[实用新型]可调谐耦合器及其量子计算电路

说明书

提供一种可调谐耦合器，用于与至少第一量子比特(801，1501)形成能够控制的耦合。它包括第一恒定耦合元件(803，1506)和可调谐耦合元件(804，1509)。所述第一恒定耦合元件(803，1506)在远离所述可调谐耦合元件(804，1509)的第一末端处形成至少到所述第一量子比特(801，1501)的非电耦合接口。所述可调谐耦合元件(804，1509)定位为邻近在其第二末端处形成的到另一电路元件(802，805，1507)的非电耦合接口。还提供一种量子计算电路，其包括可调谐耦合器和至少一个量子比特(801，802)，其中所述可调谐耦合器形成到所述至少一个量子比特的能够控制的耦合。

技术领域

本实用新型总体上涉及量子计算技术。特别地，本实用新型涉及用于产生量子比特并在两个或更多个量子比特之间形成耦合的硬件。

背景技术

在量子计算中，使用术语“量子比特(qubit)”不仅来指代信息的基本单位，而且还指代用于存储一个量子比特的信息的信息存储元件，这已经变为普遍现象。作为示例，可以考虑具有一个或多个量子比特(即量子比特大小的信息存储元件)的超导存储电路。在这样的示例中，量子比特是非谐振荡器，诸如传输子(transmon)，并且它可以耦合到附近的读出谐振器，以促进读出存储在其中的量子比特的状态。

为了实现量子门，必要的是在量子比特之间存在可控的耦合，使得量子比特的状态可以以受控方式与彼此交互。在具有特性谐振频率的电量子比特的情况下，控制相邻量子比特之间耦合的一种相对简单的方法涉及频率调谐，以便将量子比特调谐到(或接近)谐振，以实现强耦合(接通-位置)和为小耦合而失调(断路-位置)。对于给定的浇口速度，这种装置对浇口接通-断开比赋予了上限。没有已知的可伸缩方法来抵消由于弱的始终接通交互作用而导致的空载量子比特的不希望的纠缠。

一种更通用的方法是在两个量子比特之间使用可调谐耦合元件，如例如在F.Yan等人的“用于实现高保真双量子比特门的可调谐耦合方案 (Tunable Coupling Schemefor Implementing High-Fidelity Two-Qubit Gates)”，物理评论应用(Phys.Rev.Applied)，第一卷，第5号，第54062 页，2018年11月(vol.10,no.5,p.54062,Nov.2018)。然而，使用可调谐耦合元件的已知方法涉及与距离和尺寸有关的缺点。不仅在每个单独的量子比特与可调谐耦合元件之间，而且量子比特它们本身之间也需要足够的电容，这主张保持量子比特相对靠近彼此。同时，短的量子比特到量子比特距离还增加了不希望的量子比特对之间以及量子比特和控制引线之间的耦合，从而引入串扰。短的量子比特到量子比特距离还限制了可用于其他所需组件(诸如读出谐振器)的空间量。

需要一种结构和功能解决方案，该解决方案使得能够在量子比特之间实现足够强但可控的耦合，同时消除不希望的串扰并在电路硬件的设计和实施方式中给予大的自由度。

实用新型内容

一个目的是提供一种装置，该装置使得能够在量子比特之间实现强但可控的耦合，同时消除不希望的串扰并在电路硬件的设计和实施方式中给予大的自由度。

本实用新型的目的是通过利用带有单独的耦合扩展器的可调谐 (tunable)耦合器来实现量子比特之间的耦合，该量子比特之间可以进行耦合以实现量子计算中的门。

根据第一方面，提供一种可调谐耦合器，其用于与至少第一量子比特形成能够控制的耦合，该可调谐耦合器包括第一恒定耦合元件和可调谐耦合元件。在所述第一恒定耦合元件远离所述可调谐耦合元件的第一末端处，所述第一恒定耦合元件形成到至少所述第一量子比特的非电耦合接口。所述可调谐耦合元件定位为邻近在所述第一恒定耦合元件的第二末端处形成的到另一电路元件的非电耦合接口。

根据一个实施例，所述第一恒定耦合元件是波导。这涉及的优点是，可以利用第一恒定耦合元件的长度来使其他电路元件之间的距离足够长。