特許 6971333 複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法およびそのシステム

(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】6971333

(24)【登録日】2021年11月4日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法およびそのシステム

(51)【国際特許分類】

   H01L 39/00 20060101AFI20211111BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20211111BHJP

   H01L 43/02 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01L39/00 CZAA

   H01L29/82 Z

   H01L43/02 Z

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-567584(P2019-567584)

(86)(22)【出願日】2019年3月5日

(65)【公表番号】特表2020-528662(P2020-528662A)

(43)【公表日】2020年9月24日

(86)【国際出願番号】CN2019076924

(87)【国際公開番号】WO2019205810

(87)【国際公開日】20191031

【審査請求日】2019年12月5日

(31)【優先権主張番号】201810380235.6

(32)【優先日】2018年4月25日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】519154623

【氏名又は名称】南方科技大学

【氏名又は名称原語表記】ＳＯＵＴＨ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＣＨＩＮＡ

(73)【特許権者】

【識別番号】505294816

【氏名又は名称】▲復▼旦大学

【氏名又は名称原語表記】Ｆｕｎｄａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100107216

【弁理士】

【氏名又は名称】伊與田 幸穂

(72)【発明者】

【氏名】兪 大鵬

(72)【発明者】

【氏名】呉 健生

(72)【発明者】

【氏名】肖 江

(72)【発明者】

【氏名】劉 松

(72)【発明者】

【氏名】袁 少杰

【審査官】 棚田 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１８６２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４５８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１８３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／２０７８１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１２５３１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２９６５１６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３９／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｌ ４３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の超伝導量子ビットからなる複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）と、スピン波及び当該スピン波が通過するチャネルを形成するための磁性薄膜材料（１００）とを有する場合に適用される複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法であって、
前記磁性薄膜材料（１００）を前記複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）の下方に設けることと、
前記磁性薄膜材料（１００）における磁区の磁化方向の組み合わせにより、前記スピン波が通過する複数のチャネルを形成することと、
前記複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）における量子ビットを前記スピン波が通過するチャネルの上方に対応して設けることにより、単一の前記量子ビットと前記スピン波との結合を実現することと、
前記スピン波が通過するチャネルに少なくとも２つの前記量子ビットが設けられ、単一の前記量子ビットと前記スピン波との間の結合により、２つの前記量子ビット間の結合を実現することと、
を含む、ことを特徴とする複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項2】

前記磁性薄膜材料（１００）における磁区の磁化方向の組み合わせを変更することにより、前記スピン波が通過するチャネルを変更することを更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項3】

前記スピン波は、第１スピン（１０１）および第２スピン（１０２）を少なくとも含むことと、
前記第１スピン（１０１）は、前記複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）における第１量子ビット（２０１）に対応して作用することと、
前記第２スピン（１０２）は、前記複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）における第２量子ビット（２０２）に対応して作用することと、
を更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項4】

前記第１スピン（１０１）と前記第１量子ビット（２０１）との間の結合を実現することと、
前記第２スピン（１０２）と前記第２量子ビット（２０２）との間の結合を実現することと、
前記第１量子ビット（２０１）と前記第２量子ビット（２０２）とが前記スピン波により結合を実現することと、
を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項5】

前記スピン波内の第１スピン（１０１）および第２スピン（１０２）の数密度を調節することにより、超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節することを更に含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項6】

前記超伝導量子ビットコイルと前記磁性薄膜材料（１００）との鉛直距離を調節することにより、前記超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節することを更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項7】

前記超伝導量子ビットコイルと前記磁性薄膜材料（１００）との鉛直距離を調節することにより、前記超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節することを更に含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【請求項8】

複数の量子ビットコイルを含む複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）と、
磁区間の磁壁を導波路とすることによりスピン波チャネルを形成する磁性薄膜材料（１００）と、
前記磁性薄膜材料に磁界を付加して前記スピン波チャネル内にあるスピン波を駆動するための駆動装置（３００）と、
を備え、
前記複数の超伝導量子ビットアレイ（２００）、前記磁性薄膜材料（１００）、および前記駆動装置（３００）は、鉛直方向において順に設けられている、
ことを特徴とする量子ビット結合システム（１０）。

【請求項9】

前記磁性薄膜材料（１００）は複数の磁区ユニットに分割され、前記磁区ユニットの磁化方向は前記駆動装置により変更される、ことを特徴とする請求項８に記載の量子ビット結合システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超伝導量子の分野に関し、特に、複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

超伝導量子ビットは、制御可能性、低損失および拡張可能性等の面での利点により、量子コンピュータの実現に最も有望なソリッドステート態様の１つとして考えられている。量子ビット間のコヒーレント制御可能結合は、大規模な量子計算を実現するための必要な条件である。

【0003】

現在、公知の超伝導量子ビット間の結合は、コンデンサ、インダクタンス、または超伝導ジョセフソン接合により行われる。このような結合態様は、固定の配線で結合しようとする２つの量子ビットを接続する（ハード接続）必要があり、このような方法は、空間の制約があり、且つ、１つの超伝導量子ビット近傍の数個のビット、または数個の遠隔のビット間の結合しか実現できない。一方、量子計算および量子情報の応用においては、複数の量子ビット間のいずれか２つの結合を実現する必要があることが多く、ハード接続の態様では実現できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

これに基づき、ハード接続の態様で複数の量子ビット間のいずれか２つの結合を実現できないという問題に対し、複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法およびそのシステムを提供する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

複数の超伝導量子ビットからなる複数の超伝導量子ビットアレイと、スピン波及び当該スピン波が通過するチャネルを形成するための磁性薄膜材料とを有する場合に適用される複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法であって、
前記磁性薄膜材料を前記複数の超伝導量子ビットアレイの下方に設けることと、
前記磁性薄膜材料における磁区の磁化方向の組み合わせにより、前記スピン波が通過する複数のチャネルを形成することと、
前記複数の超伝導量子ビットアレイにおける量子ビットを前記スピン波が通過するチャネルの上方に対応して設けることにより、単一の前記量子ビットと前記スピン波との結合を実現することと、
前記スピン波が通過するチャネルに少なくとも２つの前記量子ビットが設けられ、単一の前記量子ビットと前記スピン波との間の結合により、２つの前記量子ビットの間の結合を実現することと、
を含む複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法。

【0006】

上記複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法は、磁性薄膜材料層および超伝導量子ビット層の上下２層が重なった構造を採用し、磁性薄膜材料層のスピン波を用いて超伝導量子ビット層の量子ビットの状態変化を伝達する。最終的に、超伝導量子ビットとスピン波との結合を利用するとともにスピン波のソフト接続を利用することにより、いずれか２つの超伝導量子ビットの結合を実現することを達成する。

【0007】

そのうちの１つの実施例において、前記磁性薄膜材料における磁区の磁化方向の組み合わせを変更することにより、前記スピン波が通過するチャネルを変更する。

【0008】

そのうちの１つの実施例において、前記スピン波は、第１スピンおよび第２スピンを少なくとも含み、前記第１スピンは、前記複数の超伝導量子ビットアレイにおける第１量子ビットに対応して作用し、前記第２スピンは、前記複数の超伝導量子ビットアレイにおける第２量子ビットに対応して作用する。

【0009】

そのうちの１つの実施例において、前記第１スピンと前記第１量子ビットとの間の結合を実現し、前記第２スピンと前記第２量子ビットとの間の結合を実現し、前記第１量子ビットと前記第２量子ビットとが前記スピン波により結合を実現する。

【0010】

そのうちの１つの実施例において、前記スピン波内の第１スピンおよび第２スピンの数密度を調節することにより、前記超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節する。

【0011】

そのうちの１つの実施例において、前記超伝導量子ビットコイルと前記磁性薄膜材料との鉛直距離を調節することにより、前記超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節する。

【0012】

そのうちの１つの実施例において、前記超伝導量子ビットコイルと前記磁性薄膜材料との鉛直距離を調節することにより、前記超伝導量子ビットコイルと前記スピン波との結合エネルギーを調節する。

【0013】

複数の量子ビットコイルを含む複数の超伝導量子ビットアレイと、
磁区間の磁壁を導波路とすることによりスピン波チャネルを形成する磁性薄膜材料と、
前記磁性薄膜材料に磁界を付加して前記スピン波チャネル内にあるスピン波を駆動するための駆動装置と、
を備え、
前記複数の超伝導量子ビットアレイ、前記磁性薄膜材料、および前記駆動装置は、鉛直方向において順に設けられている量子ビット結合システム。

【0014】

そのうちの１つの実施例において、前記磁性薄膜材料は複数の磁区ユニットに分割され、前記磁区ユニットの磁化方向は前記駆動装置により変更される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に係る量子ビット結合の方法フローチャートである。

【図2】本発明の実施例に係る磁性薄膜材料およびビットアレイの平面模式図である。

【図3】本発明の実施例に係る磁性薄膜材料およびビットアレイの側面模式図である。

【図4】本発明の実施例に係るスピン波内の単一のスピンおよび量子ビットの構造模式図である。

【図5】本発明の実施例に係る結合強度の変化曲線図である。

【図6】本発明の実施例に係る量子ビット結合システムの模式図である。

【符号の説明】

【0016】

磁性薄膜材料 １００
第１スピン １０１
第２スピン １０２
超伝導量子ビットアレイ ２００
第１量子ビット ２０１
第２量子ビット ２０２
駆動装置 ３００

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に係る目的、特徴および利点をより明確に理解しやすくするために、以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。本発明を十分に理解するために、以下の説明において多くの具体的な詳細を説明する。しかし、本発明は、ここで説明するものと異なる多くの他の形態で実現することができ、当業者は本発明の内容から逸脱することなく類似する改良を行うことができるため、本発明は、以下に開示される具体的な実施例に限定されない。

【0018】

図１に示すように、本発明は、複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法を提供し、該方法は、複数の超伝導量子ビットアレイ２００を有してスピン波を実現できる磁性薄膜材料１００の場合に適用される。前記方法は、具体的に以下のステップを含む。

【0019】

Ｓ１００において、磁性薄膜材料１００を前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００の下方に設ける。

【0020】

Ｓ２００において、磁性薄膜材料１００における磁区の磁化方向の組み合わせにより、スピン波が通過する複数のチャネルを形成する。

【0021】

Ｓ３００において、複数の超伝導量子ビットアレイ２００における量子ビットを前記スピン波が通過するチャネルの上方に対応して設けることにより、単一の前記量子ビットと前記スピン波との結合を実現する。

【0022】

Ｓ４００において、スピン波チャネルに少なくとも２つの量子ビットが設けられ、単一の量子ビットとスピン波との間の結合により、２つの量子ビットの間の結合を実現する。

【0023】

Ｓ１００において、前記磁性薄膜材料１００を前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００の鉛直方向の下方に設けることにより、前記磁性薄膜材料１００で前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００における複数の量子ビットを結合する。

【0024】

前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００は複数の量子ビットから構成され、前記複数の量子ビットは複数の量子ビットコイルで形成され、各量子ビットコイルの状態はそれぞれ付加回路により制御される。前記磁性薄膜材料１００は、スピン波チャネルを形成するために使用される。前記磁性薄膜材料１００は複数のユニットに分割され得、各ユニットは１つの磁区であり、且つ、各ユニットの磁区の磁化方向は個別に制御できる。

【0025】

具体的には、図２を参照する。磁性材料において、交換作用、結晶磁気異方性および磁気双極子相互作用間の競合により、システムは、総エネルギーを低減するために、方向が異なる小型の磁化領域、すなわち磁区を自発的に形成し、隣接する磁区の遷移領域は磁壁となる。理論計算によれば、スピン波が磁壁に束縛状態解（Ｂｏｕｎｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）を有し、交換作用および結晶磁気異方性のみを考える場合、該スピン波モードのエネルギーギャップはゼロであり、このような特性により、磁壁はスピン波チャネルとしてスピン波を伝導するために使用できることが分かった。なお、この理論計算については、文献「ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｘ ５， ０４１０４９ （２０１５）」に詳しい。

【0026】

Ｓ２００において、磁性薄膜材料１００における磁区の磁化方向の組み合わせにより、スピン波が通過する複数のチャネルを形成する。前記磁性薄膜材料１００は複数の磁区ユニットを備え、前記磁区ユニットは、自体特有の磁化方向を有し、隣接する磁区ユニットの遷移領域が磁壁を形成し、すなわち、本発明におけるスピン波チャネルは、単一または複数のスピン波を伝導するために使用される。

【0027】

更に、磁区の形成は、磁界を付加する態様により制御することができ、隣接する磁区間の方向が同じか異なるかにより、磁区間に磁壁が存在するか否かを直接決定することができる。隣接する磁区ユニット間の磁化方向が異なる場合、磁壁、すなわちスピン波チャネルが存在する。逆に、磁壁が存在しない。磁区の配列態様が異なると、磁壁の配置も対応して変化する。磁区の配列態様を編集することにより、任意のスピン波線の分布態様を取得することができるため、磁区間は再構成できる。

【0028】

具体的には、磁性薄膜材料１００の下、前記磁性薄膜材料１００に磁界を付加し、磁壁、すなわちスピン波チャネル内にある単一または複数のスピン波を駆動するための１つの駆動装置３００を設ける。

【0029】

１つの実施例において、前記磁性薄膜材料１００の下に設けられた駆動装置３００は、１つの特定の配線態様の回路基板である。

【0030】

Ｓ３００において、前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００における量子ビットを前記スピン波が通過するチャネルに対応して設けることにより、単一の前記量子ビットと前記スピン波との結合を実現する。

【0031】

図３および図４に示すように、前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００における量子ビットコイルを前記スピン波チャネルに設けることにより、スピン波チャネルにおけるスピン波を用いて前記量子ビットと結合する効果を実現する。磁性薄膜材料１００における磁区ユニットの磁化方向の組み合わせを調節することにより、スピン波の進行可能な経路を規定することができ、経路における超伝導量子ビットは、スピン波によって接続を確立して結合することができる。

【0032】

Ｓ４００において、前記スピン波チャネルに少なくとも２つの前記量子ビットが設けられ、単一の前記量子ビットと前記スピン波間の結合により、２つの前記量子ビット間の結合を実現する。

【0033】

図３に示すように、前記スピン波チャネルは、第１スピン１０１および第２スピン１０２を少なくとも含み、前記第１スピン１０１は、前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００の第１量子ビット２０１に対応して作用し、前記第２スピン１０２は、複数の超伝導量子ビットアレイ２００における第２量子ビット２０２に対応して作用する。更に、前記第１スピン１０１と前記第１量子ビット２０１との結合が実現され、前記第２スピン１０２と前記第２量子ビット２０２との結合が実現される。

【0034】

１つの実施例において、前記第１スピン１０１と前記第１量子ビット２０１との結合が実現され、且つ、前記第２スピンと前記第２量子ビット２０２との結合が実現されると、超伝導量子ビット層にある第１量子ビット２０１の状態変化は、層間の結合により、スピン波における第１スピン１０１に作用し、その後、スピン波がスピン波チャネルの特定の経路に従って進行することにより、変化状態を第２スピン１０２に伝達し、更に層間の結合により、第２量子ビット２０２に作用し、このように、第１スピン１０１と第２スピン１０２間の相互作用を確立するとともに、第１量子ビット２０１と第２量子ビット２０２間の相互作用も確立する。スピン波の進行経路、すなわちスピン波チャネルの路線は、磁性薄膜材料１００における複数の磁区の磁化方向の組み合わせを調節することにより制御でき、これにより、いずれか２つの量子ビットの結合を実現することができる。

【0035】

１つの実施例において、１つの量子ビットは、少なくとも１つのスピン波と結合することができ、複数のスピン波と結合することもできる。

【0036】

図４に示すように、１つの具体的な実施例において、単一の量子ビットコイルは、磁界を発生させることにより、スピン波チャネルにおけるスピンに作用する。１つの半径Ｒ＝１μｍ、超伝導限界電流Ｉ＝１００ｎＡのコイルの中心では、その磁界が約０．００１ガウスである。このような磁界が単一のスピンで発生するエネルギーは約１ピコボルトであり、超伝導量子ビットコイルの下に磁性薄膜材料１００が設けられ、単一の超伝導量子ビットコイルの下に１００万〜１０００万個のスピンが収納できると、そのエネルギー全体は１〜１０マイクロボルトに達することができ、そのエネルギーが１つの超伝導量子ビットの２つの量子状態のエネルギーレベルの差に相当するため、このような超伝導量子ビットコイルと磁性薄膜材料１００との結合は、超伝導量子ビットの状態を変更することができる。同時に、スピン波のエネルギー幅が３０００〜１００００マイクロボルト以内にあり、結合エネルギーよりも遥かに大きく、且つ、この結合のエネルギーを伝達することができることは既に知られている。

【0037】

更に、（１）磁性薄膜材料１００における磁区内のスピンの数密度を調節する手段、（２）超伝導量子ビットコイルと磁性薄膜材料１００との距離を調節する手段、（３）磁性薄膜材料１００における磁区の分極方向または磁化強度を調整する手段により、結合エネルギーの大きさを調節することができる。

【0038】

図５に示すように、１つの実施例において、超伝導量子ビットコイルとスピン波が位置する平面との距離の増加に伴い、前記量子ビットコイルと前記スピン波間の相互作用は急速に減衰し、両者の鉛直距離によって相互作用の大きさを調節することができる。

【0039】

１つの実施例において、超伝導量子ビットのコイルにより覆われたスピン波の両側の強磁性体の磁化方向を互いに逆にすることにより、磁束全体はゼロとなり、超伝導を破壊しない。同様の目的を達成するために、強い磁界による超伝導の破壊を回避するように強磁性磁区を反強磁性に変換してもよい。

【0040】

本発明に係る複数の超伝導量子ビットにおけるいずれか２つのビットを結合する方法は、磁性薄膜材料１００層および超伝導量子ビット層の上下２層が鉛直方向に設けられた構造を採用し、磁性薄膜材料１００層のスピン波を用いて超伝導量子ビット層の量子ビットの状態変化を伝達する。最終的に、超伝導量子ビットとスピン波との結合を利用するとともにスピン波のソフト接続を利用することにより、いずれか２つの超伝導量子ビットの結合を実現することを達成する。それと同時に、磁性薄膜材料１００における磁区内のスピンの数密度を調節する、超伝導量子ビットコイルと磁性薄膜材料１００との距離、磁性薄膜材料１００における磁区の分極方向または磁化強度を調整する等の複数種の方法により結合エネルギーの大きさを調節することができる。また、磁区ユニットの分布を調整することにより、スピン波チャネルの進行路程を変更することができるため、いずれか２つの超伝導量子ビットの結合を更に実現する。

【0041】

図６に示すように、本発明は、鉛直方向において上から下へ順に設けられた複数の超伝導量子ビットアレイ２００と、磁性薄膜材料１００と、駆動装置３００とを備える量子ビット結合システムを更に提供する。前記駆動装置３００は、前記磁性薄膜材料１００に磁界を付加して前記スピン波チャネル内にあるスピン波を駆動するために使用される。

【0042】

前記複数の超伝導量子ビットアレイ２００は複数の量子ビットから構成され、前記複数の量子ビットは複数の量子ビットコイルで形成され、各量子ビットコイルの状態は付加回路により制御され、且つ、それにより影響される。前記磁性薄膜材料１００はスピン波チャネルを形成するために使用される。前記磁性薄膜材料１００は複数のユニットに分割され得、各ユニットは１つの磁区であり、且つ、各ユニットの磁区の磁化方向は個別に制御できる。

【0043】

１つの実施例において、前記磁性薄膜材料１００は、スピン波チャネルを形成するために使用される。前記磁性薄膜材料１００は複数のユニットに分割され得、各ユニットは１つの磁区であり、且つ、各ユニットの磁区の磁化方向は個別に制御できる。磁性材料において、交換作用、結晶磁気異方性および磁気双極子相互作用間の競合により、システムは、総エネルギーを低減するために、方向が異なる小型の磁化領域、すなわち磁区を自発的に形成し、隣接する磁区の遷移領域は磁壁となる。理論計算によれば、スピン波が磁壁に束縛状態解を有し、交換作用および結晶磁気異方性のみを考える場合、該スピン波モードのエネルギーギャップはゼロであり、このような特性により、磁壁はスピン波チャネルとしてスピン波を伝導するために使用できることが分かった。上記スピン波の分極方向は、図３、図４、図６に示すように、超伝導量子ビットコイルに垂直である。なお、上記スピン波の分極方向は上記超伝導量子ビットコイルに平行であってもよく、両者の間に結合作用が発生できれば良い。

【0044】

１つの実施例において、隣接する磁区ユニット間で、磁壁を磁区ユニットの境界に固定するためにトレンチを製造する等のような構造の修飾を人工的な方法で行うことができる。

【0045】

１つの実施例において、磁区の形成は、磁界を付加する態様により制御することができ、隣接する磁区間の方向が同じか異なるかにより、磁区間に磁壁が存在するか否かを直接決定することができる。隣接する磁区ユニット間の磁化方向が異なる場合、磁壁、すなわちスピン波チャネルが存在する。逆に、磁壁が存在しない。磁区の配列態様が異なると、磁壁の配置も対応して変化する。磁区の配列態様を編集することにより、任意のスピン波線の分布態様を取得することができるため、磁区間は再構成できる。

【0046】

１つの実施例において、前記磁性薄膜材料１００の下に設けられた駆動装置３００は、１つの特定の配線態様の回路基板であり、前記磁性薄膜材料１００に磁界を付加し、磁壁、すなわちスピン波チャネル内にある単一または複数のスピン波を駆動するために使用される。

【0047】

１つの具体的な実施例において、前記磁壁は、結晶磁気異方性が一軸異方性である場合、材料に１８０度の磁壁のみが存在し、結晶磁気異方性が二軸または三軸異方性である場合、材料に９０度または１８０度の磁壁が現れる。より高い倍の対称性を有する材料は、その磁壁がより多くの種類を有することができる。

【0048】

１つの実施例において、前記第１スピン１０１と前記第１量子ビット２０１との結合が実現され、且つ、前記第２スピンと前記第２量子ビット２０２との結合が実現されると、超伝導量子ビット層にある第１量子ビット２０１の状態変化は、層間の結合により、スピン波における第１スピン１０１に作用し、その後、スピン波がスピン波チャネルの特定の経路に従って進行することにより、変化状態を第２スピン１０２に伝達し、更に層間の結合により、第２量子ビット２０２に作用し、このように、第１スピン１０１と第２スピン１０２との間の相互作用を確立するとともに、第１量子ビット２０１と第２量子ビット２０２との間の相互作用も確立する。スピン波の進行経路、すなわちスピン波チャネルの路線は、磁性薄膜材料１００における複数の磁区の磁化方向の組み合わせを調節することにより制御でき、これにより、いずれか２つの量子ビットの結合を実現することができる。

【0049】

１つの実施例において、１つの量子ビットは、少なくとも１つのスピン波と結合することができ、複数のスピン波と結合することもできる。

【0050】

本発明に係る量子ビット結合システムは、磁性薄膜材料１００層および超伝導量子ビット層の上下２層が鉛直方向に設けられた構造を採用し、駆動装置３００を用いて前記磁性薄膜材料１００層に磁界を付加し、磁壁、すなわちスピン波チャネル内にある単一または複数のスピン波を駆動する。該システムは、磁性薄膜材料１００層のスピン波を用いて超伝導量子ビット層の量子ビットの状態変化を伝達する。最終的に、超伝導量子ビットとスピン波との結合を利用するとともにスピン波のソフト接続を利用することにより、いずれか２つの超伝導量子ビットの結合を実現することを達成する。それと同時に、磁性薄膜材料１００における磁区内のスピンの数密度、超伝導量子ビットコイルと磁性薄膜材料１００との距離、磁性薄膜材料１００における磁区の分極方向または磁化強度を調整する等の複数種の方法により結合エネルギーの大きさを調節することができる。また、磁区ユニットの分布を調整することにより、スピン波チャネルの進行路程を変更することができるため、いずれか２つの超伝導量子ビットの結合を更に実現する。

【0051】

上記実施例の各技術的特徴は、任意に組み合わせることができ、説明を簡単にするために、前記実施例における各技術的特徴の可能な全ての組み合わせは説明しないが、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾が存在しない限り、本明細書に記載される範囲にあるものと考えられるべきである。

【0052】

上記実施例は、本発明のいくつかの実施形態を示すものに過ぎず、その説明は具体的で詳細であるが、特許請求の範囲を限定するものとして理解することはできない。なお、当業者にとって、本発明の思想から逸脱しない前提で、複数の変形および改良を行うことができ、これらはいずれも本発明の保護範囲に属する。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に準ずるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】