[发明专利]利用共面波导通量量子比特的可编程通用量子退火

说明书

量子计算设备包括：多个共面波导通量量子比特；至少一个耦合器元件，其被设置成多个共面波导通量量子比特中的每个共面波导通量量子比特与量子计算设备中的多个共面波导通量量子比特中的共面的波导通量量子比特彼此可操作地耦合，以及调谐量子设备，其中，该调谐量子设备与多个共面波导通量量子比特的第一共面波导通量量子比特电接触，以及与多个共面波导通量量子比特的第二共面波导通量量子比特电接触。

技术领域

本公开涉及通过共面波导通量量子比特的可编程通用量子退火。

背景技术

量子计算是一种相对较新的计算方法，其利用诸如基本状态的叠加和纠缠的量子效应以比经典数字计算机更有效地执行某些计算。与以比特的形式(例如，“1”或“0”)存储和操纵信息的数字计算机相比，量子计算系统可以使用量子比特来操纵信息。量子比特(qubit)可以指使得能够叠加多个状态(例如，处于“0”和“1”状态这两者的数据)的量子设备和/或多个状态中的数据叠加本身。根据常规术语，量子系统中的“0”和“1”状态的叠加可以表示为例如α│0+β│0。数字计算机的“0”和“1”状态分别类似于量子比特的│0和│1基本状态。值│α│²表示量子比特处于│0状态的概率，而值│β│²表示量子比特处于│1基本状态的概率。

量子退火(quantum annealing)是量子计算的模拟方法。利用也称为绝热量子计算的量子退火，在多个量子比特之中的相互作用中编码计算问题。所编码的计算问题被称为问题哈密尔顿算符H_p。然后，将所编码的量子比特的集合缓慢地退火为表示所编码的问题的解决方案的最终哈密尔顿算符H_f的最低能量配置。该模型有时被称为量子计算的绝热模型。

发明内容

通常，在一些方面中，本公开的主题涉及具有多个量子比特的量子计算设备，其中，完全可利用通用量子计算机的能力来编程量子计算设备。量子计算设备采用共面波导通量量子比特，其允许在量子比特之间实现完全连接。此外，量子计算设备包括至少一个调谐量子设备，其中，每个调谐量子设备与两个不同的共面波导通量量子比特电接触，以允许量子比特到量子比特相互作用的调谐。

通常，在一些方面中，本公开的主题可以体现在一个或多个量子计算设备中，其中，量子计算设备包括多个共面波导通量量子比特、至少一个耦合器元件，至少一个耦合器元件被设置成使得所述多个共面波导通量量子比特中的每个共面波导通量量子比特与所述量子计算设备中的所述多个共面波导通量量子比特中的共面波导通量量子比特可操作地彼此耦合；以及调谐量子设备，其中，所述调谐量子设备与所述多个共面波导通量量子比特中的第一共面波导通量量子比特电接触，并且与所述多个共面波导通量量子比特的第二共面波导通量量子比特电接触。

量子计算设备的实施方式可以包括一个或多个下述特征。例如，在一些实施方式中，所述多个共面波导通量量子比特中的每个共面波导通量量子比特包括(a)量子比特量子设备和(b)与所述量子比特量子设备并联电耦合的细长薄膜超导体波导。每个耦合器元件被设置成可操作地耦合两个不同的共面波导通量量子比特。每个耦合器元件被设置成将所述多个共面波导通量量子比特中的一个的细长薄膜超导体波导可操作地耦合到所述多个共面波导通量量子比特中的另一个的细长薄膜超导体波导。

在一些实施方式中，所述调谐量子设备是超导量子干涉设备(SQUID)。所述SQUID可以是DC-SQUID。所述SQUID的第一端在所述量子比特量子设备和所述第一共面波导通量量子比特的所述细长薄膜波导之间与所述第一共面波导通量量子比特电接触，以及所述SQUID的第二端在所述量子比特量子设备和所述第二共面波导通量量子比特的所述细长薄膜波导之间与所述第二共面波导通量量子比特电接触。