[发明专利]TRANSMON量子比特的通量量子比特读出

说明书

一种用于读出量子比特状态的检测器，包括通量量子比特和通量偏置生成器。通量量子比特包括电感器和SQUID环，其中通量量子比特被布置为呈现第一通量状态和第二通量状态。通量偏置生成器生成通过电感器的第一通量偏置和通过SQUID环的第二通量偏置，使得响应于第一通量偏置的第一值，第一通量状态和第二通量状态的能量基本上相同，并且响应于第一通量偏置的第二值，第一通量状态和第二通量状态的能量不同。通量量子比特响应于第二通量偏置的第一值，耦合到量子比特，并且响应于第二通量偏置的第二值，从量子比特解耦合并且抑制隧穿。

技术领域

本主题涉及transmon量子比特的读出方案。

背景技术

大型量子计算机有为特定类别的难题提供快速解决方案的潜力。控制、编程和维持量子硬件的量子架构的设计和实施中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现transmon量子比特的读出方案的技术。

总的来说，本公开的主题的一个创新方面可以体现在用于读出量子比特的状态的检测器中，该检测器包括通量量子比特(flux qubit)和通量偏置(flux bias)生成器，其中通量量子比特包括电感器、包括至少一个约瑟夫森结(Josephsonjunction)的SQUID环和电容器，其中，电感器、至少一个约瑟夫森结和电容器彼此并联连接，其中，通量量子比特被布置为呈现第一通量状态和第二通量状态，其中，通量偏置生成器被配置为生成通过电感器的第一通量偏置和通过SQUID环的第二通量偏置，其中，通量量子比特被配置为响应于第一通量偏置的第一值，使得第一通量状态和第二通量状态的能量基本上相同，并且使得响应于第一通量偏置的第二值，第一通量状态和第二通量状态的能量不同，并且其中，通量量子比特被配置为，响应于第二通量偏置的第一值，耦合到量子比特，并且响应于第二通量偏置的第二值，从量子比特解耦合并且抑制第一通量状态和第二通量状态之间的隧穿(tunneling)。

前述和其他实现方式可以各自可选地单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在一些实现方式中，检测器还包括测量单元。测量单元被配置为确定通量量子比特是处于第一通量状态还是第二通量状态，并且取决于通量量子比特是处于第一通量状态还是第二通量状态来输出信号。

在一些实现方式中，通量偏置生成器被配置为按照以下次序：生成第一通量偏置的第一值，使得通量量子比特的第一通量状态和第二通量状态的能量基本上相同；生成第二通量偏置的第一值，使得第一通量状态和第二通量状态之间的势垒最小化，并且通量量子比特的谐振频率被调谐到相互作用的频率，使得通量量子比特耦合到数据量子比特，并且数据量子比特的状态被映射到通量量子比特的能态；生成第一通量偏置的第二值，使得通量量子比特的第一通量状态和第二通量状态的能量不同；并且生成第二通量偏置的第二值，使得通量量子比特从量子比特解耦合，并且通量量子比特的能态被映射到第一通量状态或第二通量状态的叠加。

在一些实现方式中，响应于第二通量偏置的第一值，通量量子比特被配置为通过将通量量子比特的谐振频率调谐成与量子比特的谐振频率谐振来耦合到量子比特。

在一些实现方式中，响应于第二通量偏置的第二值，通量量子比特的谐振频率与量子比特的谐振频率相差超过2GHz。

在一些实现方式中，测量单元包括信号生成器、传输线和功率检测器。通量量子比特经由分流线(shunt line)连接到传输线。信号生成器被配置为通过传输线经由通量量子比特向功率检测器发送行波。测量单元被配置为基于功率检测器的输出来确定通量量子比特是处于第一通量状态还是第二通量状态。

在一些实现方式中，测量单元不包括环形器、参量放大器和高电子迁移率晶体管HEMT。

在一些实现方式中，测量单元包括被布置为测量由通量量子比特生成的通量的单通量量子SFQ电路和辨别器。辨别器被配置为基于单通量量子SFQ电路的输出来确定通量量子比特是处于第一通量状态还是处于第二通量状态。