9之量子裝置，其中動態地調整該至少一個CW載頻調之該振幅會消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一靜態ZZ相互作用。
  11. 如請求項9之量子裝置，其中在動態地調整該等CW載頻調中之該至少一者的該振幅時，該等CW載頻調之間的相對相位差保持恆定。
  12. 如請求項1之量子裝置，其中該偏壓組件藉由調諧該等CW載頻調以消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  13. 如請求項12之量子裝置，其中在調諧該等CW載頻調以消除該ZZ相互作用時，該偏壓組件進一步重新校準該第一量子位元及該第二量子位元之各別操作頻率。
  14. 一種電腦實施方法，其包含： 藉由操作性地耦接至一處理器之一系統經由各別的第一及第二驅動線將一偏壓組件耦接至第一及第二量子位元；及 藉由該系統使用該偏壓組件以藉由經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調來動態地控制該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用。
  15. 如請求項14之電腦實施方法，其中該系統使用該偏壓組件以藉由動態地調整該等CW載頻調之間的一相對相位差來動態地控制該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用，其中動態地調整該相對相位差會消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一靜態ZZ相互作用。
  16. 如請求項14之電腦實施方法，其中該系統使用該偏壓組件以藉由動態地調整經由各別的第一及第二驅動線施加之該等CW載頻調當中的至少一個CW載頻調之一振幅來動態地控制該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用，且其中動態地調整該至少一個CW載頻調之該振幅會消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一靜態ZZ相互作用。
  17. 如請求項14之電腦實施方法，其中該系統使用該偏壓組件以藉由校準該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用以便消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一雙量子位元閘操作期間的一淨ZZ相互作用來動態地控制該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用。
  18. 如請求項14之電腦實施方法，其中該系統使用該偏壓組件以藉由調諧該等CW載頻調以消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用來動態地控制該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用。
  19. 如請求項18之電腦實施方法，其進一步包含： 在調諧該等CW載頻調以消除該ZZ相互作用時，藉由該系統重新校準該第一量子位元及該第二量子位元之各別操作頻率。
  20. 一種電腦程式產品，其包含一電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀儲存媒體具有藉由其體現之程式指令，該等程式指令可由一處理器執行以使該處理器進行以下操作： 藉由該處理器經由各別的第一及第二驅動線將一偏壓組件操作性地耦接至第一及第二量子位元；及 藉由該處理器使用該偏壓組件以藉由經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  21. 如請求項20之電腦程式產品，其中該處理器使用該偏壓組件以藉由動態地調整該等CW載頻調之間的一相對相位差或藉由調整該等CW載頻調中之至少一者的一振幅或藉由動態地調整經由各別的第一及第二驅動線施加之該等CW載頻調當中的至少一個CW載頻調之一振幅來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  22. 一種量子裝置，其包含： 一偏壓組件，其經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元，其中該偏壓組件藉由動態地調整經由該等各別的第一及第二驅動線施加之連續波(CW)載頻調之間的一相對相位差來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制，且其中該等CW載頻調包含與該第一量子位元或該第二量子位元之各別躍遷非諧振的一頻率。
  23. 如請求項22之量子裝置，其中該偏壓組件藉由校準該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用以便消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一雙量子位元閘操作期間的一淨ZZ相互作用來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  24. 一種量子裝置，其包含： 一偏壓組件，其經由各別的第一及第二驅動線操作性地耦接至第一及第二量子位元，其中該偏壓組件藉由動態地調整經由該第一驅動線施加之一第一連續波(CW)載頻調的一第一振幅、動態地調整經由該第二驅動線施加之一第二CW載頻調的一第二振幅或其一組合來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
  25. 如請求項24之量子裝置，其中該偏壓組件藉由校準該第一量子位元與該第二量子位元之間的一ZZ相互作用以消除該第一量子位元與該第二量子位元之間的一雙量子位元閘操作期間的一淨ZZ相互作用來促進對該第一量子位元與該第二量子位元之間的ZZ相互作用之動態控制。
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