[发明专利]用于量子计算装置的可调谐超导谐振器

说明书

一种超导耦合装置包括谐振器结构。所述谐振器结构具有被配置为耦合到第一装置的第一端和被配置为耦合到第二装置的第二端。栅极被定位成邻近谐振器结构的一部分。所述栅极经被配置为接收栅极电压并且基于所述栅极电压来改变所述谐振器的所述部分的动态电感。动态电感的改变引起谐振器结构改变第一超导装置和第二超导装置之间的耦合强度。

技术领域

本发明总体上涉及用于调谐超导量子装置中的量子位耦合的超导体装置、制造方法和制造系统。更具体地，本发明涉及一种用于量子计算装置的可调谐超导谐振器的装置、方法和系统。

背景技术

在下文中，词语或短语中的“Q”前缀指示在量子计算上下文中该词语或短语的引用，除非在使用时明确区分不是如此。

分子和亚原子粒子遵循量子力学定律，量子力学是探索物理世界如何在最基本的水平上工作的物理学分支。在这个水平，粒子以奇怪的方式表现，同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们今天使用的计算机被称为经典计算机(在此也被称为“常规”计算机或常规节点，或“CN”)。在所谓的冯诺依曼架构中，传统计算机使用利用半导体材料和技术制造的传统处理器、半导体存储器、以及磁或固态存储装置。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对用1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q-处理器)使用缠结量子位装置(在此简称为“量子位”)的奇怪的性质来执行计算任务。在量子力学运行的特定领域中，物质的粒子能以多种状态存在，诸如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算被限制为仅使用开和关状态(在二进制代码中相当于1和0)的情况下，量子处理器利用这些物质的量子态来输出在数据计算中可用的信号。

常规计算机以位来编码信息。每个位可以取1或0的值。这些1和0用作最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机是基于量子位的，量子位根据量子物理学的以下两个关键原理来操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0两者。纠缠意味着叠加中的量子位能够以非经典的方式彼此相关；即，一个量子位(无论是1，是0，还是这两者)的状态可以取决于另一个量子位的状态，并且当这两个量子位缠结时比当单独对它们进行处理时可以关于这两个量子位确定出更多信息。

使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器运行，使量子计算机能够以允许它们解决使用常规计算机难以处理的难题的方式起作用。IBM已经成功地构建并且展示了使用超导量子位的量子处理器的可操作性(IBM是国际商业机器公司在美国和其他国家的注册商标。)

诸如量子位的超导装置是在已知的半导体制造技术中使用超导和半导体材料制造的。超导装置通常使用一层或多层不同材料来实现装置特性和功能。材料层可以是超导的、导电的、半导电的、绝缘的、电阻的、电感的、电容的，或具有任何数量的其他特性。考虑到材料的性质、材料的形状、尺寸或放置、与材料相邻的其他材料、以及许多其他考虑，可能必须使用不同的方法来形成不同的材料层。

超导装置通常是平面的，即，其中超导体结构被制造在一个平面上。非平面装置是三维(3D)装置，其中一些结构形成在给定制造平面上方或下方。

q-处理器被实现为一组多于一个的量子位。这些量子位被制造成在单个制造平面上的共平面装置的点阵(lattice)。q-处理器的这样的实现通常作为一种容错量子架构被接受，该容错量子架构被称为表面码方案(SCS)或表面码架构(SCA)。

发明内容

说明性实施例提供了一种超导装置及其制造方法和系统。超导耦合装置的一个实施例包括一个谐振器结构。在实施例中，谐振器结构具有被配置为耦接到第一装置的第一端和被配置为耦接到第二装置的第二端。该实施例进一步包括定位成邻近谐振器结构的一部分的栅极(gate)。在该实施例中，栅极被配置为接收栅极电压并且基于栅极电压来改变谐振器的该部分的动态电感，所述动态电感的改变引起谐振器结构改变第一装置与第二装置之间的耦合强度。