[发明专利]将平面量子位耦合至非平面共振器的技术以及相关系统

说明书

根据一些方面，提供了一种量子力学系统，其包括：共振器，其具有多个超导表面并且被配置成在三维区域内支持至少一种电磁振荡模式，其中多个超导表面包括限定第一平面的第一超导表面；以及物理量子位，其包括至少一个平面部件，所述平面部件在第一平面内是平面的并且与三维区域邻接。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月27日提交的题为“将平面量子位耦合至非平面共振器(Coupling Planar Qubits to Non-Planar Resonators)”的美国临时专利申请第62/126183号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

关于联邦政府资助的研究与开发的声明

本发明是在美国政府的支持下，由美国陆军研究部授予的W911NF-14-1-0011号授权而做出的。美国政府可以对本发明具有一定权利。

技术领域

本申请一般地涉及量子信息处理。更具体地，本申请涉及将平面量子系统耦合至非平面共振器或共振结构。

背景技术

量子信息处理利用量子力学现象(例如，能量的量子化、叠加和纠缠)以常规信息处理不使用的方式对信息进行编码和处理。例如，使用量子计算而不是传统的经典计算可以更有效地解决某些计算问题。然而，为了成为可行的计算选项，可能需要精确地控制被称为“量子位”的大量量子比特，并且控制这些量子位之间的相互作用。特别地，量子位可以理想地具有长的相干时间，能够被单独操纵，能够与一个或更多个其他量子位相互作用以实现多量子位门，能够被有效地初始化和测量，并且可扩展，使得量子计算机可以包括大量的量子位。

量子位可以由具有至少两个正交状态的任何物理量子力学系统来形成。用于对信息进行编码的系统的两种状态被称为“计算基础(computational basis)”。例如，光子偏振、电子自旋和核自旋都是可以对信息进行编码的二能级系统(two-level system)，并且因此可以将其各自用作量子位以供进行量子信息处理。量子位的不同物理实现具有不同的优点和缺点。例如，虽然光子偏振受益于长的相干时间和简单的单量子位操纵，但是无法创建简单的多量子位门。

已经提出使用约瑟夫森结的不同类型的超导量子位，包括：“相位量子位”，其中计算基础是约瑟夫森结中库珀对的量子化能态；“磁通量子位”，其中计算基础是超导环路中循环电流的方向；以及“电荷量子位”，其计算基础是在超导岛上存在或不存在库珀对。超导量子位是量子位的有利选择，这是因为两个量子位之间的耦合强，使得双量子位门相对简单地实现，并且超导量子位是可扩展的，这是因为它们是可以使用常规电子电路技术形成的介观分量。

发明内容

一些方面涉及量子力学系统，其包括：共振器，其具有多个超导表面并且被配置成在三维区域内支持至少一种电磁振荡模式，其中所述多个超导表面包括限定第一平面的第一超导表面；以及物理量子位，其包括至少一个平面部件，所述平面部件在第一平面内是平面的并且与三维区域邻接。

根据一些实施方案，所述至少一个平面部件包括至少一个约瑟夫森元件。

根据一些实施方案，所述至少一个平面部件包括超导贴片天线。

根据一些实施方案，超导贴片天线包括具有圆形形状的贴片。

根据一些实施方案，超导贴片天线包括具有矩形形状的贴片。

根据一些实施方案，超导贴片天线的超导贴片经由至少一个约瑟夫森元件连接至第一超导表面。

根据一些实施方案，共振器是三维空腔共振器。

根据一些实施方案，共振器是回音壁模式共振器。

根据一些实施方案，回音壁模式共振器包括第一超导表面和平行于第一超导表面的第二超导表面，并且其中第一超导表面相对第二超导表面分开第一距离。