TW202345037A - 量子計算元件頻率偏移 - Google Patents

Abstract

根據一實施例，一種用於量子計算元件頻率偏移的佈置，包括：複數個永久電流環，每個永久電流環可耦合到相應量子計算元件；第一複數條信號線，其中，每個永久電流環耦合到該第一複數條信號線中的相應信號線；以及第二複數條信號線，其中，每個永久電流環耦合到該第二複數條信號線中的相應信號線；其中，每個永久電流環被配置為響應於該第一複數條信號線中的相應信號線和/或該第二複數條信號線中的相應信號線中的脈衝，而在該永久電流環中感應出永久電流，其中，該永久電流被配置為引起該相應量子計算元件的頻率之偏移。

Description

量子計算元件頻率偏移

本發明係關於一種量子計算，且尤其關於一種用於量子計算元件頻率偏移的佈置及一種量子計算系統。

隨著量子位元數量的增加，微調每個量子位元直流(DC)通量的要求需要越來越多的電纜和設備，這會以多種方式增加系統的複雜性和成本。直流電線還會引入低頻噪聲，從而限制量子位元的同調時間(coherence time)並導致漂移。一種選擇是專注於直流電源設計。然而，無論可用的直流電源種類如何，控制例如2500個量子位元或耦合器都是一項複雜的任務。可以使用處於不同溫度階段的機械或半導體開關，但它們都有缺點。

提供此發明內容是為了以簡化的形式介紹一些概念的選項，這些概念將在下面的實施方式中進一步描述。此發明內容不旨在識別要求保護的標的的關鍵特徵或基本特徵，也不旨在用於限制要求保護的標的的範圍。

一個目的是提供一種用於量子計算元件頻率偏移的佈置和量子計算系統。上述和其他目的通過獨立請求項的特徵實現。進一步的實施形式從附屬請求項、說明書和附圖中顯而易見。

根據第一態樣，一種用於量子計算元件頻率偏移的佈置包括：複數個永久電流環，每個永久電流環包括至少一個約瑟夫森接面、至少一個分流電阻元件和至少一個電感元件，並且每個永久電流環可耦合到相應量子計算元件；第一複數條信號線，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環耦合到該第一複數條信號線中的相應信號線；以及第二複數條信號線，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環耦合到該第二複數條信號線中的相應信號線；其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環被配置為響應於該第一複數條信號線中的相應信號線和/或該第二複數條信號線中的相應信號線中的脈衝，而在該永久電流環中感應出永久電流，其中，該永久電流被配置為引起該相應量子計算元件的頻率之偏移。例如，該佈置可以在所需信號線和/或信號源數量減少的情況下改變該量子計算元件的頻率。

在第一態樣的一種實施形式中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環電性耦合該第一複數條信號線中的該相應信號線和該第二複數條信號線中的該相應信號線，並且被配置為響應於該第一複數條信號線中的該相應信號線與該第二複數條信號線中的該相應信號線之間通過該至少一個約瑟夫森接面的電流超過該至少一個約瑟夫森接面的臨界電流，而在該永久電流環中感應出該永久電流。例如，該佈置可以在所需信號線和/或信號源數量減少的情況下改變該量子計算元件的頻率。

在第一態樣的另一種實施形式中，每個永久電流環通過至少一個第一耦合電阻元件和/或至少一個第一耦合電感元件電性耦合到該第一複數條信號線中的該相應信號線，並且其中，每個永久電流環通過至少一個第二耦合電阻元件和/或至少一個第二耦合電感元件耦合到該第二複數條信號線中的該相應信號線。耦合電阻元件和/或耦合電感元件可以例如限制反向電流流向未定址的永久電流環。

在第一態樣的另一種實施形式中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環電感耦合到該第一複數條信號線中的該相應信號線和該第二複數條信號線中的該相應信號線，並且被配置為當第一脈衝和第二脈衝在該永久電流環中的總感應電流大於該永久電流環的至少一個約瑟夫森接面的臨界電流時，響應於該第一複數條信號線中之該相應信號線中的該第一脈衝和該第二複數條信號線中之該相應信號線中的該第二脈衝，而在該永久電流環中感應出該永久電流。例如，該佈置可以在所需信號線和/或信號源數量減少的情況下改變量子計算元件的頻率。

在第一態樣的另一種實施形式中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環電可電感耦合到該相應量子計算元件，並且被配置為經由由該永久電流感應的磁場引起該相應量子計算元件的該頻率之該偏移。例如，該佈置可以通過該永久電流感應的該磁場有效地偏移該相應量子計算元件的該頻率。

在第一態樣的另一種實施形式中，每個量子計算元件包括至少一個約瑟夫森接面，並且其中該磁場被配置為調整該相應量子計算元件的該至少一個約瑟夫森接面的約瑟夫森電感。例如，該佈置可以通過調整該相應量子計算 元件的該至少一個約瑟夫森接面的該約瑟夫森電感來有效地偏移該相應量子計算元件的該頻率。

在第一態樣的另一種實施形式中，每個量子計算元件包括一個量子位元或量子位元之間的耦合器。

根據第二態樣，一種量子計算系統包括複數個量子位元和根據第一態樣的佈置，其中，該佈置的該複數個永久電流環中的至少一個永久電流環耦合到該複數個量子位元中的相應量子位元。例如，該佈置可以通過該永久電流微調該量子位元的頻率。因此，微調不需要持續的外部電流。

在第二態樣的一種實施形式中，該量子計算系統進一步包括複數個耦合器，其中，每個耦合器耦合到該複數個量子位元中的兩個量子位元並且被配置為控制該兩個量子位元之間的耦合，並且其中，該佈置的該複數個永久電流環中的至少一個永久電流環耦合到該複數個耦合器中的相應耦合器。例如，該佈置可以通過該永久電流微調該耦合器的頻率。因此，微調不需要持續的外部電流。

在第二態樣的另一種實施形式中，該複數個量子位元中的每個量子位元包含至少一個約瑟夫森接面和/或其中該複數個耦合器中的每個耦合器包含至少一個約瑟夫森接面。

在第二態樣的另一個實施形式中，複數個量子位元包括超導量子位元。

在第二態樣的另一個實施形式中，量子計算系統進一步包括控制單元，該控制單元耦合到該佈置的該第一複數條信號線和該第二複數條信號線，並且被配置為通過向該第一複數條信號線中對應於目標量子位元的信號線和/或 該第二複數條信號線中對應於目標量子位元的信號線提供脈衝而偏移該複數個量子位元中的目標量子位元的頻率。例如，該系統可以有效地微調該目標量子位元的頻率。

通過參考結合附圖考慮以下實施方式，隨著許多伴隨特徵變得能夠更佳地瞭解，將更容易理解這些伴隨特徵。

100:佈置

101:永久電流環

102:約瑟夫森接面

103:電感元件

105:第一複數條信號線

106:第二複數條信號線

110:耦合、電磁耦合

111:耦合、電磁耦合

201:分流電阻元件

202:第一耦合電感元件、耦合電感元件

203:第二耦合電感元件、耦合電感元件

301:第一電感元件

302:第二電感元件

303:第三電感元件

304:第四電感元件

401:電感元件

402:量子計算元件

403:約瑟夫森接面

501:曲線

601:曲線

701:曲線

1100:量子計算系統、系統

1101:量子位元

1102:耦合器

1103:控制單元

1201:處理器

1202:記憶體

在下文中，參考附圖和附圖更詳細地描述示例實施例，其中：

圖1示出了根據一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置的示意圖；

圖2圖示了根據另一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置的示意圖；

圖3圖示了根據另一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置的示意圖；

圖4示出了根據一個實施例的永久電流環與量子計算元件之間的耦合的示意圖；

圖5示出了根據一個實施例的不同永久電流環中的電流模擬的曲線圖表示；

圖6示出了在每個永久電流環的約瑟夫森接面中流動的電流的模擬的曲線圖表示；

圖7示出了在每個永久電流環的電阻元件中流動的電流的模擬的曲線圖表示；

圖8示出了針對不同脈衝長度在永久電流環中流動的電流的模擬的曲線圖表示；

圖9示出了電流在所定址的永久電流環的電阻元件中流動的模擬的曲線圖表示；

圖10示出了當從一個永久電流環中添加和去除永久電流時在永久電流環中流動的電流的模擬的繪圖表示；

圖11圖示了根據一個實施例的量子計算系統1100的示意圖；以及

圖12圖示了根據實施例的控制單元的示意圖。

在下文中，相同的元件符號用於指示附圖中的相同部分。

在下面的描述中，參考了構成本揭露的一部分的附圖，並且在附圖中通過說明的方式示出了本揭露可以置於其中的具體態樣。應當理解，可以利用其他態樣，並且可以在不脫離本揭露的範圍的情況下進行結構或邏輯改變。因此，以下實施方式不應理解為限制意義，因為本揭露的範圍由所附申請專利範圍限定。

例如，應當理解，與所描述的方法相關的揭露也適用於被配置為執行該方法的相應裝置或系統，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步驟，則相應的裝置可以包括執行所描述的方法步驟的單元，即使這樣的單元沒有在圖中明確描述或圖示。另一方面，例如，如果特定設備是基於功能單元描述的，則相應的方法可以包括執行所描述的功能的步驟，即使這樣的步驟沒有在圖中 明確描述或圖示。此外，應當理解，除非另有具體說明，否則此處描述的各個示例態樣的特徵可以相互組合。

圖1圖示了根據一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置100的示意圖。

根據一個實施例，用於量子計算元件頻率偏移的佈置100包括複數個永久電流環(persistent current loop)，每個永久電流環101包括至少一個約瑟夫森接面(Josephson junction)102、至少一個分流電阻元件201和至少一個電感元件103，並且每個永久電流環101可耦合到相應的量子計算元件。

量子計算元件可以包括例如量子位元或量子位元之間的耦合器。

佈置100還可以包括第一複數條信號線105，其中複數個永久電流環中的每個永久電流環101耦合110到第一複數條信號線105中的相應信號線。

每個永久電流環101可以電磁耦合110到第一複數條信號線105中的相應信號線。例如，每個永久電流環可以電流耦合(Galvanically coupled)到第一複數條信號線105中的相應信號線。因此，可能有電流從相應的信號線流向永久電流環。或者，每個永久電流環可以電感和/或電容耦合到第一複數條信號線105中的相應信號線。因此，在沒有電流在永久電流環和信號線之間流動的情況下，永久電流環和信號線之間可能存在電磁相互作用。

佈置100還可以包括第二複數條信號線106，其中複數個永久電流環中的每個永久電流環101耦合111到第二複數條信號線106中的相應信號線。

每個永久電流環101可以電磁耦合111到第二複數條信號線106中的相應信號線。例如，每個永久電流環可以電流耦合到第二複數條信號線106中 的相應信號線。因此，可能有電流從相應的信號線流向永久電流環。或者，每個永久電流環可以電感和/或電容耦合到第二複數條信號線106中的相應信號線。因此，在沒有電流在永久電流環和信號線之間流動的情況下，永久電流環和信號線之間可能存在電磁相互作用。

第一複數條信號線105和第二複數條信號線106可以形成矩陣。第一複數條信號線105可以對應於矩陣的列並且第二複數條信號線106可以對應於矩陣的行，反之亦然。

複數個永久電流環中的每個永久電流環101可以被配置為響應於第一複數條信號線105中的對應信號線和/或第二複數條信號線106中的對應信號線中的脈衝，而在永久電流環101中感應出永久電流，其中，永久電流被配置為引起相應量子計算元件的頻率偏移。

每個永久電流環101可以以各種方式耦合到對應的量子計算元件。例如，每個永久電流環101可以電性連接到用於將永久電流環耦合到量子計算元件的電感元件。電感元件可以被配置為通過引起磁通量通過量子計算元件來改變相應的量子計算元件的頻率。

可以通過將脈衝驅動到第一複數條信號線105和/或第二複數條信號線中的相應信號線中來定址每個永久電流環。添加了永久電流的永久電流環可以稱為定址的永久電流環(addressed persistent current loop)、目標永久電流環(target persistent current loop)等。第一複數條信號線105和/或第二複數條信號線106中的其他信號線可以例如在定址期間處於浮動狀態。當信號線處於浮動狀態時，可能沒有電流可以流經的電性連接。因此，永久電流僅被添加到所定址的永久電流環中。

在此，永久電流可以指的是將分流的約瑟夫森接面偏壓到其臨界電流以上以允許永久電流在永久電流環101中累積的效應。分流約瑟夫森接面實際上指的是永久電流環包括分流電阻元件201。分流電阻元件201也可以稱為分流電阻器或類似物。分流電阻元件201可以允許暫態(transient)在永久電流環101中穩定。因此，即使在穩定狀態下電流沒有流過分流電阻元件201，分流電阻元件201可以允許永久電流環101可控地在電感元件103和約瑟夫森接面102中累積永久電流以達到穩定狀態。

由於通過永久電流環101的磁通量被量化，所以可以將永久電流以離散通量量子添加到每個永久電流環101中。

通量量子的累積也可以被視為類似於在約瑟夫森接面102搓板電位(washboard potential)中穿過電位山丘(potential hill)的相位粒子。分流電阻元件201在它(通過脈衝)“踢”過電位山丘時用於阻尼系統，以便相位粒子在穿過搓板電位的下一個(不需要的)山丘之前停在下一個山谷的底部。

信號線可以被實現為例如印刷電路板(PCB)上的跡線、矽晶片上的跡線、電纜、傳輸線、波導等。信號線可以包括超導信號線。

量子計算單元(QPU)通常要求在校準階段使用高保真直流(DC)偏壓對每個量子位元和量子位元之間的耦合器進行微調。例如，微調可以補償量子位元和/或耦合器之間的製造差異。偏壓電流可以由例如可編程低噪聲直流源提供。例如，對於一個1000量子位元的QPU，這相當於大約2500根直流電線和室溫下的相應10個低漂移直流電源。每個QPU運行2500個高保真可編程直流電源的成本和複雜性可能需要大量的基礎設施。此外，如果QPU位於低溫恆溫 器中，則可能還需要大量DC佈線向下連接至低溫恆溫器。在QPU運行期間也可能需要連續的電流以維持微調。

佈置100可以使用外部電流源在每個量子計算元件的基礎上設置永久電流以供應初始永久電流。佈置100可以在例如QPU晶片本身上實現，或者作為堆疊的輔助晶片實現，該晶片能夠在持續狀態下在低溫恆溫器溫度下操作而不會由於永久電流而產生功耗。因此，佈置100也不會增加低溫恆溫器的熱負荷。可以斷開外部電流，因此來自室溫源的噪聲不會影響QPU。可以依序使用單個高保真外部直流電源來為任意數量的量子位元和耦合器設置永久電流。

佈置100可能需要用於N個量子計算元件的兩組sqrt(N)信號線。因此，對於2500個計算元件的晶片，可能需要50+50條來自室溫的線。在室溫下，只需使用一個或兩個電流源，即可使用一個簡單的開關矩陣來設置所有2500個永久電流。

佈置100可以在校準階段微調例如QPU的每個量子位元和耦合器的頻率。由於永久電流環101中的永久電流，在QPU的操作期間不需要連續的微調電流。

如果由於通量量化的限制而需要，可以使用一個約瑟夫森接面、多個串聯的約瑟夫森接面或幾個具有不同耦合的並聯永久電流環來將電感添加到永久電流環中，以實現累加效應(additive effect)。約瑟夫森電感相較於幾何電感可以做得相對較大。可以放置在永久電流環中的最大通量量子數與總迴路電感成正比(對於給定的分流約瑟夫森接面臨界電流)，因此迴路電感越大，可用的永久電流位準就越大，因此更容易進行更廣泛的調整。

圖2圖示了根據另一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置的示意圖。

根據一個實施例，複數個永久電流環中的每個永久電流環101電性耦合到第一複數條信號線105中對應的信號線和第二複數條信號線106中對應的信號線，並且被配置為響應於第一複數條信號線105中的相應信號線和通過至少一個約瑟夫森接面102的第二複數條信號線106中的對應信號線超過至少一個約瑟夫森接面102的臨界電流而在永久電流環中感應出永久電流。

在圖2的實施例中，每個永久電流環包括使用分流電阻元件201分流的約瑟夫森接面102。經分流的約瑟夫森接面101與至少一電感元件103形成永久電流環101。因為分流電阻元件201起到阻尼振盪的作用，因此分流電阻元件201可以允許永久電流環在偏壓期間以可控方式獲取通量量子。一旦在永久電流環101中建立了永久電流，分流電阻元件201就不再起作用，即分流電阻元件201兩端沒有電壓，分流電阻元件201處於穩態時沒有電流流過。相反，電流僅流過約瑟夫森接面101和至少一個電感元件103。

例如，電流可以由第一複數條信號線105中的相應信號線中的脈衝引起，以及經由所定址的永久電流環流入第二複數條信號線106中的相應信號線中的脈衝引起，反之亦然。

在脈衝期間電流和電壓都不是完全恆定的，因為信號線耦合到永久電流環及其動態。低阻抗電壓源可以將脈衝饋送到具有實部和虛部的一定阻抗的信號線，這導致電流在超導信號線中流動，這對永久電流環的內部動態有一些響應。超導信號線中的電流由饋線(feed line)的阻抗設置，該阻抗的一部分是真實的。然而，如果超導線弱耦合到電流迴路，則可以考慮近似恆定的電流脈衝， 其值由系統中的其他阻抗設置。饋線可能在晶片上的超導線之前有一些濾波和一些電阻。

當超過至少一個約瑟夫森接面102的臨界電流時，通量量子被添加到永久電流環101中。

電性耦合可以包括例如電流耦合或允許電流經由至少一個約瑟夫森接面102在第一複數條信號線105中的相應信號線和第二複數條信號線106中的相應信號線之間流動的任何其他類型的耦合。

可以通過將脈衝驅動到第一複數條信號線105中的相應信號線並允許電流經由所定址的永久電流環流到第二複數條信號線106中的相應信號線來定址每個永久電流環。第一複數條信號線105和/或第二複數條信號線106中的其他信號線可以處於浮動狀態。這樣，電流可以通過永久電流環從第一複數條信號線105中的相應信號線流向第二複數條信號線106中的相應信號線。電流流動可以在永久電流環中引起永久電流。

根據一個實施例，每個永久電流環101通過至少一個第一耦合電阻元件和/或至少一個第一耦合電感元件202電性耦合到第一複數條信號線105中的相應信號線，並且每個永久電流環101通過至少一個第二耦合電阻元件和/或至少一個第二耦合電感元件203耦合到第二複數條信號線106中的相應信號線。

耦合電感元件202、203和/或耦合電阻元件起到與分流電阻元件201不同的作用。在分流電阻元件201抑制該特定迴路中的約瑟夫森振盪的情況下，耦合電感元件202、203和/或耦合電阻元件通過修改電路動態並允許電流僅在一個永久電流環而不是幾個中累積來優先化特定電流路徑。在沒有浮動迴路的情況下使用垂直-水平網格定址時，存在幾條較弱的電流路徑，如果沒有這些 元件，它們也會導致其他迴路累積永久電流。耦合電感元件202、203和/或耦合電阻元件使不期望的電流保持在累積閾值以下。即使在脈衝期間一些電流也可能存在於其他迴路中，由此產生的穩定狀態使得電流僅被添加到所定址的永久電流環中。

耦合電阻元件和/或耦合電感元件202、203可以限制反向電流流向未定址的永久電流環並且優先考慮已定址的永久電流環以防止將通量量子添加到其他迴路中。在沒有耦合電阻元件和/或耦合電感元件202、203的情況下，一些量子也可能在未定址的永久電流環中。此外，耦合電阻元件可以導致穩定系統。

例如，在圖2的實施例中，每個永久電流環101通過第一耦合電感元件202電性耦合到第一複數條信號線105中的相應信號線，並且通過第二耦合電感元件203電性耦合到第二複數條信號線106中的相應信號線。

在其他實施例中，第一耦合電感元件202可以由第一耦合電阻元件代替，第二耦合電感元件203可以由第二耦合電阻元件代替。

圖3圖示了根據另一個實施例的用於量子計算元件頻率偏移的佈置的示意圖。

根據一個實施例，複數個永久電流環中的每個永久電流環101電感耦合到第一複數條信號線105中的相應信號線和第二複數條信號線106中的相應信號線，並且被配置為當第一脈衝和第二脈衝在永久電流環中的總感應電流大於永久電流環101的至少一個約瑟夫森接面102的臨界電流時，響應於第一複數條信號線105中相應信號線中的第一脈衝和第二複數條信號線106中相應信號線中的第二脈衝而在永久電流環101中感應出永久電流。

例如，在圖3的實施例中，每個永久電流環包括第一電感元件301和第二電感元件302，第一複數條信號線105中的每條信號線包括第三電感元件303，並且第二複數條信號線106中的每條信號線包括第四電感元件304。第一電感元件301可以電感耦合到第三電感元件303並且第二電感元件302可以電感耦合到第四電感元件304。第一電感元件301和/或第二電感元件304可以對應於至少一個電感元件103。

在圖3的實施例中，永久電流環包括約瑟夫森接面102和分流電阻元件201。這也可以稱為分路RF超導量子干涉裝置(superconducting quantum interference device；SQUID)。

第一脈衝和第二脈衝對永久電流環101的累加效應可以隨意從已定址的永久電流環中增加或減少通量量子，同時使未定址的永久電流環中的量子保持不變。單個脈衝的振幅可以被設置為低於約瑟夫森接面102的臨界電流的合適值，但是使得兩個脈衝加起來高於臨界電流的值。

圖4圖示了根據一個實施例的永久電流環和量子計算元件之間的耦合的示意圖。

根據一個實施例，複數個永久電流環中的每個永久電流環101可電感耦合到相應的量子計算元件402，並且被配置為經由由永久電流感應的磁場引起相應量子計算元件402的頻率偏移。

例如，在圖4的實施例中，永久電流環101電性耦合到電感元件401。電感元件401可以對應於至少一個電感元件103。電感元件401可以被配置為經由由電感元件401中的永久電流感應的磁場引起對應的量子計算元件402的頻率偏移。

根據一個實施例，每個量子計算元件402包括至少一個約瑟夫森接面403，並且磁場用於調整相應的量子計算元件402的至少一個約瑟夫森接面403的約瑟夫森電感。

例如，在圖4的實施例中，量子計算元件402包括形成SQUID的兩個約瑟夫森接面403。SQUID可以包括連接成迴路的兩個約瑟夫森接面。這種迴路也可以稱為SQUID迴路。例如，SQUID可以用作量子位元或量子位元之間的耦合器。

在一些實施例中，佈置100可以在與量子計算元件402分開的晶片上實現。電感元件401可以與量子計算元件402在同一晶片上實現，並且每個電感元件401可以電性耦合到另一晶片上的永久電流環101。

儘管本文中可能參考特定類型的量子位元揭露了一些實施例，但是這些量子位元類型僅是示例性的。在本文揭露的任何實施例中，可以以各種方式並使用各種技術來實現量子位元。

在此，任何量子位元可以包括例如通量量子位元、相位量子位元和/或超導量子位元(transmon qubit)。通過簡單的電路修改，可以使不同類型的量子位元具有約瑟夫森電感調諧功能。

圖5圖示了根據一個實施例的不同永久電流環中的電流的模擬的曲線圖表示。

在圖5的實施例中，曲線表示類似於圖2的實施例中呈現的佈置類似的佈置100中的不同永久電流環中的電流。曲線501對應於目標永久電流環中的電流，而其他曲線代表其他永久電流環中的電流。

在這裡揭露的模擬中，RCSJ模型用於約瑟夫森接面。在脈衝期間在超導信號線中實現的電流未示出，因為這不太相關，只要永久電流環中的電流以期望的方式表現即可。模擬是通過將脈衝源視為50歐姆，將覆晶(on-chip)超導線視為純弱耦合電感或0歐姆導線(視情況而定)來完成的。

最初，外部電流和永久電流為零。所有行和列都是開路。然後，外部電流經由從t=20ns到t=50ns的一個永久電流環產生脈衝，其他信號線保持開路。在此期間，永久電流一次累積一個通量量子。脈衝後，可斷開外部電流。反向脈衝可用於從永久電流環中移除量子。

應當理解，任何參數值，例如時間尺度，僅是示例性的並且可以基於佈置100的設計而變化。

圖6說明了在每個永久電流環的約瑟夫森接面中流動的電流的模擬的繪圖表示。

在圖6的實施例中，曲線表示在類似於圖2的實施例中呈現的佈置類似的佈置100中的不同永久電流環的約瑟夫森接面中流動的電流。曲線601對應於所定址的永久電流環的約瑟夫森接面中的電流。每次振盪對應於添加到所定址的永久電流環中的的通量的量子。在t=50ns之後，可以在曲線601中觀察到永久電流。

圖7示出了在每個永久電流環的電阻元件中流動的電流的模擬的繪圖表示。

在圖7的實施例中，曲線表示在類似於圖2的實施例中呈現的佈置類似的佈置100中的不同永久電流環的電阻元件中流動的電流。曲線701對應於所定址的永久電流環的電阻元件中的電流。每個峰值對應於添加到所定址的永 久電流環中的通量的量子。在t=50ns之後，當沒有更多的通量量子被添加到所定址的永久電流環中時，沒有電流流過電阻元件，如可以從曲線701觀察到的那樣。

圖8圖示了針對不同脈衝長度在永久電流環中流動的電流的模擬的繪圖表示。

在圖8的實施例中，曲線表示類似於圖3的實施例中呈現的佈置類似的佈置100中的不同永久電流環中的電流。實線代表針對不同脈衝長度的所定址的永久電流環中的電流，而虛線曲線代表未定址的永久電流環中的電流。

最初電流為零。然後，通量脈衝由外部源通過第一複數條信號線105中的一條信號線和第二複數條信號線106中的一條信號線提供，在所定址的永久電流環處相交。從圖8中可以看出，脈衝長度會影響添加到所定址的永久電流環中的永久通量量子的數量。永久電流可以在圖8中觀察到，作為脈衝後保持在穩態的電流。未定址的永久電流環中沒有永久電流。

圖9說明了電流在已定址的永久電流環的電阻元件中流動的模擬的繪圖表示。

在圖9的實施例中，曲線表示與圖3的實施例中呈現的佈置類似的佈置100中針對不同脈衝長度的所定址的永久電流環的電阻元件中的電流。從圖9中可以看出，電阻元件僅在永久電流環達到穩態之前的轉換期間耗散功率。

圖10示出了當永久電流被添加到一個永久電流環和從一個永久電流環中移除時在永久電流環中流動的電流的模擬的繪圖表示。

在圖10的實施例中，永久電流經由從t=20ns到t=30ns的脈衝被添加到定址的永久電流環。在脈衝之後，在t=30ns和t=40ns之間，在已定址的 永久電流環中可以觀察到永久電流作為負永久電流，而在未定址的永久電流環中沒有永久電流。從t=40ns到t=45ns，相反極性的脈衝用於從所定址的永久電流環中移除永久電流。所產生的減少的永久電流可以在脈衝之後被觀察到，同時在未定址的永久電流環中也沒有永久電流。

圖11圖示了根據一個實施例的量子計算系統1100的示意圖。

根據一個實施例，量子計算系統1100包括複數個量子位元1101和該佈置100。佈置100的複數個永久電流環中的至少一個永久電流環101耦合到複數個量子位元1101中的相應量子位元。

在一些實施例中，佈置100的複數個永久電流環中的每個永久電流環101可耦合到複數個量子位元1101中的相應量子位元。

在圖11的實施例中，佈置100中圖示了三個永久電流環101。每個所示永久電流環101耦合到複數個量子位元1101中的相應量子位元。

根據一個實施例，量子計算系統1100還包括複數個耦合器1102，其中每個耦合器耦合到複數個量子位元1101中的兩個量子位元並且被配置為控制這兩個量子位元之間的耦合，並且其中佈置100的複數個永久電流環中的至少一個永久電流環耦合到複數個耦合器1102中的相應耦合器。

在一些實施例中，佈置100的複數個永久電流環中的每個永久電流環耦合到複數個耦合器1102中的相應耦合器。

在其他實施例中，複數個永久電流環可包括永久電流環的第一和第二子集。第一子集中的每個永久電流環可耦合到複數個量子位元1101中的相應量子位元，並且第二子集中的每個永久電流環可耦合到複數個耦合器1102中的相應耦合器。

根據一個實施例，複數個量子位元1101中的每個量子位元包含至少一個約瑟夫森接面和/或複數個耦合器1102中的每個耦合器包含至少一個約瑟夫森接面。

根據一個實施例，複數個量子位元1101包括超導量子位元。

根據一個實施例，量子計算系統還包括耦合到佈置100的第一複數條信號線和第二複數條信號線的控制單元1103，並且被配置為通過向第一複數條信號線中對應於目標量子位元的信號線和/或第二複數條信號線中對應於目標量子位元的信號線提供脈衝而偏移複數個量子位元1101中的目標量子位元的頻率。

根據另一個實施例，控制單元1103被配置為通過向對應於第一複數條信號線中的目標量子位元的信號線提供脈衝，並且允許由脈衝引起的電流經由永久電流環流入對應於第二複數條信號線中的目標量子位元的信號線，而偏移複數個量子位元1101中的目標量子位元的頻率。當佈置100以類似於例如圖2的實施例的方式實施時可能是這種情況。

根據另一個實施例，控制單元1103被配置為通過將第一脈衝提供到對應於第一複數條信號線中的目標量子位元的信號線中以及將第二脈衝提供到對應於第二複數條信號線中的目標量子位元的信號線中而偏移複數個量子位元1101中的目標量子位元的頻率，其中，第一脈衝和第二脈衝在目標永久電流環中的總感應電流大於目標永久電流環的至少一個約瑟夫森接面的臨界電流。當佈置100以類似於例如圖3的實施例的方式實施時可能是這種情況。

當系統1100運行時，佈置100和/或複數個量子位元1101可以實際上位於低溫恆溫器或類似物中。低溫恆溫器可以將佈置100和/或複數個量子位元 1101冷卻到低溫。如果複數個量子位元中的量子位元例如是超導量子位元，則這可能是必需的。控制單元1103可以位於低溫恆溫器外部。

儘管在圖11的實施例中佈置100和控制單元1103之間的連接被示意性地圖示為單個連接，但是控制單元1103可以電性耦合到第一複數條信號線和第二複數條信號線中的每條信號線。

圖12圖示了根據實施例的控制單元的示意圖。

控制單元1103可以包括至少一個處理器1201。至少一個處理器1201可以包括例如各種處理裝置中的一種或多種，例如輔助處理器(co-processor)、微處理器、控制單元1103、數位信號處理器(DSP)、具有或不具有DSP的處理電路，或各種其他處理裝置，包括積體電路，例如特定應用積體電路(ASIC)、現場可編程邏輯閘陣列(FPGA)、微處理器單元(MCU)、硬體加速器、專用電腦晶片等等。

控制單元1103還可以包括記憶體1202。記憶體1202可以用於儲存例如電腦程式等。記憶體1202可以包括一個或多個揮發性記憶體裝置、一個或多個非揮發性記憶體裝置和/或一個或多個揮發性記憶體裝置和非揮發性記憶體裝置的組合。例如，記憶體1202可以體現為磁性儲存裝置(例如硬碟驅動器、軟碟、磁帶等)、光磁儲存裝置和半導體記憶體(例如遮罩唯讀記憶體(mask ROM)、可編程唯讀記憶體(PROM)，可抹除可編程唯讀記憶體(EPROM)、快閃唯讀記憶體(flash ROM)、隨機存取記憶體(RAM)等)。

控制單元1103還可以包括圖12實施例中未示出的其他組件。控制單元1103可以包括例如用於將控制單元1103連接到佈置100的輸入/輸出匯流排。此外，使用者可以通過輸入/輸出匯流排來控制控制單元1103。控制單元1103還 可以包括用於向信號線提供第一/第二脈衝的手段。例如，控制單元1103可以包括直流源，例如直流電流源。

當控制單元1103被配置為實現一些功能時，控制單元1103的一些組件和/或多個組件，例如至少一個處理器1201和/或記憶體1202，可以被配置為實現該功能。此外，當至少一個處理器1201被配置為實現某些功能時，該功能可以使用例如包括在記憶體1202中的程式碼來實現。

控制單元1103可以使用例如電腦、一些其他計算裝置或類似物來實現。

本文給出的任何範圍或裝置值都可以擴展或更改，而不會失去所尋求的效果。除非明確禁止，否則任何實施例都可以與另一個實施例組合。

儘管已經用特定於結構特徵和/或動作的語言描述了標的，但是應當理解，所附申請專利範圍中定義的標的不一定限於上述特定特徵或動作。相反地，上述特定特徵和行為是作為實施申請專利範圍的示例而揭露的，並且其他等效特徵和行為旨在落入申請專利範圍的範圍內。

應當理解，上述益處和優點可涉及一個實施例或可涉及數個實施例。實施例不限於解決任何或所有所述問題的那些實施例或具有任何或所有所述益處和優點的那些實施例。還應當理解，對“一個”項目的引用可以指那些項目中的一個或多個。

本文描述的方法的步驟可以以任何合適的順序進行，或者在適當的情況下同時進行。此外，在不脫離本文描述的主題的精神和範圍的情況下，可以從任何方法中刪除單獨的塊。上述任何實施例的態樣可以與所描述的任何其他實施例的態樣組合以形成進一步的實施例而不失去所尋求的效果。

術語“包括”在本文中用於表示包括所識別的方法、塊或元件，但是這樣的塊或元件不包括排他性列表並且方法或設備可以包含額外的塊或元件。

應當理解，以上描述僅以示例的方式給出，並且本技術領域中具有通常知識者可以進行各種修改。上述說明、示例和資料提供了示例性實施例的結構和使用的完整描述。儘管以上已經以一定程度的特殊性或者參考一個或多個單獨的實施例描述了各種實施例，但是本技術領域中具有通常知識者可以在不脫離本說明書的精神或範圍的情況下對所揭露的實施例進行多種更改。

100:佈置

101:永久電流環

102:約瑟夫森接面

103:電感元件

105:第一複數條信號線

106:第二複數條信號線

110:耦合、電磁耦合

111:耦合、電磁耦合

201:分流電阻元件

Claims (12)

1. 一種用於量子計算元件頻率偏移的佈置(100)，包括：

   複數個永久電流環(101)，每個永久電流環包括至少一個約瑟夫森接面(102)、至少一個分流電阻元件(201)和至少一個電感元件(103)，並且每個永久電流環可耦合到相應量子計算元件(402)；

   第一複數條信號線(105)，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)耦合(110)到該第一複數條信號線(105)中的相應信號線；以及

   第二複數條信號線(106)，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)耦合(111)到該第二複數條信號線(106)中的相應信號線；

   其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)被配置為響應於該第一複數條信號線(105)中的相應信號線和/或該第二複數條信號線(106)中的相應信號線中的脈衝，而在該永久電流環中感應出永久電流，其中，該永久電流被配置為引起該相應量子計算元件(402)的頻率之偏移。
2. 如請求項1所述的佈置(100)，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)電性耦合到該第一複數條信號線(105)中的該相應信號線和該第二複數條信號線(106)中的該相應信號線，並且被配置為響應於該第一複數條信號線(105)中的該相應信號線和該第二複數條信號線(106)中的該相應信號線之間通過該至少一個約瑟夫森接面(102)的電流超過該至少一個約瑟夫森接面(102)的臨界電流，而在該永久電流環(101)中感應出該永久電流。
3. 如請求項2所述的佈置(100)，其中，每個永久電流環(101)通過至少一個第一耦合電阻元件和/或至少一個第一耦合電感元件(202)電性耦合到該第一複數條信號線(105)中的該相應信號線，並且其中，每個永久電流環(101) 通過至少一個第二耦合電阻元件和/或至少一個第二耦合電感元件(202)耦合到該第二複數條信號線(106)中的該相應信號線。
4. 如請求項1所述的佈置(100)，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)電感耦合到該第一複數條信號線(105)中的該相應信號線和該第二複數條信號線(106)中的該相應信號線，並且被配置為當第一脈衝和第二脈衝在該永久電流環中的總感應電流大於該永久電流環(101)的該至少一個約瑟夫森接面(102)的臨界電流時，響應於該第一複數條信號線(105)中之該相應信號線中的該第一脈衝和該第二複數條信號線(106)中之該相應信號線中的該第二脈衝而在該永久電流環(101)中感應出該永久電流。
5. 如請求項1至4中任一項所述的佈置(100)，其中，該複數個永久電流環中的每個永久電流環(101)可電感耦合到該相應量子計算元件(402)，並且被配置為經由由該永久電流感應的磁場引起該相應量子計算元件的該頻率之該偏移。
6. 如請求項5所述的佈置(100)，其中，每個量子計算元件(402)包括至少一個約瑟夫森接面(403)，並且其中，該磁場被配置為調整該相應量子計算元件(402)的該至少一個約瑟夫森接面(403)的約瑟夫森電感。
7. 如請求項1至6中任一項所述的佈置(100)，其中，每個量子計算元件(402)包括一量子位元或量子位元之間的耦合器。
8. 一種量子計算系統(1100)，包括複數個量子位元(1101)和如請求項1至7中任一項所述的佈置(100)，其中，該佈置(100)的該複數個永久電流環中的至少一個永久電流環(101)耦合到該複數個量子位元(1101)中的相應量子位元。
9. 如請求項8所述的量子計算系統(1100)，進一步包括複數個耦合器(1102)，其中，每個耦合器耦合到該複數個量子位元(1101)中的兩個量子位元，並被配置為控制該兩個量子位元之間的耦合，並且其中，該佈置(100)的該複數個永久電流環中的至少一個永久電流環耦合到該複數個耦合器(1102)中的相應耦合器。
10. 如請求項8或9所述的量子計算系統(1100)，其中，該複數個量子位元中的每個量子位元包括至少一個約瑟夫森接面和/或其中，該複數個耦合器中的每個耦合器包括至少一個約瑟夫森接面。
11. 如請求項8至10中任一項所述的量子計算系統(1100)，其中，該複數個量子位元包括超導量子位元。
12. 如請求項8至11中任一項所述的量子計算系統(1100)，進一步包括控制單元(1103)，該控制單元(1103)耦合到該佈置(100)的該第一複數條信號線和該第二複數條信號線，並且被配置為通過向該第一複數條信號線中對應於目標量子位元的信號線和/或該第二複數條信號線中對應於該目標量子位元的信號線提供脈衝，而偏移該複數個量子位元(1101)中的該目標量子位元的頻率。

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