[发明专利]量子位与芯片模式之间的频率分离以减小普色损耗

说明书

联合研究声明

本发明是由美国军方资助、在合同号为No.:W911NF-10-1-0324的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明涉及量子计算芯片，更具体地，涉及从量子位频率中分离芯片模式频率。

背景技术

在量子计算中，量子位quantum bit(qubit)是最后经历了不期望的振荡幅度和相位(T1和T2弛豫)干扰(perturbations)的量子振荡器。较长的相干时间(对于T1和T2较大的值)与在系统去相干之前较长时间执行量子操作是一致的。几个因素可以导致振荡中的干扰并加速T1和T2弛豫(relaxation)。包括量子位、谐振器(resonators)和信号端口的电路，以薄膜的形式形成在衬底上。衬底本身可以是去相干的一个源。通常由高介电常数的绝缘材料形成的衬底，可以被视为具有芯片谐振模式(芯片模式)的微波谐振器，其中芯片谐振模式可以与量子频率很接近，从而使它们与量子频率匹配并导致去相干(在此我们称之为普色效应(Purcell effect)或普色损失(Purcell loss))。

因此，本领域需要解决前述提及的问题。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种控制在芯片的衬底的第一表面上形成的量子位的普色损耗的方法包括：确定量子位的频率；以及控制所述量子位的频率与所述芯片的芯片模式频率之间的分离。

根据本发明的另一个实施例，一种控制包含在芯片上的量子位中的普色的系统包括：处理器，被配置为计算量子位频率和芯片模式频率；以及基于所述处理器的计算设计的衬底。

根据本发明的又一实施例，具有可控的普色损耗的芯片包括：在衬底的第一表面上形成的量子位；以及被设计控制所述量子位的普色损耗的衬底。

从又一方面看，本发明提供了一种计算机程序，其存储在计算机可读介质并被加载到数字计算机的内部存储器，包括当所述程序在计算机上运行时用于执行本发明的步骤的软件代码部分。

通过本发明的技术实现另外的特征和优点。本发明的其它实施例和方面在此详细描述并被视为本发明的一部分。参照说明书和附图可以更好地理解本发明的优点和特征。

附图说明

参照如下图所示的优选实施例，仅仅通过实例的方式，现在将描述本发明。

图1是根据现有技术的芯片的三维视图，并且在芯片中可以实现本发明的优选实施例；

图2示出根据本发明的优选实施例的对于给定芯片谐振频率的量子位频率的函数T1；

图3是根据现有技术的计算芯片模式频率的系统框图，并且该系统可以实现本发明的优选实施例；以及

图4是根据本发明优选实施例的减小普色损耗的方法的流程图。

具体实施方式

如上所述，衬底的芯片模式(衬底谐振频率)可以是量子位的振荡中或普色损耗中的干扰来源。芯片模式可以产生量子位之间的串扰(crosstalk)或者把来自环境的噪声引入量子位。在此描述的本发明的实施例涉及确保芯片模式频率与量子位谐振频率的分离，以这种方式来解决耦合。

图1是根据本发明的实施例的芯片100的三维视图。衬底110可以是硅片或蓝宝石晶片。电路120被图案化为衬底110顶部的薄金属膜和绝缘膜。电路120包括量子位130，量子位130被微波脉冲通过它们与微波谐振器140的交互而询问(interrogated)。电路120也包括端口150，通过端口150引入驱动信号并且接收到电路120的输出信号。杂散能量(spurious energy)到量子位130的耦合，可以由如上所述的谐振器140或者另一个能量存储器(energy reservoir)例如芯片模式导致。一种量化量子位130被成功地与环境隔离的程度的方式是测量量子位130的相干次数(对于幅度来说是T1，对于相位相位来说是T2)。以下的等式表明对由谐振器140产生的量子位130振荡的示例性干扰影响T1的因素。

[等式1]