特許 6924279 超伝導チップ、超伝導チップの形成方法、超伝導チップの識別方法、超伝導チップの識別を生じさせる方法、および超伝導チップを含むシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6924279

(24)【登録日】2021年8月3日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】超伝導チップ、超伝導チップの形成方法、超伝導チップの識別方法、超伝導チップの識別を生じさせる方法、および超伝導チップを含むシステム

(51)【国際特許分類】

   H01L 39/22 20060101AFI20210812BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20210812BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20210812BHJP

   H04L 9/10 20060101ALI20210812BHJP

   H03K 3/38 20060101ALI20210812BHJP

   H03K 19/195 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   H01L39/22 A

   H01L39/22 K

   H01L27/04 F

   H01L27/04 L

   H01L27/04 C

   H04L9/00 621Z

   H03K3/38 A

   H03K19/195

【請求項の数】26

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2019-563045(P2019-563045)

(86)(22)【出願日】2017年11月28日

(65)【公表番号】特表2020-526005(P2020-526005A)

(43)【公表日】2020年8月27日

(86)【国際出願番号】IB2017057441

(87)【国際公開番号】WO2018211320

(87)【国際公開日】20181122

【審査請求日】2020年5月27日

(31)【優先権主張番号】15/598,883

(32)【優先日】2017年5月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100108501

【弁理士】

【氏名又は名称】上野 剛史

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】ローゼンブラット、サミー

(72)【発明者】

【氏名】ハーツバーグ、ジャレッド、バーニー

(72)【発明者】

【氏名】ブリンク、マーカス

【審査官】 杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／００７６７８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５１０４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１３２６１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５００５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２７９０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３９／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超伝導チップであって、
分散的非線形素子をそれぞれが含んでおり、差が前記分散的非線形素子における変動に基づく共振周波数を有する複数の共振ユニットと、
前記共振ユニットに結合されており、一連の前記共振周波数を前記超伝導チップの識別として出力するように構成されている伝送媒体と、
を備える超伝導チップ。

【請求項2】

前記分散的非線形素子がジョセフソン接合である、請求項１に記載の超伝導チップ。

【請求項3】

前記共振ユニットのそれぞれが、前記共振周波数のうちの個々の共振周波数を有する、請求項２に記載の超伝導チップ。

【請求項4】

前記ジョセフソン接合における前記変動が、前記ジョセフソン接合における制御不可能な製造ランダムネスの結果である、請求項２または３に記載の超伝導チップ。

【請求項5】

前記共振ユニットのそれぞれが、前記共振周波数のうちの個々の共振周波数によって一意的に識別されるように構成されている、請求項２ないし４のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項6】

前記共振ユニットが超伝導量子ビットである、請求項２ないし５のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項7】

前記共振ユニットが、無線周波数信号を受け取ることによって読み出されるように構成されている、請求項２ないし６のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項8】

前記無線周波数信号を用いた読み出しが、前記一連の前記共振周波数を前記超伝導チップの前記識別として出力するように構成されている、請求項７に記載の超伝導チップ。

【請求項9】

前記伝送媒体が、１つまたは複数の伝送線とマイクロ波空洞とから選択される、請求項２ないし８のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項10】

前記共振ユニットが容量素子と誘導素子とを含む、請求項２ないし９のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項11】

前記共振ユニットが、前記共振周波数を順序付けるように、異なるように設計されている、請求項２ないし１０のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項12】

前記共振ユニットのそれぞれにおける前記ジョセフソン接合が同一に設計されており、前記一連の前記共振周波数が物理的複製困難関数を構築する、請求項２ないし１１のいずれかに記載の超伝導チップ。

【請求項13】

請求項１ないし１２のいずれかに記載の超伝導チップを備えたシステム。

【請求項14】

超伝導チップを形成する方法であって、
ジョセフソン接合をそれぞれが含んでおり、差が前記ジョセフソン接合における変動に基づく共振周波数を有する共振ユニットを形成することと、
前記共振ユニットに結合されており、一連の前記共振周波数を前記超伝導チップの識別として出力するように構成されている伝送媒体を提供することと、
を含む、方法。

【請求項15】

前記共振ユニットのそれぞれが、前記共振周波数のうちの個々の共振周波数を有する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ジョセフソン接合における前記変動が、前記ジョセフソン接合における制御不可能な製造ランダムネスの結果である、請求項１４または１５に記載の方法。

【請求項17】

前記共振ユニットのそれぞれが、前記共振周波数のうちの個々の共振周波数によって一意的に識別されるように構成されている、請求項１４ないし１６のいずれかに記載の方法。

【請求項18】

前記共振ユニットが超伝導量子ビットである、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の方法。

【請求項19】

前記共振ユニットが、無線周波数信号を受け取ることによって読み出されるように構成されている、請求項１４ないし１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

前記無線周波数信号を用いた読み出しが、前記一連の前記共振周波数を前記超伝導チップの前記識別として出力するように構成されている、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記伝送媒体が、１つまたは複数の伝送線とマイクロ波空洞とから選択される、請求項１４ないし２０のいずれかに記載の方法。

【請求項22】

前記共振ユニットが容量素子と誘導素子とを含む、請求項１４ないし２１のいずれかに記載の方法。

【請求項23】

前記共振ユニットが、前記共振周波数を順序付けるように、異なるように設計されている、請求項１４ないし２２のいずれかに記載の方法。

【請求項24】

前記共振ユニットのそれぞれにおける前記ジョセフソン接合が同一に設計されており、前記一連の前記共振周波数が物理的複製困難関数を構築する、請求項１４ないし２３のいずれかに記載の方法。

【請求項25】

請求項１４ないし２４のいずれかに記載の方法によって形成された超伝導チップを識別する方法であって、
前記一連の前記共振周波数を前記超伝導チップの前記識別として受け取ることと、
前記超伝導チップから出力された前記一連の前記共振周波数を、前記超伝導チップの記憶されている識別との、事前に定義されたマージンの範囲内での一致として識別することと、
を含む、方法。

【請求項26】

請求項１４ないし２４のいずれかに記載の方法によって形成された超伝導チップの識別を生じさせる方法であって、
前記超伝導チップに、前記共振ユニットからの前記一連の前記共振周波数を提供させることと、
先に記憶されていた一連の共振周波数が事前に定義されたマージンの範囲内での前記一連の前記共振周波数との一致であると判断することと、
前記事前に定義されたマージンの範囲内での前記一致に応答して、前記一連の前記共振周波数を有する前記超伝導チップを、異なる一連の他の共振周波数を有する異なる超伝導チップから識別することと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般には、超伝導デバイスに関する。さらに詳しくは、本発明は、量子ビット・ネットワークの安全な識別（identification）に関する。

【背景技術】

【0002】

暗号技術において、物理的複製困難関数（ＰＵＦ：physically unclonable function）とは、物理的構造において具体化されており評価は容易であるが予測が困難な物理的エンティティである。さらに、個々のＰＵＦデバイスは、作るのは容易でなければならず、しかし、それを作成した精密な製造プロセスへのアクセスがあったとしても、複製が現実的には不可能でなければならない。この点で、それは、一方向関数のハードウェアでの類似物である。「物理的複製困難関数」という名称にもかかわらず、いくつかのＰＵＦは複製が可能であり、また、ほとんどのＰＵＦはノイズを含み、したがって、関数としての要件を満たさない。現況技術では、ＰＵＦは、集積回路として実装されるのが通常であり、典型的には、高いセキュリティ上の要件を伴う応用例において、用いられる。ＰＵＦは、それらの物理的微細構造の一意性に依存する。この微細構造は、製造の間に導入されるランダムな物理的要因に依存する。これらの要因は、予測不可能で制御不可能であり、それにより、その構造を複製すること、または、クローンを作成することが、実質的に不可能になる。

【0003】

ＰＵＦは、単一の暗号鍵を具体化するのではなく、この微細構造を評価するためのチャレンジ・レスポンス認証を実装する。物理的刺激が構造に適用されると、その構造は、刺激とデバイスの物理的微細構造との複雑な相互作用のために、予測不可能な（しかし反復可能な）態様で、反応する。この精密な微細構造は、製造の間に導入され予測不可能な物理的要因に依存する。適用される刺激はチャレンジと称され、ＰＵＦの反応はレスポンスと称される。特定のチャレンジとそれに対応するレスポンスが、チャレンジ・レスポンス・ペア（ＣＲＰ）を形成する。デバイスの識別情報は、微細構造自体の特性によって確立される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複製不可能性とは、それぞれのＰＵＦデバイスは、それが類似のデバイスと同一のプロセスで製造された場合であっても、チャレンジをレスポンスにマッピングする一意的で予測不可能な方法を有する、ということを意味する。製造プロセスに対する厳密な制御は不可能なので、別の与えられたＰＵＦと同じチャレンジ・レスポンスの振る舞いを有するＰＵＦを構築することは、実行不可能である。数学的な複製不可能性とは、あるＰＵＦから他のＣＲＰまたはランダムな成分の特性のいくつかが与えられた場合に、未知のレスポンスを計算することが非常に困難に違いない、ということを意味する。この理由は、レスポンスは、チャレンジとランダムな成分の多くまたはすべてとの複雑な相互作用によって生じるからである。ＰＵＦデバイスを製造する新たな方法が、必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態は、超伝導チップに関する。超伝導チップの非限定的な一例は、ジョセフソン接合をそれぞれが含む共振ユニットを含む。共振ユニットは、差がジョセフソン接合における変動に基づく共振周波数を有する。超伝導チップは、共振ユニットに結合されており一連の共振周波数をチップの識別として出力するように構成されている伝送媒体を含む。

【0006】

本発明の別の実施形態は、超伝導チップを形成する方法に関する。超伝導チップを形成する方法の非限定的な一例は、ジョセフソン接合をそれぞれが含んでおり差がジョセフソン接合における変動に基づく共振周波数を有する共振ユニットを形成することを含む。この方法は、共振ユニットに結合されており一連の共振周波数を超伝導チップの識別として出力するように構成されている伝送媒体を提供することを含む。

【0007】

本発明のさらに別の実施形態は、超伝導チップを識別する方法に関する。超伝導チップを識別する方法の非限定的な一例は、一連の共振周波数を超伝導チップの識別として受け取ることを含み、それらの共振周波数の差は、超伝導チップ上のジョセフソン接合における変動に基づく。この方法は、超伝導チップから出力された一連の共振周波数を、超伝導チップの記憶されている識別との、事前に定義されたマージンの範囲内での一致として識別することを含む。

【0008】

本発明のさらなる実施形態は、超伝導チップの識別を生じさせる方法に関する。超伝導チップの識別を生じさせる方法の非限定的な一例は、超伝導チップに、共振ユニットから一連の共振周波数を提供させることを含み、共振周波数の差は、共振ユニットにおける分散的非線形素子（dispersive nonlinear element）における変動に基づく。この方法は、先に記憶されていた一連の共振周波数が事前に定義されたマージンの範囲内での一連の共振周波数との一致であると判断すること、および、事前に定義されたマージンの範囲内での一致に応答して、一連の共振周波数を有する超伝導チップを、異なる一連の他の共振周波数を有する異なる超伝導チップから識別することを含む。

【0009】

本発明の別の実施形態は、システムに関する。このシステムの非限定的な一例は、分散的非線形素子をそれぞれが含む共振ユニットを有する超伝導チップを含んでおり、この共振ユニットは、一連の共振周波数が超伝導チップの識別となるように、差が分散的非線形素子における変動に基づく共振周波数を有する。このシステムは、共振ユニットに結合されており一連の共振周波数を超伝導チップの識別として出力するように構成されている伝送媒体を含む。

【0010】

追加の技術的特徴および利点が、本発明の技術を通じて、実現される。本発明の実施形態および態様は、本明細書において詳細に記載され、特許請求される主題の一部であると考えられる。よりよい理解のためには、詳細な説明と図面とを参照されたい。

【0011】

本明細書に記載された排他的権利の細目は、明細書の結論部分にある特許請求の範囲において、特に指摘され、明確に特許請求されている。本発明の実施形態の上記および他の特徴と利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むことから明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明による超伝導チップの安全な識別を提供する識別システムの概略を示す図である。

【図2】本発明による超伝導チップの安全な識別を提供する識別システムの概略を示す図である。

【図3】共振ユニットが本発明に従って集合的にアドレス指定される識別システムの概略を示す図である。

【図4】共振ユニットが本発明に従って集合的にアドレス指定される識別システムの概略を示す図である。

【図5】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図6】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図7】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図8】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図9】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図10】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図11】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図12】本発明による共振ユニットの構成の概略を示す図である。

【図13】本発明の実施形態による例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。

【図14】本発明の実施形態による例示的な共振ユニット・アレイを示す図である。

【図15】本発明による超伝導チップの例示的な認証を示す図である。

【図16】本発明による超伝導チップを形成する方法のフローチャートである。

【図17】本発明による超伝導チップを識別する方法のフローチャートである。

【図18】本発明による超伝導チップを識別する方法のフローチャートである。

【図19】本発明の実施形態による超伝導チップの認証の例を示す図である。

【図20】本発明の実施形態による超伝導チップの認証の例を示す図である。

【図21】本発明の実施形態による超伝導チップの認証の例を示す図である。

【図22】本発明の実施形態による超伝導チップの認証の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本明細書で示されている図面は、例証的なものである。本明細書に記載された図面または動作に対しては、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更があり得る。たとえば、作用が、異なる順序で遂行されることがあり得、または、作用が、追加される、消去されるもしくは修正されることがあり得る。また、「結合された」という用語およびその変形は、２つの要素の間の通信経路を有することの記載であり、それら２つの要素の間に介入する要素／接続が存在しない２つの要素間の直接的な接続があることを意味しない。これらの変形例は、すべて、明細書の一部であると考えられる。

【0014】

添付の図面と、開示されている実施形態に関する以下の詳細な説明とにおいては、図面で図解されている様々な要素には、２桁または３桁の参照番号が提供されている。若干の例外を除き、それぞれの参照番号の最も左の桁は、その要素が最初に図解された図面に対応する。

【0015】

簡潔を期すという目的のために、半導体デバイスおよび集積回路（ＩＣ）の製造に関する従来型の技術については、本明細書において、詳細に説明される場合とそうでない場合とがあり得る。さらに、本明細書に記載の様々なタスクおよびプロセスは、本明細書には詳細な記載のない追加的なステップもしくは機能を有する、より包括的な手順またはプロセスに一体化されることがあり得る。特に、半導体デバイスおよび半導体ベースのＩＣの製造における様々なステップは広く知られているので、簡潔性のために、本明細書では、多くの従来型のステップは、単に簡潔に言及されるか、または、広く知られたプロセスの詳細を提供することなく、全体として割愛されることになる。

【0016】

次に、本発明の態様とより特定の関係を有する技術の概観に注目すると、多くのチップが、サーバ・ファームにおいて用いられる。サーバ・ファームまたはサーバ・クラスタとは、コンピュータ・サーバの集合体であり、通常、単独のマシンの能力を遙かに超えるサーバ機能を供給するように、組織によって維持される。サーバ・ファームは、しばしば、数千台のコンピュータによって構成される。超伝導量子計算ハードウェアの製造がスケール・アップするにつれて、超伝導量子計算ネットワーク（たとえば、それぞれの量子コンピュータが少なくとも１つの超伝導チップを有するサーバ・ファームなど、多数の量子コンピュータ）において動作中のチップを識別するための手段に対する必要性が生じている。パッケージングがなされた少数のチップの場合には、計算リソースをトラッキングするために、在庫管理が行われることがあり得る。ネットワークの場合には、チップ自体を識別できることが有用であり望ましい。理想的には、これは、機能的ハードウェアと同じ環境で、同じタイプの測定ツールを用いて、行われる必要がある。相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の場合には、これは、通常、ｅＦＵＳＥなどの不揮発性ランダム・アクセス・メモリ（ＮＶＲＡＭ）の追加によって、達成される。ｅＦＵＳＥでは、現場に配置される前の登録フェーズの間に、ビットがプログラムされ、予備ビットを用いる単一誤り訂正二重誤り検出（ＳＥＣＤＥＤ）ハミング符号など、何らかの誤り訂正が要求され得る。ＮＶＲＡＭは、通常、ワンタイム・プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＯＴＰＲＯＭ）から作られ、（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）またはダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）とは異なり）電源がオフになった後でも、情報を失わない。このアプローチは、模倣品に対しては安全でないのが通常であり、その理由は、コードが、直接に、または、チップのレイヤ解析（de-layering）を経由して、読み出され、チップ上の領域を維持する同じタイプのデバイスまたは別のタイプのデバイスを用いて、複数のコピーが作られ得るからである。

【0017】

次に、本発明の態様の概観に注目すると、本発明の１つまたは複数の実施形態は、量子ビット・ネットワークの安全な識別を提供することによって、従来技術の上述した短所を克服する。さらに詳しくは、本発明の上述した態様は、安全な認証システムを提供することによって、従来技術の短所を克服するのだが、この安全な認証システムは、（製造の間に）超伝導量子ビット・チップと容易に統合が可能であり、典型的な超伝導量子ビット・チップに対するのと同じ機器および技術を用いた読み出しが可能で、模造品に対しても安全である。超伝導量子チップで用いられる超伝導トンネル接合（ジョセフソン接合とも称される）が、ジョセフソン・インダクタンスを示し、それらのチップを、それらの臨界電流よりも小さな電流で動作されるときに、超伝導回路の内部における従来型のインダクタと機能的に同等にするのである。ジョセフソン接合が製造される間の変動（すなわち欠陥）が、実施形態による超伝導量子ビット・チップのランダムな識別を提供するのに、用いられる。変動（すなわち欠陥）が、ジョセフソン接合が製造される間に、予測不可能に、ランダムに、そして制御不可能に生じ、それにより、超伝導量子チップの一意的でランダムな識別を提供するのである。超伝導量子チップのための量子アナログが、ちょうど典型的な超伝導量子ビットのように、マイクロ波回路を用いて読み出されることが可能な識別を提供する。この識別は、模造の費用を法外に高価なものにするため、安全である。

【0018】

次に、本発明の態様のさらに詳細な説明に移るが、図１は、読み出しが本発明の実施形態に従って集合的に行われる超伝導チップの安全な識別を提供するように構成された識別システム１００の概略を示している。図２は、読み出しが本発明の実施形態に従って個別的にアドレス指定可能な超伝導チップの安全な識別を提供するように構成された識別システム１００の概略を示している。

【0019】

安全な識別システム１００は、超伝導チップ１０２を含む。超伝導チップ１０２は、量子計算に用いられる他のタイプの回路と共に、共振ユニット・アレイ１０４を含む。たとえば、他の回路は、当業者によって理解されるように、超伝導量子計算に用いられる超伝導量子ビット回路１３０を含み得る。超伝導量子ビット回路１３０を経由して量子計算を行うには、様々な方法が存在し、典型的な超伝導量子ビット回路１３０は、超伝導量子ビット、読み出し共振器、結合共振器、結合コンデンサ、結合インダクタ、および量子計算に用いられる他の超伝導回路素子を含むことになる。これらの必要な要素のすべての組合せは、当業者に理解されるものであり、その詳細は、本明細書では論じられない。超伝導チップ１０２は、超伝導温度で動作する。超伝導チップ１０２は、希釈冷凍機などの低温装置（図示せず）によって、冷却され得る。

【0020】

共振ユニット・アレイ１０４は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを含む。それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、コンデンサまたはインダクタあるいはその両方と共に、ジョセフソン接合を含む。ジョセフソン接合は、分散的非線形素子の一例である。個々の共振ユニット１５０の様々な構成が、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、および図１２に図解されている。それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、超伝導量子ビット回路１３０を含む典型的な回路における共振周波数のために用いられるものと類似の機器および技術を用いて読み出されることが可能な一意的な共振周波数（resonant frequencyまたはresonance frequency）を有する共振器である。たとえば、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、個々の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有する。典型的な超伝導量子ビット回路１３０は、（エンタングルメントなどの）量子計算または量子演算あるいはその両方のために作られ、用いられる。

【0021】

それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの共振周波数は、測定機器１０６を用いて読み出され得るが、この測定機器１０６は、典型的な超伝導量子ビット回路１３０を読み出すのに用いられるのと同じ機器である。測定機器１０６は、伝送線１２０を経由して、チップ１０２上の共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに、動作可能に接続されている。図１とは異なり、図２は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれが、伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して個別的にアドレス指定可能である例を示している。伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎは、信号（たとえば、マイクロ波信号）を送信および受信するためのフィードラインである。伝送線１２０は、同軸線または導波管であり得る。伝送線は、伝送媒体の１つのタイプである。別の例示的な伝送媒体として、三次元マイクロ波キャビティがあり、これは、共振ユニット・アレイ１０４の読み出しのために用いられ得る。伝送媒体と共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎとは、典型的な超伝導量子ビット回路１３０と量子計算に用いられる他の超伝導回路素子とを有する同じチップ１０２を共有する。したがって、どのような実装形態も、超伝導量子ビット回路１３０から共振ユニット・アレイ１０４への量子情報の漏洩を防止しなければならない。ある実装形態では、共振ユニット・アレイ１０４は、２つのタイプの回路１０４および１３０の間でのどのような容量結合も誘導結合も回避するために、チップ１０２上の距離と、チップ１０２の中に一体化され接地されたシールディングとによって、超伝導量子ビット回路１３０から厳格に分離される。この場合、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、任意の値の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有し得る。別の実装形態では、容量結合または誘導結合が、２つのタイプの回路１０４および１３０の間に存在し得る。この場合には、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、それらの共振周波数ｆ１〜ｆＮが、量子計算に用いられる超伝導量子ビット回路１３０の周波数と重複しないように、作成されなければならない。共振周波数ｆ１〜ｆＮが超伝導量子ビット回路１３０の周波数と重複し得る別の実装形態は、閉じていると共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれをグランドに接続するスイッチを追加することである。このスイッチは、超伝導量子ビット回路１３０の超伝導動作の間、閉じている。開かれると、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、グランドに接続しておらず、超伝導量子ビット回路１３０は、量子計算を行わない。

【0022】

測定機器１０６は、プローブ信号１３２を含み得る。プローブ信号１３２は、たとえばマイクロ波信号などの所望の無線周波数の無線周波数信号（パルスであり得る）を生成するように構成された信号生成器（たとえば、測定機器１０６に一体化されている）によって生じられ得る。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの識別を読み出すため、プローブ信号１３２は、所望の／事前に定義された周波数のマイクロ波信号を含んでおり、共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに送信するように構成されている。図１は、プローブ信号１３２が、（所望の無線周波数のスイープである）無線周波数信号を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに集合的に（伝送線１２０を経由して）送信することを示している。換言すると、測定機器１０６は、（事前に定義された周波数のすべてをカバーする）無線周波数信号を、同じ伝送媒体（たとえば、伝送線１２０またはマイクロ波空洞）を用いて、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれに一度に送信するように構成されている。図２は、（所望の周波数全体のスイープを構成する）プローブ信号１３２が、（伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して）個別的に、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに送信されることを示している。図２では、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、無線周波数信号がこれらの伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎの間でスイッチングされるように、孤立されている状態にあり得るが、それぞれが、個々の伝送線を経由してアクセスされる。ある実装形態では、（所望の周波数のすべてを含む）無線周波数信号が、同時にまたはほぼ同時に、それぞれの個々の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎの上を、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎまで、送信され得る。測定機器１０６は、プローブ信号１３２を経由して、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを個々の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを経由して個別的にアドレス指定するために事前に定義された周波数を有する無線周波数信号を生成するように構成されており、また、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは個々の伝送線１２０＿１から１２０＿Ｎを有しているのだから、共振周波数は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが個別的に読み出される限り、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに対して同一であり得る。

【0023】

いずれの場合（図１および図２）も、無線周波数信号は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに個別的に向けられる、または、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの全体のアレイに（集合的に）向けられる、あるいはその両方である。前もって、測定機器１０６（オペレータによって操作可能である）は、（共振ユニット・アレイ１０４に送信される）無線周波数信号の周波数範囲（または周波数帯域）が共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための予想される共振周波数と一致／合致するように意図されるように、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための予想される／事前に定義される共振周波数を、知っている。１つの共振ユニット１５０から次の共振ユニット１５０へのジョセフソン接合は、それらの製造時に、制御不可能な変動を組み込んでいるため、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための共振周波数ｆ１〜ｆＮの厳密な値は、前もって知られていることはなく、ある範囲内にあると予想される。たとえば、ジョセフソン接合は、同じように設計され同じように製造されたときであっても、それらのジョセフソン接合のそれぞれの臨界電流において、およそ数パーセントの変動を有し得る。いくつかの場合には、臨界電流におけるこの変動は、約２％から約５％であり得る（５ＧＨｚの共振器では、これは、約１２５ＭＨｚの最大変動に対応する）。

【0024】

伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎは無線周波数信号を導く（および、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからの戻ってくる応答を同様に受け取る）ためのチャネルとして示されているが、このチャネルは、当業者によって理解されるように、３次元のマイクロ波空洞であり得る。また、それぞれの伝送線１２０は、読み出しが伝送されているときには、２つの伝送線を表し得る。

【0025】

説明の目的のために共振ユニット１５０＿１を考察するが、以下の議論は、類推により、共振ユニット１５０＿２〜１５０＿Ｎのそれぞれに適用されるということを理解されたい。無線周波数信号の周波数（すなわち、チャレンジ）が共振ユニット１５０＿１の共振周波数に等しい場合には、これは、共振ユニット１５０＿１から伝送線１２０（または伝送線１２０＿１）を通過して反射または送信される無線周波数エネルギーの位相または振幅において明らかとなる。たとえば、共振ユニット１５０＿１が共振周波数ｆ１を有すると仮定すると、応答／帰還の無線周波数のエネルギー／信号は、周波数ｆ１における振幅のピークと、周波数ｆ１に中心を有する１８０度の位相シフトとを有する。共振ユニット・アレイ１０４の完全な識別（指紋）を読み出すためには、プローブ信号１３２は、すべての共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに存在し得る共振周波数の範囲（たとえば、３ギガヘルツ（ＧＨｚ）から１０ＧＨｚまで）に及ぶ無線周波数信号の周波数を掃引しなければならず、プローブ信号は、掃引された無線周波数信号を共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのすべてに導かなければならない。したがって、すべての共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、それらのそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮにおける振幅のピークとそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮに中心を有する１８０度の位相シフトとを有する無線周波数エネルギー／信号を、戻すことになる。指紋は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからの応答として受け取られている周波数空間におけるスペクトル線の完全なパターンから構成される。周波数スペクトルにおけるピークが説明の目的のために用いられているが、測定はピークの測定に限定されないことに留意されたい。いくつかの実装形態では、ピークのそれぞれが、識別が下落（dip）の測定に基づくように、測定および他のシステム・パラメータに応じた下落であり得る。

【0026】

先に共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに送信された無線周波数信号への応答として、測定機器１０６は、チップ１０２の安全な識別として、一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを受信し得る。この一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮは、メモリ１１２に記憶されるかまたは別個に記憶されるかあるいはその両方であり得る。共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからの応答（帰還信号）を受け取った後で、測定機器１０６は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから受け取った応答に対する周波数空間における周波数のスペクトル（ピーク）を決定／識別するために、スペクトル解析を行うように構成される。ある実装形態では、測定機器１０６は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれに対する共振周波数ｆ１〜ｆＮを周波数ｆ１〜ｆＮにおけるピークとして識別するように構成される。

【0027】

本発明のいくつかの実施形態では、チップ１０２は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが機能していることをテストするため、製造の後で、極低温に冷却され、その共振周波数が測定される。このスペクトルは、基準として記憶される。チップ１０２は、次に、量子計算演算に用いられる（すなわち、冷却の間に）。チップの識別が要求されるときには、スペクトルが測定され、基準スペクトルと比較される。

【0028】

一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮが、測定機器１０６からコンピュータ・システム１０８へ、通信媒体１２２を経由して、伝送され得る。通信媒体１２２は、有線（イーサネット（Ｒ）・ケーブル、ＵＳＢケーブル、光ファイバ・ケーブル、同軸ケーブル、ツイステッド・ペア・ケーブルなど）またはワイヤレス・ネットワーク接続であり得る。コンピュータ・システム１０８は、１つまたは複数のプロセッサを有する。同様に、測定機器１０６は、１つまたは複数のプロセッサを有し得る。コンピュータ・システム１０８は、測定機器１０６から受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを、チップ識別データベース１１０において同様のチップ１０２のために先に記憶されていた様々なチップ識別番号と比較するように構成されている。コンピュータ・システム１０８は、受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮが、先に記憶されていた一連の共振周波数と統計的マージンの範囲内で一致するかどうかを判断するように構成されている。統計的マージンは、測定された共振周波数ｆ１〜ｆＮのそれぞれを考慮に入れた事前に定義された量であり得る。ある実例では、統計的マージンは、１％であり得る。これは、測定機器１０６から受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮとチップ識別データベース１１０における識別番号との間に１％の差があっても、依然として一致として認識されることを意味する。チップ１０２は、複数個のチップを表すことがあり得る。チップ識別データベース１１０は、複数のチップ１０２に対するチップ識別番号を含むことがあり得る。それぞれのチップ１０２は、当業者によって理解されるように、量子計算を行うため、超伝導量子コンピュータのネットワークにおいて用いられることがあり得る。すべてのチップ１０２に対するそれぞれのチップ識別番号は、読み出され、チップ識別データベース１１０に先に記憶される。それぞれのチップ１０２は、チップ１０２の製造業者によって、読み出され記憶されていることがあり得る。また、それぞれのチップ１０２は、それらのチップを超伝導量子コンピュータのネットワークにおいて用いてきたチップ１０２のオペレータ（エンド・ユーザ）によって読み出され記憶されていることがあり得る。

【0029】

いくつかの実施形態では、コンピュータ・システム１０８が、図３および図４に図解されているように、測定機器１０６と一体化されていることがあり得る。図３は、共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが本発明の実施形態により伝送線１２０を通じて集合的にアドレス指定される識別システム１００の概略を示している。換言すると、無線周波数信号（チャレンジ）が、測定機器１０６から、同じ伝送線上を、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのすべてに送られ得、応答は、同じ伝送線上を戻され、受け取られる。図４は、共振ユニット・アレイ１０４の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが本発明の実施形態により伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを通じて個別的にアドレス指定される識別システム１００の概略を示している。図３および図４では、測定機器１０６は、受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮをコンピュータ・システム１０８に送信する必要がない。実際、測定機器の機能を有するコンピュータ・システム１０８（または、その逆）は、受け取られた一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを、チップ識別データベース１１０に記憶されているチップ識別番号と直ちに比較し、そのチップ１０２をチップＸＹＺとして識別することができる。

【0030】

次に、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに関するさらなる詳細に注目するが、それぞれの共振ユニットは、それ自体のジョセフソン接合を有する。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、典型的な超伝導量子ビットに類似するのであるが、それほどまでには厳重でない要件を有する。典型的な超伝導量子ビットは、長いコヒーレンス時間Ｔ１およびＴ２を有するように、そして、その状態情報を得るために読み出され得るように、製造されなければならない。典型的な超伝導量子ビットでは、量子ビット状態は、ハイ｜１＞、ロー｜０＞、またはハイおよびローの両方の重ね合わせであり得る。さらに、量子計算に用いられる典型的な超伝導量子ビット（超伝導量子ビット回路１３０など）は、直接読み出されることが不可能である。その代わりに、読み出し共振器が、典型的な超伝導量子ビットの量子情報（すなわち、状態）が読み出し共振器を読み出すことから逆に受け取られるマイクロ波信号に基づいて推測され得るように、読み出されることが要求される。典型的な超伝導量子ビットは、それぞれの典型的な超伝導量子ビットをその読み出し共振器から分離するために、結合コンデンサを必要とする。また、典型的な超伝導量子ビットは、典型的な超伝導量子ビットを相互に分離するために、結合コンデンサを必要とする。しかし、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、状態情報を維持することを必要とせず、したがって、長い時間Ｔ１およびＴ２を維持するための要件によって制限されない。また、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎをそれらのそれぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮでそれぞれ共振させることによって、直接に読み出され得る。さらには、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、相互に分離される、または、結合コンデンサによって読み出し共振器から分離される必要がない。結果的に、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、状態情報が必要とされないために状態情報を失うという問題なく、そして、相互の間で干渉の問題もなく、密接にパッケージングされることが可能である。

【0031】

典型的な超伝導量子ビットと同じように、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、ジョセフソン接合を用いる。ジョセフソン接合は、たとえば薄い絶縁バリアによって結合された２つの超伝導体によって形成される。ジョセフソン接合は、超伝導電極の間の、Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁トンネル・バリアによって、製造され得る。そのようなジョセフソン接合のためには、バリアを流れ得る最大の超電流は、臨界電流Ｉ_Ｃである。ジョセフソン接合の製造は、トンネル・バリアにおける制御不可能で予測不可能な変動を含み、このために、どの２つ以上の同一に製造されたジョセフソン接合は同一でない臨界電流を有することになる。したがって、これらのジョセフソン接合のジョセフソン・インダクタンスは、それらのジョセフソン接合が同じ設計を有し同じに製造されたとしても、異なる。ジョセフソン・インダクタンスのこの変動（すなわち、差）は、どの他の同一に設計され製造されたチップもチップ１０２と厳密に同じ一意的な一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有することがないように、チップ１０２のために一意的な一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮ（共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの）を提供するのに用いられる。

【0032】

図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、および図１２は、本発明の実施形態による様々な共振ユニットの概略的な構成を示す。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、図５〜図１２における例のいずれとしても、実装され得る。図５〜図１２では、それぞれの例示的な共振ユニット１５０は、ジョセフソン接合（ＪＪ）、インダクタＬ、およびコンデンサＣを含む。インダクタＬとコンデンサＣは、インダクタンスおよびキャパシタンスの特定の量をそれぞれ示すように設計された回路素子を含み得るか、または、そうでない場合には、当業者によって理解されるように、たとえばオンチップの伝送線の場合のために、回路の金属パターンおよび配線の内部に存在するインダクタンスおよびキャパシタンスの量を有し得る。ジョセフソン接合と共に、共振ユニット１５０は、チップ１０２上にコンデンサと他のインダクタとを組み合わせることによって、形成され得る。共振のライン幅は、フィードラインまたは他の読み出し回路へのその結合によって決定され、周波数領域においてそれぞれの共振を明確に区別するのに十分に小さく、作られなければならない。

【0033】

ジョセフソン接合は、インダクタとして作用し、したがって、全体のインダクタンスに寄与する。周波数のアドレス指定可能性（すなわち、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのための異なる周波数）は、ある共振ユニット１５０と別の共振ユニットとについて、インダクタンスの量を変更またはキャパシタンスの量を変更あるいはその両方によって、強制され得る。たとえば、多かれ少なかれ、直列のインダクタンスまたは並列のインダクタンスあるいはその両方が、ある共振ユニット１５０と次の共振ユニット１５０との間で、調節（すなわち、増加または減少）され得る。さらに、多かれ少なかれ、直列のキャパシタンスまたは並列のキャパシタンスあるいはその両方が、ある共振ユニット１５０と次の共振ユニット１５０との間で、調節され得る。それぞれの共振ユニット１５０において、より大きなまたはより小さなジョセフソン・インダクタンスが、調節（すなわち、増加または減少）され得る。それぞれの共振ユニット１５０の共振周波数は、固有なプロセス変動可能性（intrinsic process variability）の影響を受け、２つの同一のチップ１０２について、非常に高い確率で、異なり得る。本明細書で記載されているように、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎからのこの変動可能性は、ジョセフソン接合における文字通りの欠陥のためであり、それにより、それぞれのチップ１０２が一意的となる。インダクタＬのインダクタンスとコンデンサＣのキャパシタンスとが同じままであり、（図５〜図１２における任意の構成のような）構成が、それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎについて同じであっても、ジョセフソン接合は、依然として、同じになるように設計され製造されるときでも、異なる構造を有することになる。この異なる構成は、ジョセフソン接合のトンネル・バリアの製造におけるものであり、それによって、一意的で安全な識別番号が提供される。

【0034】

図５の構成を一例として、図１３および図１４は、本発明の実施形態による例示的な共振ユニット・アレイ１０４を図解している。図１３は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが集合的にアドレス指定される共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１３では、無線周波数信号が、共振ユニット・アレイ１０４のうちの１つの伝送線１２０に入力される。共振ユニット・アレイ１０４は、反射方向に（in reflection）動作する場合には、ただ１つの伝送線１２０を有し得る。共振ユニット・アレイ１０４は、伝送方向に（in transmission）動作する場合には、第２の伝送線１２０を有し得、それが、破線を用いて示されている。破線は、測定機器１０６に戻すように応答を伝送する。

【0035】

図１４は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが個別的にアドレス指定される共振ユニット・アレイ１０４の概略を示している。図１４では、無線周波数信号が、共振ユニット・アレイ１０４の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎのそれぞれに入力される。共振ユニット・アレイ１０４は、反射方向に動作する場合には、ただ１組の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを有し得る。共振ユニット・アレイ１０４は、伝送方向に動作する場合には、第２の組の伝送線１２０＿１〜１２０＿Ｎを有し得、それが、破線を用いて示されている。破線は、測定機器１０６に戻すように応答を伝送する。

【0036】

図１３および図１４は、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎ、コンデンサ（Ｃ）６０４＿１〜６０４＿Ｎ、およびインダクタ（Ｌ）６０６＿１〜６０６＿Ｎを含むことを示している。図１３および図１４において、共振ユニットの構成の選択は単なる一例であるが、それぞれが少なくとも１つのジョセフソン接合を含まなければならない。共振ユニット１５０の選択（および共振ユニット１５０の個数）は、単なる一例である。図１３では、伝送線１２０が、結合コンデンサ（ＣＣ）６０８＿１〜６０８＿Ｎによって共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに容量的に結合されることがあり得る。いくつかの実装形態では、結合インダクタが、結合コンデンサの代わりに用いられることがあり得る。他の実装形態では、結合コンデンサ（ＣＣ）６０８＿１〜６０８＿Ｎが削除されることがあり得る。図１３および図１４では、コンデンサ６０４＿１〜６０４＿Ｎのキャパシタンスは、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３．．．＝ＣＮとなるように、この例では同一であり、インダクタ６０６＿１〜６０６＿Ｎのインダクタンスは、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３．．．＞ＬＮとなるように同じではなく、これにより、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３．．．ｆＮである共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮが生じる。ジョセフソン接合は、公称としては同一であるが、（製造の間の不可避な）固有のプロセス変動を有しており、これにより、それぞれの共振周波数が、２つのチップが同じものとして設計され同一に製造される場合であっても、あるチップ１０２と別のチップ１０２との間では若干異なることになる。本明細書において記載されているように、本発明の実施形態により、それぞれがそれ自体の一意的なチップ識別を有するように設計された複数のチップ１０２が存在する。したがって、チップ１０２の識別は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３．．．ｆＮであるシーケンスｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮとして、記録され得る。たとえば１２８個の共振ユニット１５０（すなわち、Ｎ＝１２８）など、十分に大きな個数の共振ユニット１５０が実装される場合には、共振のいくつかが反復的な測定の間で揺らぎが生じる（たとえば、数ＭＨｚ）または時間経過に伴って揺らぎが生じるあるいはその両方である場合であっても、共振の間の分離（すなわち、ｆ１からｆ２までなど周波数の間の分離）が個々のものに対する変動の典型的なウィンドウよりも大きい限り、それぞれのチップ１０２は、そのシーケンスによって一意的に識別されることが可能である。本発明の例示的な実施形態では、共振の間の分離（すなわち、ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮの間の分離）は、約１００ＭＨｚであり得るのに対し、他方では、極低温まで冷却されたまま維持される共振器の典型的な揺らぎは、約５０ｋＨｚ未満であり、２つの異なる時点で極低温まで冷却される共振器の典型的な揺らぎは、約５ＭＨｚ未満である。チップ１０２はＰＵＦ構成であるから、（チップ１０２の識別としての）このシーケンスは、チップ１０２の中に決してプログラムされない。この方法は、このタイプのチップ１０２を偽造することを、より困難にするのであるが、その理由は、同じジョセフソン接合レイアウトを用いてそのシーケンスを厳密にコピーすることがほぼ不可能である（または、多くのリソースを要求する）からである。ジョセフソン・インダクタンスを、より多くの面積を犠牲にするが、通常のインダクタで代替することが可能ではあるが、これは、チップの検査の際に容易に発見可能である。これは、ジョセフソン接合はそのサイズと比較すると大量のインダクタンスを有しており、すべてのジョセフソン接合を通常のインダクタで代替しようとすると、その結果、チップ１０２と比べて巨大なチップとなってしまうからである。周波数とインダクタンスとは逆数関係にある、ということに留意されたい。より詳しくは、周波数は、インダクタンスに対し、平方根の逆数という関係を有する。

【0037】

図１〜図１４に示されている共振ユニット・アレイ１０４は例示のためのものであることを理解されたい。１つまたは複数の実施形態が、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎを含む複数の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを有する回路（すなわち、チップ１０２）またはシステム１００あるいはその両方を含み得、そこで、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、一連のアナログ共振周波数署名を読み出すために読み出し機構（測定機器１０６など）に結合されていることにより、チップ１０２の一意的でランダムな識別を提供するということに留意されたい。この回路は、ハンガ型の伝送線またはマイクロ波空洞であり得る。いくつかの実装形態では、個別的にアドレス指定される共振ユニットは、（図２、図４、図１４に示されているように）個々のパターニングされた読み出しを用いて作成され得る。チップ１０２上に個別的にアドレス指定される共振ユニットを有するのは、より多くの面積を消費するが、これにより、ジョセフソン接合が（インダクタＬおよびコンデンサＣと共に）共振ユニット・アレイ１０４において相互に同一に（すなわち、同一の周波数帯域を用いて）作られることが可能になり、その理由は、ジョセフソン接合は、それらの個々の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおけるそれらのそれぞれの位置によってアドレス指定されるからである。

【0038】

他の実装形態では、共振ユニット・アレイ１０４において、（それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおける）ジョセフソン接合が、ある共振ユニットと次の共振ユニットとの間で若干異なるように作られることがあり得る。たとえば、（それぞれの共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎにおける）ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎは、予測可能なアナログ周波数範囲によってそれぞれのビットを識別するために、異なるサイズで作られる、異なる臨界電流Ｉ_Ｃで作られる、異なる容量負荷で（すなわち、コンデンサＣ１６０４＿１〜ＣＮ６０４＿Ｎに対する値が異なるように）作られる、または、異なる誘導負荷で（すなわち、インダクタＬ１６０６＿１〜ＬＮ６０６＿Ｎに対する値が異なるように）作られる、あるいは、その組合せとして作られる、ことがあり得る。すなわち、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜．．．ｆＮ、またはその逆であり得る。それぞれのビットは、測定された共振周波数ｆ１が共振ユニット１５０＿１に対するビットであり、測定された共振周波数ｆ２が共振ユニット１５０＿２に対するビットであり、さらには、測定された共振周波数ｆＮが共振ユニット１５０＿Ｎに対するビットであるような、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの共振周波数である。チップ１０２は、複数のチップを表すことがあり得る。チップ１０２は、１２８ビットを有し得、それによって１２８個の共振ユニット１５０を有し、したがって、測定される１２８の共振周波数が存在する。ある実装形態において、共振ユニット・アレイ１０４は、１２８個の共振ユニット１５０が集合的にアドレス指定され測定されるときには、チップ１０２上のより少ない空間を用い得、その理由は、反射方向の読み出しには１つの伝送線１２０が必要とされるか、または、伝送方向の読み出しには２つの伝送線１２０が必要とされるからである。それほど多くの共振ユニット１５０（たとえば、１２８ビット、６４ビット、３２ビットなど）が密接にパッケージングされていることは、既に記載したようにコヒーレンスが動作には影響しないため、チップ１０２にとって問題ではない。

【0039】

模造品に対する安全性は、（プログラミングの代わりに）チップを識別するために、（ジョセフソン接合の製造における）ランダムなプロセスの変動可能性を通じて実現され、それにより、チップ１０２が、物理的複製困難関数という概念に含まれることになる。物理的複製困難関数は、揺らぎに対する補正を行うために十分なビットを要求するのであるが、３２ビット（すなわち、３２個の共振ユニット１５０）、６４ビット、１２８ビットなどを用いることが、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎの一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮの読み出しにおいて揺らぎに対する補正を行うためのビットを提供する。それぞれのビットは、読み出し方法（反射に対する伝送、３次元のマイクロ波空洞の使用など）と加えられた負荷とを考慮に入れた後では、別のチップ１０２上の同じビットのものとは所与の信頼性をもって区別されるアナログ周波数を有する。すなわち、同じ個数の共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎを有し、ジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎに対する同じ値／サイズと、コンデンサＣ１６０４＿１〜ＣＮ６０４＿Ｎに対する同じ値と、インダクタＬ１６０６＿１〜ＬＮ６０６＿Ｎに対する同じ値とを用いて、同じように製造されたチップ１０２が２つ（またはそれより多く）存在することがあり得る。これらの２つ（または、それより多く）のチップ１０２は同一であるように設計されているが、あるチップ１０２と次のチップ１０２との間には、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのジョセフソン接合６０２＿１〜６０２＿Ｎにおいて、違い（すなわち、変動可能性）が存在する。この変動可能性が、その識別を形成するそれぞれのチップ１０２の上の一連のアナログ周波数の一意性を説明するのである。そのような識別の一意性は、時間経過後または反復的な読み出し後におけるそれぞれの周波数（すなわち、それぞれの共振周波数ｆ１〜ｆＮ）の揺らぎの説明の後であっても、パターンが一意的である限りチップ１０２が認識される統計的パターン認識に依存する。

【0040】

時間経過と共にまたは反復的な読み出しの後で、チップ１０２を読み出す際の揺らぎを例証するために、図１５は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。図１５は、この図面を曖昧にすることのないように、単に、システム１００の簡略化された図を示している。図１５は、図１〜図１４で論じられたすべての要素を含んでいる、ということを理解されたい。図１５では、チップ１０２の安全な識別が読み出された、ということが仮定されている。いったん識別が読み出されると、測定された識別は、チップ識別データベース１１０を参照してチェックされ得る。共振ユニット１５０の個数、プロセスの変動可能性（周波数の標準偏差）および動作の間の揺らぎ（反復可能性）が与えられた場合、チップ割り当ての確実性は、この種のチップ識別の間の衝突（ビットが同一の周波数を有すること）の確率に左右される。以下では、少数の例示的なシナリオが、提供される。第１のシナリオでは、同じチップ１０２の識別のシーケンシャルな読み出しの反復可能性に応じて、いくつかのビットが、そのアナログ周波数に、時には０．１％を超える揺らぎを生じさせ得るが、これは、いくつかの実装形態では、５ＭＨｚである。これらの実装形態では、ビット数が１２８の場合には、ビット数のいずれかの９５％程度の認証閾値が、すなわち（全体で１２８ビットのうちの）１２２ビットが、データベース１１０に記憶されている既存の識別と一致する限り、認証は、９９．９％正確（製造された１，０００個のチップのうちの９９９個について正確）であり得る。９９．９％という精度は、一例として提供されているのであって、プロセスの変動可能性や動作間での揺らぎなど、システムの実際の物理的特性に左右される。第２のシナリオでは、たとえば５０ＭＨｚから７５ＭＨｚへの上昇など、プロセスの変動可能性の結果として周波数の標準偏差が上昇する場合には、１００ＭＨｚの差となるように設計された２つの異なるビットの周波数の間に重複が生じる確率は、上昇する。このシナリオの場合には、データベース１１０に記憶されている同じ識別とパターンが９５％程度まで一致する少なくとも２つの異なるチップ１０２が存在し得、認証の正味の精度は、９９．９％から、たとえば９０％に低下することになる。この同じ第２のシナリオでは、９９．９％の精度は、ビットの９７％程度の認証閾値すなわち１２４ビットがデータベース１１０に記憶されている既存の識別と一致して、２つの異なるチップ１０２が結果的に明確に一致する識別を生じる場合にだけ、回復され得る。

【0041】

チップ１０２が、データベース１１０における異なるチップ１０２として（不正確に）認証される場合には、これは、フォールス・ポジティブ（false positive）認証と称される。さらなる第３のシナリオでは、各ビットの周波数の動作の間の揺らぎが０．１％から１％に上昇する、または、いくつかの実装形態では５ＭＨｚから５０ＭＨｚに上昇する場合には、それぞれの読み出しビットの周波数がデータベース１１０に記憶されているものと一致する確率は、低下する。この第３のシナリオの場合、反復的な読み出しの際に、データベース１１０に記憶されているいずれかの識別と９５％未満のパターン一致を表示する、先にデータベース１１０に登録されているチップ１０２が存在し得、認証の正味の精度は、９９．９％から、たとえば９５％に低下することになる。この同じ第３のシナリオにおいて、９９．９％の精度は、認証閾値が下げられ、その結果として、データベース１１０に記憶されている既存の識別と一致するために、ビットの９３％すなわち（全体の１２８ビットのうちの）１１９ビット程度が必要とされ得る場合に限って、回復され得、このチップ１０２は、その場合には、結果的に、データベース１１０における既存の識別との一致を生じる。チップ１０２が認証されない場合には、そのチップが先にデータベース１１０に登録されていたとしても、これは、フォールス・ネガティブ（false negative）認証と称される。

【0042】

認証閾値が、フォールス・ネガティブな認証を回避するのに必要なほど低く、フォールス・ポジティブな認証を回避するのに必要なほど高い場合に、正確な認証のための（バランスとしての）ウィンドウが存在する、ということを理解されたい。いくつかの実装形態では、フォールス・ネガティブな認証は、９５％の認証閾値を用いることで回避することが可能であり、フォールス・ポジティブな認証は、９０％の認証閾値を用いることで回避することが可能であり、（１，０００個のチップのうちの９９９個が正しく識別される）９９．９％という認証精度を提供するためには、９３％の中間的な任意の認証閾値を、選ぶことが可能である。精度は、さらに、どれだけ多くのチップが製造されるのか（すなわち、１，０００個なのか１０，０００個なのか）、そして、どれだけ多くのビット数が記憶されているのか（チップ上の空間をより多く要するという対価を伴うが、ビット数が多ければ多いほど、それだけますます、それぞれのチップの識別の一意性が高まる）に、左右され得る。１２８ビットは、最大で、２^１２８個のチップ（これは、３の後に３８個のゼロが続く個数を超えるチップの個数である）を識別することが可能である。さらに、フォールス・ネガティブな識別は、測定ノイズの場合にそれぞれの周波数を正確に測定する確率を改善するために複数回の反復的な測定を行うことによって、減少させることが可能である。

【0043】

図１５に戻ると、読み出しは信頼性マージン（confidence margin）の範囲内で統計的に一意的であるから、識別は、ＩＤ１（すなわち、チップＸＹＺ）として認識される。信頼性マージンは、１％の差または９９％の信頼性インターバルであり得る。チップ１０２から読み出された識別は、測定された一連の識別４．２３３ＧＨｚ、４．３１３ＧＨｚ、４．４３５．．．ＧＨｚを有し、コンピュータ・データベース１１０は、記憶された識別ＩＤ１（すなわちＸＹＺ）を４．２３４ＧＨｚ、４．３１２ＧＨｚ、４．４３７．．．ＧＨｚとして有しているが、コンピュータ・システム１０８は、測定された一連の識別（４．２３３ＧＨｚ、４．３１３ＧＨｚ、４．４３５ＧＨｚ）と記憶されているチップの一連の識別ＩＤ１（すなわちＸＹＺ）（４．２３４ＧＨｚ、４．３１２ＧＨｚ、４．４３７．．．ＧＨｚ）とは統計的に同一であると認識するように構成されている。下線の引かれた桁は異なっているが、コンピュータ・システム１０８は、読み出しが統計的に同一であるから、チップ１０２を、識別ＩＤ１を有するチップ（すなわち、チップＸＹＺ）として認識するように構成されている。

【0044】

時間経過と共にまたは反復的な読み出しの後で、チップ１０２を読み出す際の揺らぎをさらに例証するために、図１９は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。図１９は、この図面を曖昧にすることのないように、単に、システム１００の簡略化された図を示している。図１９は、図１〜図１４で論じられたすべての要素を含んでいる、ということを理解されたい。図１９では、チップ１０２の安全な識別が読み出された、ということが仮定されている。いったん識別が読み出されると、測定された識別は、チップ識別データベース１１０を参照してチェックされ得る。この例は、１２８ビットが読み出されたということを表し、これは、測定された一連の識別として、周波数ｆ１、ｆ２、．．．、ｆ１２８が存在することを意味する。読み出されたのは１２８ビットであるが、この例は、説明の目的で、ビット１（すなわち、周波数ｆ１）として任意に選択された単一のビットに着目する。この場合に、データベース１１０における先に記憶されていたチップの識別ＩＤ１のビット２〜１２８に対する周波数ｆ２〜ｆ１２８（記憶されているシーケンス）は、測定されたシーケンスにおける読み出されたチップ１０２の周波数ｆ２〜ｆ１２８と一致し得る。しかし、測定されたシーケンスのビット１に対する周波数ｆ１は、先に記憶されていたシーケンスのビット１に対する周波数ｆ１と一致しない。データベース１１０におけるチップの識別ＩＤ１（チップＩＤ１）に対しては、ビット１に対して記憶されている周波数ｆ１は、４．５６７ＧＨｚである。しかし、同じビット１の読み出された周波数ｆ１は、４．５６９ＧＨｚである。コンピュータ・システム１０８は、５ＭＨｚ未満（＜）のマージン（この実装形態では、周波数の＋／−０．１％）であるために、ビット１の認識を（一致として）確認するように構成されている。比較の後で、測定された周波数ｆ１＝４．５６９ＧＨｚ（ビット１）と先に記憶されていた周波数ｆ１＝４．５６７ＧＨｚ（記憶されていたビット１）との差が（事前に定義された）５ＭＨｚのマージンの範囲内であり、したがって、コンピュータ・システム１０８は、チップ１０２の測定された一連の識別（ｆ１＝４．５６９、ｆ２、ｆ３、．．．、ｆ１２８ＧＨｚ）とチップ識別ＩＤ１の先に記憶されていた一連の識別（ｆ１＝４．５６７、ｆ２、ｆ３、．．．、ｆ１２８ＧＨｚ）とが一致すると判断する。

【0045】

図２０は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。図２０のシナリオは、同じビット１の読み出された周波数ｆ１が４．５７５ＧＨｚであること以外は、図１９と同一である。コンピュータ・システム１０８は、測定された周波数ｆ１＝４．５７５ＧＨｚ（ビット１）と先に記憶されていた周波数ｆ１＝４．５６７ＧＨｚ（記憶されていたビット１）との間の差が５ＭＨｚのマージン（この実装形態における周波数の＋／−０．１％）よりも大きい（＞）ために、読み出されたビット１を測定されたビット１と一致するとは認識しないように構成されている。コンピュータ・システム１０８は、測定されたビット１と先に記憶されていたチップの識別１に対する記憶されていたビット１との間に一致が存在しないと判断する。

【0046】

時間経過と共にまたは反復的な読み出しの後で、チップ１０２を読み出す際の揺らぎをさらに例証するため、図２１は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。図２２は、本発明の実施形態によるチップ１０２の認証の一例を示している。これらの例では、データベース１１０は、チップＩＤ４２のビット１、２、３、４、．．．、１２８に対し、４．５６７ＧＨｚ、４．６５４ＧＨｚ、４．７５９ＧＨｚ、４．８４７ＧＨｚ、．．．、ｆ１２８として、先に記憶されていた周波数を有する。

【0047】

図２１では、チップ１０２の同じビット１、２、３、４、．．．、１２８の読み出された周波数が、４．５７５ＧＨｚ、４．６５５ＧＨｚ、４．７５６ＧＨｚ、４．８５０ＧＨｚ、．．．、ｆ１２８として、（測定機器１０６を経由して）測定される。コンピュータ・システム１０８は、ビット１以外のすべてが＜５ＭＨｚというマージン（＋／−０．１％）を満たしており、認証閾値が１２５ビットに設定されているので、このチップ１０２を、データベースにおけるチップ識別４２として認証するように構成されている。

【0048】

図２２では、チップ１０２の同じビット１、２、３、４、．．．、１２８の読み出された周波数が、４．５７５ＧＨｚ、４．６６５ＧＨｚ、４．７４５ＧＨｚ、４．８３５ＧＨｚ、．．．、ｆ１２８として、（測定機器１０６を経由して）測定される。コンピュータ・システム１０８は、４ビットが＜５ＭＨｚというマージン（＋／−０．１％）を満たしておらず、認証閾値が１２５ビットに設定されている（しかし、１２４ビットだけが認識されている）ので、このチップ１０２を、チップ識別ＩＤ４２として認証しないように構成されている。このチップ１０２は、しかし、データベース１１０の内部のすべてのチップＩＤがサーチされた後で、異なるチップとして、認証され得る。

【0049】

図２２における考察として、これは、ＩＤ４２を有するチップが認証されなかったと述べることによるフォールス・ネガティブの一例であり得るが、その理由は、それは先に登録されていたものの、そのビット１〜４は記憶されていた値からの揺らぎが大きすぎ、認証閾値がより低い１２４ビットに設定されていたならば、正しく認証されていただろうからである。ある実装形態では、閾値を、測定されたチップ１０２がチップ識別ＩＤ４２として正しく識別されるように、１２４ビットに設定することが可能である。

【0050】

さらなる考察として、フォールス・ポジティブの一例は、下記の通りである。記憶されたＩＤ９９を有するチップは、ビット１〜４以外は、記憶されているＩＤ４２と共通の１２４ビットを有するが、この場合に、ＩＤ９９のビット１は、ＩＤ４２のビット１と近接するが、５ＭＨｚよりも大きく離れている。ＩＤ９９のビット１の読み出された周波数の値の揺らぎのために、その周波数は、５ＭＨｚ未満の範囲（＋／−１％）まで、ＩＤ４２のビット１に近づく。ＩＤ９９を有するチップは、すると、ＩＤ４２を有するチップのために記憶されているＩＤと共通の１２５ビットを有することになり、認証閾値に合格する。そうすると、ＩＤ９９を有するチップは、ＩＤ４２として間違って認証される可能性があるが、認証閾値がより高く１２６ビットに設定されている場合であれば、正しく認証され得る。そのような場合には、認証閾値は、コンピュータ・システム１０８によって、（チップＩＤ４２とチップＩＤ９９に関して）より高く１２６ビットに設定されることがあり得る。

【0051】

図１６は、本発明の実施形態によりチップを形成する方法のフローチャート９００を示している。ブロック９０２では、ジョセフソン接合６０２をそれぞれが含む共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎが形成され、これらの共振ユニットは、その差がジョセフソン接合６０２における変動に基づく共振周波数ｆ１〜ｆＮを有する。ブロック９０４では、伝送媒体（たとえば、伝送線１２０またはマイクロ波空洞あるいはその両方）が、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎに結合され、伝送媒体は、一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを、チップ１０２の識別として出力するように構成されている。

【0052】

共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれは、共振周波数のうちの個々の共振周波数を有する（たとえば、共振ユニット１５０＿１は、共振周波数ｆ１を有する）。ジョセフソン接合６０２における変動は、これらに限定されないが、リソグラフィの際のライン・エッジの粗さ、面積の一様性、トンネル・バリアの厚さの一様性、超伝導金属のグレイン・サイズ、超伝導金属の厚さの一様性、または、ジョセフソン接合におけるランダムな変化、あるいはこれらの組合せを含む、制御不可能な製造におけるランダムネスの結果である。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれは、共振周波数のうちの個々の共振周波数によって一意的に識別されるように構成されている（たとえば、共振ユニット１５０＿２は、その共振周波数ｆ２によって識別される）。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、超伝導量子ビットである。

【0053】

共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、無線周波数信号を受け取ることによって、（測定機器１０６を経由して）読み出されるように構成されている。無線周波数を用いた読み出しは、一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを、チップ１０２の識別として出力するように構成されている。伝送媒体は、１つまたは複数の伝送線１２０とマイクロ波空洞（たとえば、３次元マイクロ波空洞）とから選択される。

【0054】

共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、容量素子（たとえば、コンデンサＣ６０４）と誘導素子（たとえば、インダクタＬ６０６）とを含む。共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、共振周波数を順序付けるように、異なるように設計されることがあり得る。たとえば、共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎは、共振ユニット１５０＿１のｆ１が共振ユニット１５０＿２のｆ２よりも低く、共振ユニット１５０＿２のｆ２が共振ユニット１５０＿３のｆ３よりも低く、共振ユニット１５０＿３のｆ３が共振ユニット１５０＿４のｆ４よりも低く、などのように、設計されることがあり得る。

【0055】

共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎのそれぞれにおけるジョセフソン接合６０２は、同一に設計されており、一連の共振周波数は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）を構築する。

【0056】

図１７は、本発明の実施形態によってチップ１０２を識別する方法のフローチャート１０００を示している。ブロック１００２では、コンピュータ・システム１０８（または測定機器１０６あるいはその両方）が、一連の共振周波数を、チップ１０２の識別として受け取るように構成されており、共振周波数における差は、チップ１０２上のジョセフソン接合６０２における変動に基づく。ブロック１００４では、コンピュータ・システム１０８（または測定機器１０６あるいはその両方）が、チップ１０２から出力された一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを、事前に定義されたマージンの範囲内で、チップ１０２の（チップ識別データベース１１０に）記憶されている識別一致するものとして識別するように構成されている。

【0057】

図１８は、本発明の実施形態によってチップ１０２の識別を生じさせる方法のフローチャート１１００を示している。ブロック１１０２では、コンピュータ・システム１０８（または測定機器１０６あるいはその両方）が、チップ１０２に、その共振ユニット１５０＿１〜１５０＿Ｎから一連の共振周波数を提供させるように構成されており、共振周波数における差は、共振ユニットにおける分散的非線形素子における変動に基づく。コンピュータ・システム１０８は、測定機器１０６に、ネットワークにおける任意の他の超伝導チップと共に、チップ１０２から、一連の共振周波数を読み出させることができる。ジョセフソン接合は、１つの分散的非線形素子である。

【0058】

ブロック１１０４では、コンピュータ・システム１０８が、（チップ識別データベース１１０において）先に記憶されていた一連の共振周波数が、事前に定義されたマージンの範囲内で、チップ１０２から測定されたばかりの一連の共振周波数と一致すると判断するように構成されている。コンピュータ・システム１０８は、チップ１０２から測定されたばかりの一連の共振周波数と先に記憶されていたすべての一連の共振周波数／識別とを比較するように構成されているが、データベース１１０（および、チップ１０２に接続されたネットワーク）には、それら自身の（異なる）一連の共振周波数を有する数百または数千の他のチップ１０２が存在し得る。

【0059】

ブロック１１０６では、コンピュータ・システム１０８は、事前に定義されたマージンの範囲内での一致に応答して、異なる一連の共振周波数を有する（たとえば、データベース１１０における）異なるチップ１０２からの一連の共振周波数ｆ１〜ｆＮを有するチップ１０２を識別するように構成されている。

【0060】

一致に応答して、測定機器１０６（またはコンピュータ・システム１０８あるいはその両方）は、異なる識別を有する（データベース１１０における）異なるチップからの現在の識別を有するチップ１０２を認証するように構成されている。

【0061】

超伝導チップ１２０がどのように用いられ得るかに関しては、多くのシナリオが存在し、他のチップ１０２の中での特定のチップ１０２の認証は、様々なプロセスを含み得る。第１に、チップの製造の後で、多くの場合には製造業者のサイトで行われるのであるが、チップの識別が、（オペレータまたは自動化されたプロセスによって）極低温で読み出され、チップ識別データベース１１０に記憶される。このプロセスは、典型的には、登録として知られている。チップ１０２がユーザの施設において現場で用いられた後で、チップの識別が読み出され、製造業者に通信によって戻される。次に、製造業者が、通信されてきたチップの識別を求めて、チップ識別データベース１１０においてサーチを行い、認証を提供するために、この識別と既存の登録されている識別との間で、統計的な一致を行う。認証を要求するときには、ユーザは、製造業者のチップ識別データベース１１０の中にそれが存在することを確認することによって、チップ１０２が真正であって偽造ではないかどうかを確認することを試み得る。認証を要求するときには、ユーザは、製造業者による調停を用いて、第三者のサーバとの安全な通信を開始しようと試みることがあり得るが、製造業者は、ユーザのチップの識別を信頼できるものとして認証し、そのチップ識別データベース１１０においてチップの識別をサーチしてそれを認証する際に、第三者のサーバにアクセスする許可を、ユーザに与えることができる。認証を要求する際には、ユーザは、既存のチップ１０２のネットワークの全体に作業負荷をいかに配分するかを決定し、利用可能な量子プロセッサを見つけることが可能である。安全な認証を用いて超伝導量子ビット・チップ１０２を利用するには多くの方法が存在する、ということを理解されたい。

【0062】

回路１０２、１０４、１３０の回路素子は、超伝導材料で作られ得る。それぞれの共振器および伝送／フィード／プローブ信号線は、超伝導材料で作られ得る。（約１０〜１００ミリケルビン（ｍＫ）または約４Ｋなどの低温における）超伝導材料の例は、ニオブ、アルミニウム、タンタルなどを含む。たとえば、ジョセフソン接合は、超伝導材料で作られるが、そのトンネル接合は、２つの超伝導電極を分離する酸化物などの薄いトンネル・バリアまたは弱結合（weak link）で作られ得る。コンデンサは、ギャップまたは誘電材料によって分離された超伝導材料で作られ得る。様々な素子を接続する伝送線（すなわち、ワイヤ）は、超伝送材料で作られる。

【0063】

本明細書では、本発明の様々な実施形態が、関係する図面を参照して説明される。本発明の範囲から逸脱することなく、代替的な実施形態を考案することも可能である。以下の説明および図面では、要素の間での様々な接続と位置関係（たとえば、上方、下方、隣接など）とが明記されているが、向きが変更された場合であっても、記載された機能が維持されるときには、本明細書に記載された位置関係の多くが向きとは独立である、ということを、当業者であれば、認識するであろう。これらの接続もしくは位置関係またはその両方は、そうではないと特定されない場合には、直接的または間接的であり得るのであって、本発明は、この点に関して制限的であることは意図されていない。したがって、エンティティの結合は、直接的結合または間接的結合のどちらも指し得るのであって、エンティティ間の位置関係は、直接的関係または間接的関係のどちらでもあり得る。間接的な位置関係の一例として、本明細書において、層「Ｂ」の上に層「Ａ」を形成することを言及する場合に、層「Ａ」と層「Ｂ」との関連する特性と機能とが中間層によって実質的に変更されない限りは、層「Ａ」と層「Ｂ」との間に１つまたは複数の中間層（たとえば、層「Ｃ」）が存在する状況も含む。

【0064】

以下の定義と略語とが、特許請求の範囲と明細書との解釈に用いられる。本明細書で用いられる「備える（comprises）」、「備えている（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有する（has）」、「有している（having）」、「包含する（contains）」もしくは「包含している（containing）」という用語、またはそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含関係に及ぶことが意図されている。たとえば、要素のリストを含む組成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの要素だけに限定されることはなく、明示的にリスト化されていない他の要素、または、そのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品、もしくは装置に内在する他の要素を含むことがあり得る。

【0065】

さらに、本明細書では、「例示的」という用語は、「例、実例または例証として機能する」ことを意味するように用いられる。「例示的」であるとして本明細書に記載のあるどの実施形態または設計は、他の実施形態または設計との比較で、必ずしも、好適であるまたは優れていると解釈されるべきではない。「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」という用語は、１よりも大きなまたは１と等しい任意の整数すなわち１、２、３、４などを含むものと理解される。「複数の」という用語は、２よりも大きいまたは２に等しい任意の整数すなわち２、３、４、５などを含むものと理解される。「接続」という用語は、間接的「接続」および直接的「接続」を含むことがあり得る。

【0066】

本明細書における「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」などの参照は、説明されている実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得るということを示すのであるが、どの実施形態も、特定の特徴、構造、または特性を含むことがあり得、または、含まない場合もあり得る。さらに、そのような表現が、必ずしも、同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態との関係で説明されるときには、明示的に述べられているかどうかとは関係なく、他の実施形態との関係におけるそのような特徴、構造、または特性にも影響するということは、当業者の有する知識の範囲内であるということが前提とされている。

【0067】

本明細書における説明のためであるが、「上側」、「下側」、「右側」、「左側」、「垂直方向」、「水平方向」、「頂部」、「底部」という用語、およびこれらの派生語は、図面において方向付けられているように、説明されている構造および方法に関するものとする。「上に横たわっている」、「頂上にある」、「上にある」、「上に配置されている」または「頂上に配置されている」という用語は、第１の構造などの第１の要素が、第２の構造などの第２の要素の上に存在することを意味しており、その場合、界面構造などの介在要素が、第１の要素と第２の要素との間に存在し得る。「直接的接触」という用語は、第１の構造などの第１の要素と第２の構造などの第２の要素とが、これら２つの要素の界面において、いかなる中間導電性、絶縁性または半導体層が存在することなく、接続されていることを意味する。

【0068】

たとえば「第２の要素に対して選択的な第１の要素」などにおける「に対して選択的」という句は、第１の要素がエッチングされ得ること、そして、第２の要素がエッチ停止（etch stop）として作用し得ることを意味する。

【0069】

「約（about）」、「実質的に（substantially）」、「近似的に（approximately）」という用語およびそれらの変形は、本出願がなされた時点で利用可能な機器に基づき、特定の量の測定に付随する誤差の程度を含むことが意図されている。たとえば、「約」は、与えられた値の±８％または５％または２％の範囲を含み得る。

【0070】

本明細書において既に記載されたように、簡潔にするという目的のために、半導体デバイスおよび集積回路（ＩＣ）の製造に関係する従来型の技術については、本明細書では、説明される場合があり得、または、説明されない場合があり得る。しかし、背景として、本発明の１つまたは複数の実施形態を実現する際に用いられ得る半導体デバイスの製造プロセスに関するより一般的な説明が、次に、提供される。本発明の１つまたは複数の実施形態を実現するのに用いられる特定の製造上の操作が、個々に知られていることはあり得るが、本発明の操作または結果的に生じる構造あるいはその両方に関して説明されている組合せは、独自のものである。このように、本発明による半導体デバイスの製造と関連して説明されている操作の独自の組合せは、半導体（たとえば、シリコン）基板の上で実行される個別的には知られている多様な物理的および化学的プロセスを用いるのであるが、そのいくつかについて、以下の段落において、説明する。

【0071】

一般に、ＩＣの中にパッケージングされるマイクロチップを形成するのに用いられる様々なプロセスは、４つの一般的なカテゴリ、すなわち、膜の堆積、除去／エッチング、半導体ドーピングおよびパターニング／リソグラフィに含まれる。堆積（deposition）とは、材料をウエハの上に、成長させ、コーティングし、またはそれ以外の態様で移動させる任意のプロセスである。利用可能な技術としては、数ある中で、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的気相成長（ＣＶＤ）、電気化学的堆積（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および、より最近では、原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。除去／エッチングとは、材料をウエハから除去する任意のプロセスである。例としては、エッチ・プロセス（ウェットまたはドライのいずれか）、および化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）、その他を含む。導体（たとえば、ポリシリコン、アルミニウム、銅など）と絶縁体（たとえば、様々な形態の二酸化シリコン、窒化シリコンなど）との膜が、トランジスタとそれらの構成要素とを接続するために、および、それらを分離させるために、用いられる。これらの様々な構成要素の構造を作成することによって、現代のマイクロエレクトロニクス・デバイスの複雑な回路を形成するために、数百万のトランジスタを構築し、相互にワイヤ接続することが可能になる。半導体リソグラフィとは、半導体基板の上に三次元的なレリーフ・イメージまたはパターンを形成し、その後で、そのパターンを基板に移動させることである。半導体リソグラフィでは、パターンは、フォトレジストと称される光感知性のポリマによって形成される。トランジスタと回路の数百万個のトランジスタを接続する多くの配線とを構成する複雑な構造を構築するため、リソグラフィとエッチ・パターン転移ステップとが、複数回、反復される。ウエハ上に印刷されつつあるそれぞれのパターンは、先に形成されたパターンとの位置合わせがなされ、導体、絶縁体および選択的にドーピングがなされた領域が、最終的なデバイスを形成するために、ゆっくりと構築される。本明細書で説明されたオンチップの超伝導回路は、半導体製造技術を、半導体基板の上に超伝導金属膜において必要とされるパターンの形成に適応させることによって、作成される。

【0072】

図面におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態による製造または動作方法あるいはその両方の可能な実装形態を例証している。その方法の様々な機能／動作は、フローチャートでは、ブロックによって、表されている。いくつかの別の実装形態では、ブロックに記載されている機能は、図面に記載されている順序とは異なる順序で生じ得る。たとえば、連続する２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されることがあり得、または、それらのブロックが、時には、関係する機能に応じて、逆の順序で実行されることもあり得る。

【0073】

本発明の様々な実施形態の説明が、例証の目的のために提示されてきたが、網羅的であること、または、開示されている実施形態に限定されることは、意図されていない。説明されている実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの変更および変形が、当業者には明らかであろう。本明細書で用いられている用語は、市場で見出される技術よりも優れた実施形態の原理、実践的な応用、もしくは技術的改善を最良に説明するために、または、当業者である他の者が、本明細書に説明されている実施形態を理解することを可能にするために、選択されたものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】