[发明专利]采用固定频率超导量子比特的多量子比特可调耦合机制

说明书

一种采用固定频率超导量子比特的多量子比特可调耦合机制。耦合机制包括两个量子比特(102、104)和可调谐耦合量子比特(106)，所述可调谐耦合量子比特(106)通过调制所述可调谐耦合量子比特(106)的频率来激活两个量子比特(102、104)之间的相互作用。可调耦合量子比特(106)电容耦合两个量子比特(102、104)。在两个量子比特(102、104)的差异频率下调制可调谐耦合量子比特(106)。差异频率可能明显大于两个量子比特(102、104)的非简谐性。可调谐耦合量子比特(106)可通过由具有两个Josephson结的超导量子干涉设备(SQUID)环或由具有耦合到地的SQUID环的单个电极分开的两个电极耦合到两个量子比特(102、104)。SQUID环由位于可调谐耦合量子比特中心的电感耦合通量偏置线控制。

政府权利

本发明是在陆军研究局(ARO)授予的合同编号：W911NF-14-1-0124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

本发明一般涉及超导体，并且更具体地涉及使用超导量子比特的多量子比特可调谐耦合体系结构。

背景技术

量子计算基于量子比特的可靠控制。实现量子算法所需的基本操作是一组单量子比特操作和一个两量子比特操作，它们建立两个独立量子比特之间的相关性。要实现量子计算的误差门限和达到可靠的量子模拟，都需要实现高保真度的双量子比特操作。

目前针对超导量子比特，利用微波控制来实现单量子比特门。有三种主要类型的双量子比特门：1)基于可调频率量子比特的门，2)基于微波驱动的量子比特(例如，交叉共振、滑动叉、Bell Rabi、MAP、边带转换)的门，以及3)基于几何相位(例如，谐振器诱导的相位门，完整门)的门。

对于基于可调频率量子比特的门，量子比特本身被调谐到频率以激活谐振相互作用。这些门基本上有两个操作点：当量子比特具有强双量子比特相互作用时，具有基本为零耦合的“关”位置和“开”位置。这些门具有非常好的开关比，但由于可通过外部施加的磁通量调谐量子比特，所以它们可受限于1/f噪声，这限制了量子比特的相干性至几微秒。

对于基于微波驱动的量子比特的门，量子比特可以被设计为固定频率，使其不受通量噪声的影响。然而，激活门需要微波脉冲。这些门的问题在于它们具有较低的开/关比，并且很难在不激活不需要的交互的情况下处理感兴趣的门。

基于几何相位的门基于其状态空间中的量子态的路径以及与该偏移相关联的所获取的量子相位。绝热几何门对于某些类型的噪声是强健的，但通常很慢并且需要控制绝热。非绝热门可以更快，并可能享有绝热门的抗噪能力。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供了一种耦合机制。耦合机制包括两个量子比特和可调谐耦合量子比特，所述可调谐耦合量子比特通过调制所述可调谐耦合量子比特的频率来激活所述两个量子比特之间的相互作用。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种激活耦合机制的方法。该方法包括在两个量子比特之间定位可调谐耦合量子比特，并调制所述可调谐耦合量子比特的频率。

在本发明的另一个实施例中，提供了超导门的方形格栅。该方形格栅包括多个单位单元。每个单位单元包括两个或更多个量子比特和可调谐耦合量子比特，所述可调谐耦合量子比特通过调制所述可调谐耦合量子比特的频率来激活所述两个或更多个量子比特中的一对量子比特之间的相互作用。

附图说明

附图中相同的附图标记在各个视图中指代相同或功能类似的元件，并且附图与下面的详细说明一起并入说明书并形成说明书的一部分，用于进一步说明本发明的各种实施例并且解释根据本发明的各种原理和优势，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的示例多量子比特可调谐耦合结构的电路图；