[发明专利]用于量子信息处理的固定耦合量子系统的模块化阵列

说明书

相关申请的交叉引用

要求基于2011年6月14日提交的名称为“ARRAY OF THREE DIMENSIONAL SUPERCONDUCTING QUBIT/CAVITY CLUSTERS FOR QUANTUM COMPUTING”的第61/497,018号美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体合并于此。本申请涉及××/××/××提交的名称为“ARRAY OF QUANTUM SYSTEMS IN A CAVITY FOR QUANTUM COMPUTING”的共同待决美国专利申请（代理人案号YOR920110314US2）并且给予序列号××/××,×××的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

背景技术

本发明涉及量子信息处理，并且更具体地，涉及对于基于量子系统的阵列集群的量子信息处理硬件的模块化设计。

量子信息处理是信息处理的新里程，其中信息由遵照量子力学而不是经典力学定律的系统来存储和处理。这样的计算机在理论上已经被证明能够使用比经典计算机成倍减少的计算源（例如，操作、存储器元件）来解决重要的问题。这样，量子物理提供了用于实现解决目前的及其计算难以进行的特定类问题的计算能力的基础。

与经典比特相似，量子位的基本单位被称为量子比特（quantum bit）或量子位（qubit）。为了实现量子信息处理任务，必须开发并且实现多个量子位的物理实例。这些物理实例也被称为量子比特或量子位。因此，关于实现存储在其中的量子信息的实例和单位的物理系统来使用术语“量子位”。

实现量子位的实例的物理量子力学系统必须具有至少两个不同的并且可区分的本征态，以便于表示至少两个逻辑状态。还可以使用不同并且可区分的本征态大于2的实例。这些额外的本征态可以被显示地用于表示额外的逻辑状态，或者用于信息处理任务。具体地，可以利用额外的本征态来促进对两个逻辑状态进行编码的两个本征态的测量；或者促进与对两个逻辑状态进行编码的两个本征态相关联的希尔伯特空间（Hilbert space）的变换。

若干物理系统和物理领域已经作为用于量子信息处理的可能的框架和开发基础而提出。这些包括但不限于：固态核自旋、被测和受控电子或核磁共振、捕获离子、光学共振腔中的原子（腔量子电动力学）、液态核自旋、量子点中的自由电子的电子电荷或自旋度、基于氦上的电子和约瑟夫逊结的超导量子电路。

目前，对量子计算的研究的最活跃的领域是超导量子位、捕获离子、捕获原子和量子点。目前在这些系统中的任何一个中所构建的最大的量子计算机由大约10-16个量子位组成，并且大多数实现集中于特定量子算法或量子态的实证。

用于构建大规模量子计算的需要比诸如仅仅叠加和纠结的量子物理性质更加复杂。为了构建实际的量子计算机，存在必须满足的一组要求。一个要求是拥有可以被初始化到已知状态的量子位的系统。另一要求是通过单个和多个量子位门运算来操纵该状态、从而可以实现任何任意的逻辑运算的能力。最后，必须通过已知的技术来测量计算的结果。此外，为了使量子系统保持精确创建的叠加和纠结状态达充分长的时间（即，相干时间），其必须与环境隔离。然而，为了根据期望的算法的步骤来操纵量子系统，其还必须固有地耦合到外部环境，由此引入降低相干时间的噪声机制。

发明内容

示例性实施例包括一种量子信息处理系统，该量子信息处理系统包括第一复合量子系统、第二复合量子系统、耦合到该系统的多个电磁场源以及在第一复合量子系统和第二复合量子系统之间的可调节的电磁耦合。

其他示例性实施例包括一种模块化计算系统，包括第一量子位集群、第二量子位集群以及可调谐耦合器，该可调谐耦合器被布设在第一量子位集群和第二量子位集群之间并且耦合第一量子位集群和第二量子位集群。

其他示例性实施例包括一种量子计算系统，该量子计算系统包括具有第一交互强度的第一量子位集群、具有第二角度强度的第二量子位集群以及子电路，该子电路布设在第一量子位集群和第二量子位集群之间的，并且配置成对第一交互强度和第二交互强度进行调谐。

其他示例性实施例包括一种量子计算方法，包括：对布置在波导腔体或任何适当的量子总线中的多个量子位施加电磁场、调节电磁场以生成多个量子位中的每个量子位中量子态，以及调节电磁场以使多个量子位中的每个量子位彼此耦合。