[发明专利]约瑟夫森参数耦合器

说明书

提出了一种约瑟夫森参数设备，其包括输入端口、输出端口以及输入端口和输出端口之间的信号路径。信号路径包括耦合到输入端口并具有第一通带的第一区段，耦合到输出端口并具有第二通带的第二区段，以及用于第一和第二区段之间的参数耦合的约瑟夫森结耦合元件。约瑟夫森结耦合元件耦合到第一区段和第二区段并且被插置在第一区段和第二区段之间。约瑟夫森结耦合元件被配置为使得响应于输入端口接收到处于第一通带内的第一频率的第一信号并且约瑟夫森结耦合元件接收到泵音，约瑟夫森结耦合元件将第一信号转换为具有处于第二通带内的第二频率的第二信号。

技术领域

本主题涉及约瑟夫森参数耦合器。

背景技术

大规模量子计算机具有为某些类别的困难问题提供快速解决方案的潜力。在设计和实现量子架构以控制、编程和维护量子硬件方面的多个挑战阻碍了大规模量子计算的实现。

发明内容

本公开涉及约瑟夫森参数耦合器，其包括用于实现用于量子位的状态测量的放大设备的技术等。

通常，本公开的主题的创新方面可以体现在约瑟夫森参数设备，该约瑟夫森参数设备包括输入端口、输出端口以及输入端口和输出端口之间的信号路径。信号路径包括：第一区段，耦合到输入端口并具有第一通带；第二区段，耦合到输出端口并具有第二通带；以及约瑟夫森结耦合元件，用于第一区段和第二区段之间的参数耦合。约瑟夫森结耦合元件耦合到第一区段和第二区段并且被插置在第一区段和第二区段之间。约瑟夫森结耦合元件被配置为使得响应于输入端口接收到处于第一通带内的第一频率的第一信号并且约瑟夫森结耦合元件接收到泵音(pump tone)，约瑟夫森结耦合元件将第一信号转换为具有处于第二通带内的第二频率的第二信号。

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更多个。

在一些实现方式中，第二频率是第一频率和泵音的频率之和。

在一些实现方式中，泵音的频率是第一频率和第二频率之和。

在一些实现方式中，约瑟夫森耦合元件包括约瑟夫森结、具有第一通带的第一谐振器和具有第二通带的第二谐振器。约瑟夫森结被插置在第一谐振器和第二谐振器之间并连接到第一谐振器和第二谐振器。

在一些实现方式中，第一谐振器包括第一串联电感器和第一分流电容器。第二谐振器包括第二串联电感器和第二分流电容器。第一串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接，并且第二串联电感器和约瑟夫森结彼此串联电连接。

在一些实现方式中，第一谐振器和第二谐振器包括谐振器传输线短截头。

在一些实现方式中，第一谐振器和第二谐振器包括基于传输线的谐振器。

在一些实现方式中，第一区段包括具有第一通带且被布置在信号路径中的输入端口和第一谐振器之间的至少一个分流谐振器，并且第二区段包括具有第二通带且被布置在信号路径中的第二谐振器和输出端口之间的至少一个分流谐振器。

在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括分流电容器和分流电感器。

在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括谐振器短截头。

在一些实现方式中，至少一个谐振器中的每一个包括基于传输线的谐振器。

在一些实现方式中，约瑟夫森结耦合元件是RF SQUID。

在一些实现方式中，RF SQUID被安排为使得响应于施加到RF SQUID的第一外部通量偏置，RF SQUID的约瑟夫森电感值发散，使得第一谐振器和第二谐振器之间的无源电感耦合减小。