[发明专利]使用两种门类型来阻止超导量子计算机中的频率冲突的量子计算设备

说明书

一种量子计算设备，包括具有第一共振频率的第一多个量子位和具有第二共振频率的第二量子位，第二共振频率不同于第一共振频率；以及第一可调谐频率总线，第一可调谐频率总线被配置为将第一多个量子位耦合到第二量子位。

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明是在陆军研究局(ARO)获得的政府资助合同W911NF-14-1-0124下完成的。政府对本发明具有一定权利。

背景技术

本发明的当前要求保护的实施例涉及超导量子计算机，并且更具体地，涉及组合两种门类型以避免频率冲突的超导量子计算机。

量子计算基于量子位(quantum bit)(本文中称为量子位(qubit))的可靠控制。实现量子算法所需的基本操作是建立两个单独量子位之间的相关性的单量子位操作和双量子位操作的集合。为了达到量子计算的误差阈值并且为了达到可靠的量子模拟，高保真双量子位操作的实现可能是期望的。

目前对于超导量子位，单量子位门是用微波控制来实现的。有三种主要类型的双量子位门：基于可调谐频率量子位的门，基于微波驱动量子位的门(例如，交叉共振、闪叉(flick fork)、Bell Rabi、MAP、边带转变，以及基于几何相位的门(例如，共振感应相位门、全项门))。

对于基于可调谐频率量子位的门，量子位本身在频率上被调谐以激活共振相互作用。这些门基本上具有两个操作点：耦合基本上为零的“关”位置、以及当量子位具有强双量子位相互作用时的“开”位置。这些门具有非常好的开关比，但是，因为量子位是通过外部施加的磁通量可调谐的，所以它们可以被1/f噪声限制，1/f噪声将量子位的相干性限制到几微秒。

对于基于微波驱动量子位的门，量子位可以被设计为频率固定，因此它们不受磁通量噪声的影响。然而，需要微波脉冲来激活门。这些门的问题在于它们具有低的开关比，并且如果不激活不期望相互作用就很难寻址到感兴趣的门。

基于几何相位的门基于量子态在其状态空间中的路径和所获取的与其偏移相关联的量子相位。绝热几何门对于某些类型的噪声是稳健的，但是通常较慢并且需要控制绝热。非绝热门可以更快，并且潜在地共享了绝热门的噪声恢复能力。

超导约瑟夫逊结量子位是一种用于构建量子计算机的有前途的技术。传输子(transmon)型超导量子位以约瑟夫逊能量与充电能量的相对较高的比率工作，这允许传输子(传输线分路等离子体振荡，transmission-line shunted plasma oscillation)量子位以降低的电荷噪声灵敏度工作，同时仍然允许量子位之间以及量子位与传输线或总线之间的耦合。这允许传输子量子位以2D布置方式被耦合，具有经由固定频率微波谐振器的最近邻相互作用(例如在二维晶格中)。固定频率传输量子位(单结传输子)是高度相干的(即，基本上具有单一共振频率)。因此，需要实现量子位之间的相互作用。量子位之间的交叉共振(CR)相互作用可以用于耦合量子位。在交叉共振中，量子位由相邻量子位频率的微波音调来驱动，以建立量子位之间的相互作用。为了使能多个量子位之间的CR相互作用，这些量子位在频率上是相对紧密地间隔开的(例如小于200MHz)。然而，这导致量子位之间的频率冲突问题和串扰。

由于未来的量子计算机可以使用大量的量子位(数百至数千，或更多)，可能希望限制量子位之间的频率冲突或串扰。虽然CR可以提供允许相邻量子位之间的耦合的益处，但是CR可能不足以建立更远定位的量子位之间的耦合。因此，仍然需要一种解决方案，其解决使用CR来耦合量子位时的频率冲突问题和串扰。

发明内容