[发明专利]可调谐量子位耦合器

说明书

用于实施可调谐量子位耦合器的方法、系统和装置。在一个方面，设备包括：第一数据量子位、第二数据量子位和第三量子位，第三量子位是可调谐量子位耦合器，其被布置为耦合到第一数据量子位且耦合到第二数据量子位，使得在设备的操作期间，可调谐量子位耦合器允许第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合。

技术领域

本公开涉及可调谐量子位耦合器。

背景技术

大规模量子计算机有潜力为某些类别的不同难题提供快速解决方案。量子架构的设计和实施方式中控制、编程和维护量子硬件的多重挑战阻碍了大规模量子计算的实现。

发明内容

本公开描述了用于实施可调谐量子位耦合器的技术。

一般地，本公开的主题的创新方面可以具体体现在包括以下各项的设备中：第一数据量子位；第二数据量子位；以及第三量子位，其中第三量子位是可调谐量子位耦合器，其被布置为耦合到第一数据量子位且耦合到第二数据量子位，使得在设备的操作期间，可调谐量子位耦合器允许第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合。

实施方式可以包括以下特征中的任何、全部或不包括以下任何特征。例如，在一些实施方式中，根据权利要求1所述的设备包括第一基底(substrate)，其中第一数据量子位和第二数据量子位在第一基底的主表面上；以及与第一基底隔开且耦合到第一基底的第二基底，其中可调谐量子位耦合器在第二基底的主表面上，并且被布置为与第一数据量子位的部分和第二数据量子位的部分重叠。可调谐量子位耦合器可以布置在第一轴上，其中第一轴：与连接第一数据量子位和第二数据量子位的第二轴正交；并且与第一数据量子位和第二数据量子位之间的第二轴相交(intersect)。第一基底和第二基底之间的空间处于小于至多10^-5托(Torr)的真空压力下。第一数据量子位和第二数据量子位中的每一个可以包括相应的细长(elongate)臂，并且第一数据量子位的细长臂与第二数据量子位的细长臂可以由间隙(gap)隔开。可调谐量子位耦合器可以包括细长引线(wire)，其中细长引线与第一数据量子位的细长臂、第二数据量子位的细长臂和间隙重叠。

在一些实施方式中，可调谐量子位耦合器包括直接连接到细长引线的超导量子干涉设备(superconducting quantum interference device，SQUID)。第一数据量子位和第二数据量子位中的每一个可以包括相应的差分量子位。可调谐量子位耦合器可以包括transmon量子位。第一基底的主表面可以面向第二基底的主表面。第一数据量子位和第二数据量子位可以布置在第一基底的主表面上，使得在设备的操作期间，第一数据量子位和第二数据量子位直接耦合。

在一些创新方面，使用作为可调谐量子位耦合器的第三量子位来控制第一数据量子位和第二数据量子位之间的耦合的方法，其中可调谐量子位被布置为耦合到第一数据量子位且耦合到第二数据量子位，包括：通过改变可调谐量子位耦合器的操作频率来控制第一数据量子位和第二数据量子位之间的耦合。

方法的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个，或者不包括以下特征。例如，在一些实施方式中，可调谐量子位耦合器包括超导量子干涉设备(SQUID)，并且改变可调谐量子位耦合器的操作频率包括改变可调谐量子位耦合器的SQUID的磁通量。改变可调谐量子位耦合器的操作频率可以包括在不小于大约4GHz且不大于大约6GHz的范围内改变操作频率。

该方法可以包括：将第一数据量子位和第二数据量子位中的每一个调谐到相同的谐振(resonance)频率；以及随后改变可调谐量子位耦合器的操作频率，以开启第一数据量子位和第二数据量子位之间的耦合。

第一数据量子位和第二数据量子位的谐振频率可以在大约4GHz到大约8GHz的范围内。第一数据量子位和第二数据量子位的谐振频率可以与可调谐量子位耦合器的操作频率相差大约0.5GHz到7GHz。