特許 6986788 量子回路システム

(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】6986788

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】量子回路システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 39/22 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H01L39/22 K

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2020-538738(P2020-538738)

(86)(22)【出願日】2019年10月2日

(86)【国際出願番号】JP2019038936

(87)【国際公開番号】WO2021064901

(87)【国際公開日】20210408

【審査請求日】2020年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】321011251

【氏名又は名称】才田 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】才田 大輔

【審査官】 杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２９２５８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５０９８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０２３２６５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０２４７９７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの量子状態を表すことができる第１量子回路及び第２量子回路と、
前記第１量子回路に電磁気的に接続され、少なくともシグナル線を有する第１導波路と、
前記第２量子回路に電磁気的に接続され、少なくともシグナル線を有する第２導波路と、
誘電体又は金属で構成され、前記第１量子回路及び前記第２量子回路が形成されている主面に設けられ、前記主面の法線方向において、前記第１導波路のシグナル線及び前記第２導波路のシグナル線の高さよりも高い遮蔽物と、
を備え、
前記遮蔽物は、前記主面の裏面には設けられていない、
量子回路システム。

【請求項2】

前記遮蔽物は、前記主面の法線方向において、前記第１導波路のシグナル線及び前記第２導波路のシグナル線の上を覆わない、
請求項１に記載の量子回路システム。

【請求項3】

前記遮蔽物は、前記第１導波路及び前記第２導波路に沿って延伸している、
請求項１又は２に記載の量子回路システム。

【請求項4】

前記第１導波路及び前記第２導波路は、それぞれグランド線をさらに有し、
前記遮蔽物は、前記グランド線上に設けられている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の量子回路システム。

【請求項5】

前記第１導波路及び前記第２導波路は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路が形成される主面と交差する方向に延伸し、
前記遮蔽物は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路が形成される主面に設けられている、
請求項１に記載の量子回路システム。

【請求項6】

前記第１導波路及び前記第２導波路は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路が形成される主面と交差する方向に延伸し、
前記遮蔽物は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路が形成される主面から離間した面に設けられている、
請求項１に記載の量子回路システム。

【請求項7】

前記遮蔽物は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路を電磁気的に接続する第１結合線路を覆うように、前記主面の法線方向において、前記第１結合線路よりも高い位置に設けられている、
請求項６に記載の量子回路システム。

【請求項8】

前記遮蔽物は、前記第１量子回路及び前記第２量子回路と読出回路とを電磁気的に接続する第２結合線路を覆うように、前記主面の法線方向において、前記第２結合線路よりも高い位置に設けられている、
請求項６又は７に記載の量子回路システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子回路システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、量子コンピュータの実用化に向けて研究が進められている。例えば、下記非特許文献１では、トランズモンと呼ばれる量子回路が提案された。トランズモンは、電気的ノイズ耐性が高く、比較的長い緩和時間を有する。

【0003】

また、下記特許文献１には、開口を有する導波路と、導波路内に配設される非線形量子回路と、開口に結合される電磁場源とを備える量子情報処理システムが記載されている。

【0004】

さらに、下記特許文献２には、ジョセフソン接合による中断のない細長い薄膜と、細長い薄膜の近位端と電気接触している超伝導量子干渉デバイス(SQUID)であって、３つより少ないジョセフソン接合を有する、超伝導量子干渉デバイス(SQUID)と、細長い薄膜と同一平面内にあり、細長い薄膜の遠位端と電気接触している接地面とを備え、薄膜、SQUID及び接地面が、設計された動作温度において超伝導状態になる材料を含む、量子ビットデバイスが記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, A. A. Houck, D. I. Schuster, J. Majer, Alexandre Blais, M. H. Devoret, S. M. Girvin, and R. J. Schoelkopf, "Charge-insensitive qubit design derived from the Cooper pair box," Phys. Rev. A 76, 042319, 2007

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６−５１０４９７号公報

【特許文献2】特開２０１８−５２４７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

トランズモン等の量子回路の量子状態は、量子回路に接続された導波路に高周波電力を伝搬させることで操作されることがある。このとき、導波路を伝搬する電磁場が漏れて、他の導波路にも電力が伝搬することがあり、他の導波路に接続された量子回路の量子状態が意図せず変化してしまうことがある。

【0008】

このような意図しない量子状態の変化を訂正するために、量子エラー訂正の技術を用いることが検討されている。しかしながら、量子エラー訂正を実装するためには余分な量子回路を設ける必要があり、回路の大規模化が必要となる。

【0009】

そこで、本発明は、意図しない量子状態の変化を防止することができる量子回路システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様に係る量子回路システムは、少なくとも２つの量子状態を表すことができる第１量子回路及び第２量子回路と、第１量子回路に電磁気的に接続された第１導波路及び第２量子回路に電磁気的に接続された第２導波路と、誘電体又は金属で構成され、第１量子回路及び第２量子回路が形成されている主面の法線方向において、第１導波路及び第２導波路の高さよりも高い遮蔽物と、を備える。

【0011】

この態様によれば、導波路の高さよりも高い遮蔽物を備えることで、漏れた電磁場を遮蔽することができ、量子回路について意図しない量子状態の変化を防止することができる。

【0012】

上記態様において、遮蔽物は、第１導波路及び第２導波路に沿って延伸していてもよい。

【0013】

この態様によれば、導波路の延伸方向を中心として広がる電磁場をより効率的に遮蔽することができる。

【0014】

上記態様において、第１導波路及び第２導波路は、それぞれグランド線及びシグナル線を含み、遮蔽物は、グランド線上に設けられていてもよい。

【0015】

この態様によれば、遮蔽物をグランド線上に設けることで、遮蔽物の高さをシグナル線より十分に高くし、シグナル線から漏れる電磁場を遮蔽することができる。

【0016】

上記態様において、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路及び第２量子回路が形成される主面と交差する方向に延伸し、遮蔽物は、第１量子回路及び第２量子回路が形成される主面に設けられていてもよい。

【0017】

この態様によれば、量子回路の量子状態を読み出す場合における複数の線路の干渉を抑えたり、量子回路間の相互作用の干渉を抑えたりすることができる。

【0018】

上記態様において、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路及び第２量子回路が形成される主面と交差する方向に延伸し、遮蔽物は、第１量子回路及び第２量子回路が形成される主面から離間した面に設けられていてもよい。

【0019】

この態様によれば、量子回路が形成される主面において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、干渉を防ぐことができる。

【0020】

上記態様において、遮蔽物は、第１量子回路及び第２量子回路を電磁気的に接続する第１結合線路を覆うように、主面の法線方向において、第１結合線路よりも高い位置に設けられていてもよい。

【0021】

この態様によれば、第１結合線路において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、他の回路との干渉を防ぐことができる。

【0022】

上記態様において、遮蔽物は、第１量子回路及び第２量子回路と読出回路とを電磁気的に接続する第２結合線路を覆うように、主面の法線方向において、第２結合線路よりも高い位置に設けられていてもよい。

【0023】

この態様によれば、第２結合線路において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、他の回路との干渉を防ぐことができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、意図しない量子状態の変化を防止することができる量子回路システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１実施形態に係る量子回路システムのネットワーク構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係る量子回路システムの構成の一例を示す図である。

【図3】本実施形態に係る量子回路の回路図の一例である。

【図4a】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第１ステップを示す図である。

【図4b】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第２ステップを示す図である。

【図4c】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第３ステップを示す図である。

【図4d】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第４ステップを示す図である。

【図4e】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第５ステップを示す図である。

【図4f】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第６ステップを示す図である。

【図4g】本実施形態に係る量子回路の製造プロセスの第７ステップを示す図である。

【図5a】本発明の第２実施形態に係る量子回路システムの構成の一例を示す斜視図である。

【図5b】本実施形態に係る量子回路システムの構成の詳細を示す図である。

【図6a】本発明の第３実施形態に係る量子回路システムの構成の一例を示す上面図である。

【図6b】本実施形態に係る量子回路システムの構成を示す上面図である。

【図6c】本実施形態に係る量子回路システムの構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

【0027】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る量子計算システム１００のネットワーク構成を示す図である。量子計算システム１００は、量子回路システム１０と、ユーザ端末２０とを含む。量子回路システム１０及びユーザ端末２０は、インターネット、ローカルネットワーク、有線ケーブル等の通信ネットワークＮを介して互いに通信可能に接続される。量子計算システム１００のユーザは、汎用の古典コンピュータで構成されるユーザ端末２０を用いて量子回路システム１０にデータを入力したり、量子回路システム１０によって行われた量子計算の結果を取得したりする。

【0028】

図２は、本実施形態に係る量子回路システム１０の構成の一例を示す図である。量子回路システム１０は、少なくとも２つの量子状態を表すことができる第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂと、第１量子回路１１ａに電磁気的に接続された第１導波路１２ａ及び第２量子回路１１ｂに電磁気的に接続された第２導波路１２ｂと、を備える。また、量子回路システム１０は、第１導波路１２ａに高周波電力を伝搬させて第１量子回路１１ａを所定の量子状態に変化させる第１高周波電源１３ａ及び第２導波路１２ｂに高周波電力を伝搬させて第２量子回路１１ｂを所定の量子状態に変化させる第２高周波電源１３ｂを備える。さらに、量子回路システム１０は、誘電体又は金属で構成され、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成されている主面の法線方向において、第１導波路１２ａ及び第２導波路１２ｂの高さよりも高い第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂを備える。図２では、第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂが金属で構成されており、接地されている場合を示している。もっとも、第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂは、金属で構成されてグランドプレーン上に形成されていてもよいし、誘電体で構成されていてもよい。ここで、第１導波路１２ａ及び第２導波路１２ｂが、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成されている主面に凸状に形成されている場合、第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂは、主面の法線方向において、第１導波路１２ａ及び第２導波路１２ｂの上面（主面に沿って延伸し、露出している面）より高い位置に形成されていてよい。また、第１導波路１２ａ及び第２導波路１２ｂが、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成されている主面に凹状に形成されている場合、第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂは、主面の法線方向において、第１導波路１２ａ及び第２導波路１２ｂの上面（主面に沿って延伸し、露出している面）より高い位置に形成されていてよい。

【0029】

さらに、量子回路システム１０は、少なくとも２つの量子状態を表すことができる第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄと、第３量子回路１１ｃに電磁気的に接続された第３導波路１２ｃ及び第４量子回路１１ｄに電磁気的に接続された第４導波路１２ｄと、を備える。また、量子回路システム１０は、第３導波路１２ｃに高周波電力を伝搬させて第３量子回路１１ｃを所定の量子状態に変化させる第３高周波電源１３ｃ及び第４導波路１２ｄに高周波電力を伝搬させて第４量子回路１１ｄを所定の量子状態に変化させる第４高周波電源１３ｄを備える。さらに、量子回路システム１０は、誘電体又は金属で構成され、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄが形成されている主面の法線方向において、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄの高さよりも高い第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃを備える。本例では、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃが金属で構成されており、接地されている場合を示している。もっとも、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃは、金属で構成されてグランドプレーン上に形成されていてもよいし、誘電体で構成されていてもよい。ここで、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄが、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄが形成されている主面に凸状に形成されている場合、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃは、主面の法線方向において、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄの上面（主面に沿って延伸し、露出している面）より高い位置に形成されていてよい。また、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄが、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄが形成されている主面に凹状に形成されている場合、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃは、主面の法線方向において、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄの上面（主面に沿って延伸し、露出している面）より高い位置に形成されていてよい。

【0030】

第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄは、それぞれ同様の構成を有してよく、例えばトランズモンを含む量子回路であってよい。第１導波路１２ａ、第２導波路１２ｂ、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄは、それぞれ同様の構成を有してよく、例えばコプレナー線路やマイクロストリップ線路等を含む導波路であってよい。第１高周波電源１３ａ、第２高周波電源１３ｂ、第３高周波電源１３ｃ及び第４高周波電源１３ｄは、それぞれ同様の構成を有してよく、例えば数ＧＨｚの高周波パルスを出力する電源を含んでよい。

【0031】

本明細書では、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを含む複数の量子回路を単に量子回路１１と呼ぶ。また、第１導波路１２ａ、第２導波路１２ｂ、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄを含む複数の導波路を単に導波路１２と呼び、第１高周波電源１３ａ、第２高周波電源１３ｂ、第３高周波電源１３ｃ及び第４高周波電源１３ｄを含む複数の高周波電源を単に高周波電源１３と呼ぶ。さらに、第１遮蔽物１５ａ、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃを含む複数の遮蔽物を単に遮蔽物１５と呼ぶ。

【0032】

第１導波路１２ａに高周波電力を伝搬させると、少なからず電磁場が漏れて、隣接する第２導波路１２ｂに誘導電力が伝搬し、第２量子回路１１ｂの量子状態に意図しない変化を加えてしまうおそれがある。同様に、第２導波路１２ｂに高周波電力を伝搬させると、少なからず電磁場が漏れて、隣接する第１導波路１２ａ及び第３導波路１２ｃに誘導電力が伝搬し、第１量子回路１１ａ及び第３量子回路１１ｃの量子状態に意図しない変化を加えてしまうおそれがある。本実施形態に係る量子回路システム１０は、導波路１２の高さよりも高い遮蔽物１５を備えることで、漏れた電磁場を遮蔽することができ、量子回路１１について意図しない量子状態の変化を防止することができる。

【0033】

ここで、第１遮蔽物１５ａ、第２遮蔽物１５ｂ及び第３遮蔽物１５ｃは、それぞれ第１導波路１２ａ、第２導波路１２ｂ、第３導波路１２ｃ及び第４導波路１２ｄに沿って延伸している。これにより、導波路１２の延伸方向を中心として広がる電磁場をより効率的に遮蔽することができる。

【0034】

図２では、４つの量子回路１１と、４つの導波路１２と、４つの高周波電源１３と、３つの遮蔽物１５を備える量子回路システム１０を例示しているが、量子回路１１、導波路１２、高周波電源１３及び遮蔽物１５の数は任意である。高周波電源１３の数が量子回路１１の数より少なく、分波器等を介して量子回路１１に接続される構造であってもよい。

【0035】

図３は、本実施形態に係る量子回路１１の回路図の一例である。量子回路１１は、ジョセフソン接合ＪＪ及びキャパシタＣ_Ｂを含むトランズモン１１１と、インダクタＬ_ｒ及びキャパシタＣ_ｒを含む共振器１１２とを有する。高周波電源１３は、入力キャパシタＣ_ｉｎの一端に接続され、高周波電源１３から出力される高周波パルスは、ゲートキャパシタＣ_ｇを介してトランズモン１１１に入力され、トランズモン１１１の量子状態を変化させる。ジョセフソン接合ＪＪの数は１つとは限らず、並列に２つ接続されdc-SQUIDの構成とする場合や、サイズが異なるジョセフソン接合ＪＪが並列に接続される場合(Flux qubit等)や、サイズが異なるジョセフソン接合ＪＪが複数接続される場合(Fluxonium等)があり得る。このようにジョセフソン接合ＪＪの数やサイズにより、系のエネルギーポテンシャルが目的に応じて調整されることがある。

【0036】

図４ａは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第１ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第１ステップでは、金属層３０の上にレジスト４１，４２，４３がパターニングされる。

【0037】

図４ｂは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第２ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第２ステップでは、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング又は化学エッチング等により、金属層３０をエッチングして、第１グランド線３１、シグナル線３２及び第２グランド線３３を形成し、レジスト４１，４２，４３を除去する。

【0038】

図４ｃは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第３ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第３ステップでは、マスク６０を用いた斜め蒸着により、アルミニウム等の金属をシグナル線３２に蒸着する。

【0039】

図４ｄは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第４ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第４ステップでは、斜め蒸着されたアルミニウム層５０を自然酸化させ、酸化アルミニウム層５１を形成する。ここで、酸化アルミニウム層５１は絶縁層である。

【0040】

図４ｅは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第５ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第５ステップでは、マスク６１を用いた斜め蒸着により、アルミニウム等の金属を酸化アルミニウム層５１及びシグナル線３２に蒸着する。

【0041】

図４ｆは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第６ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第６ステップでは、アルミニウム層５２が酸化アルミニウム層５１の上に形成され、ジョセフソン接合が形成される。

【0042】

図４ｇは、本実施形態に係る量子回路１１の製造プロセスの第７ステップを示す図である。量子回路１１の製造プロセスの第７ステップでは、マスク６２を用いたスパッタ法等によって、第１グランド線３１及び第２グランド線３３の上に絶縁層又は金属層を堆積させ、第１遮蔽物１５ａ及び第２遮蔽物１５ｂを形成する。他、化学気相成長法等を用いてもよい。

【0043】

このように、導波路１２は、それぞれグランド線３１，３３及びシグナル線３２を含み、遮蔽物１５は、グランド線３１，３３上に設けられていてよい。遮蔽物１５をグランド線３１，３３上に設けることで、遮蔽物１５の高さをシグナル線３２より十分に高くし、シグナル線３２から漏れる電磁場を遮蔽することができる。

【0044】

シグナル線３２の幅をｓと表し、シグナル線３２とグランド線３１の間の距離（シグナル線３２とグランド線３３の間の距離）をｇと表すとき、グランド線３１，３３の幅をｓ＋ｇ以上として、グランド線３１，３３上に遮蔽物１５を設けることで、電磁場をより効率的に遮蔽することができる。

【0045】

また、シグナル線３２の中央に中心を有する半径ｓ＋ｇの仮想円と交差するように遮蔽物１５を設けることで、電磁場をより効率的に遮蔽することができる。

【0046】

［第２実施形態］
図５ａは、本発明の第２実施形態に係る量子回路システム１０ａの構成の一例を示す斜視図である。また、図５ｂは、本実施形態に係る量子回路システム１０ａの構成の詳細を示す図である。本実施形態に係る量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを備える。また、量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄの量子状態を読み出すための読出回路１４を備える。

【0047】

量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａに電気的に接続された第１同軸ケーブル１１３ａと、読出回路１４に電気的に接続された読出同軸ケーブル１４ａとを備える。同様に、量子回路システム１０ａは、第２量子回路１１ｂに電気的に接続された第２同軸ケーブル、第３量子回路１１ｃに電気的に接続された第３同軸ケーブル及び第４量子回路１１ｄに電気的に接続された第４同軸ケーブルを備える（不図示）。ここで、第１同軸ケーブル１１３ａは、高周波電力を伝搬させて第１量子回路１１ａを所定の量子状態に変化させる第１高周波電源に電気的に接続される。また、第２同軸ケーブル、第３同軸ケーブル及び第４同軸ケーブルは、それぞれ、高周波電力を伝搬させて第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを所定の量子状態に変化させる第２高周波電源、第３高周波電源及び第４高周波電源に電気的に接続される。

【0048】

本実施形態において、第１同軸ケーブル１１３ａ、第２同軸ケーブル、第３同軸ケーブル及び第４同軸ケーブルは、本発明の第１導波路、第２導波路、第３導波路及び第４導波路に相当する。本実施形態において、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成される主面と交差する方向に延伸している。より具体的には、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成される主面と略直行する方向に延伸している。

【0049】

また、量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄが形成される主面に設けられた第１遮蔽物１５ａ、第２遮蔽物１５ｂ、第３遮蔽物１５ｃ及び第４遮蔽物１５ｄを備える。このような構成により、量子回路１１の量子状態を読み出す場合における複数の線路の干渉を抑えたり、量子回路１１間の相互作用の干渉を抑えたりすることができる。なお、第１遮蔽物１５ａ、第２遮蔽物１５ｂ、第３遮蔽物１５ｃ及び第４遮蔽物１５ｄは、図５ａに実線で示す配置ではなく、破線で示す配置で設けられてもよいし、実線で示す配置と破線で示す配置の両方で設けられてもよい。

【0050】

［第３実施形態］
図６ａは、本発明の第３実施形態に係る量子回路システム１０ｂの構成の一例を示す上面図である。また、図６ｂは、本実施形態に係る量子回路システム１０ｂの構成を示す上面図であり、図６ｃは、本実施形態に係る量子回路システム１０ｂの構成を示す断面図である。なお、図６ａでは、第３金属層１５３を図示せず、第３金属層１５３に覆われている第１結合線路１７及び第２結合線路１８を図示している。また、図６ｃは、図６ｂに示すＶＩｃ−ＶＩｃ線における断面図である。

【0051】

本実施形態に係る量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを備える。また、量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄの量子状態を読み出すための読出回路１４を備える。

【0052】

量子回路システム１０ａは、第１量子回路１１ａに電気的に接続された第１同軸ケーブルと、読出回路１４に電気的に接続された読出同軸ケーブルとを備える（不図示）。同様に、量子回路システム１０ａは、第２量子回路１１ｂに電気的に接続された第２同軸ケーブル、第３量子回路１１ｃに電気的に接続された第３同軸ケーブル及び第４量子回路１１ｄに電気的に接続された第４同軸ケーブルを備える（不図示）。ここで、第１同軸ケーブルは、高周波電力を伝搬させて第１量子回路１１ａを所定の量子状態に変化させる第１高周波電源に電気的に接続される。また、第２同軸ケーブル、第３同軸ケーブル及び第４同軸ケーブルは、それぞれ、高周波電力を伝搬させて第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを所定の量子状態に変化させる第２高周波電源、第３高周波電源及び第４高周波電源に電気的に接続される。

【0053】

本実施形態において、第１同軸ケーブル、第２同軸ケーブル、第３同軸ケーブル及び第４同軸ケーブルは、本発明の第１導波路、第２導波路、第３導波路及び第４導波路に相当する。本実施形態において、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成される主面と交差する方向に延伸している。より具体的には、第１導波路及び第２導波路は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂが形成される主面と略直行する方向に延伸している。

【0054】

また、量子回路システム１０ｂは、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄが形成される主面から離間した面に設けられている遮蔽物を備える。より具体的には、量子回路システム１０ｂは、量子回路１１が形成される主面から離間した面に設けられている第３金属層１５３を備える。このような構成により、量子回路１１が形成される主面において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、干渉を防ぐことができる。

【0055】

また、本実施形態において、遮蔽物は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂを電磁気的に接続する第１結合線路１７を覆うように、主面の法線方向において、第１結合線路１７よりも高い位置に設けられている。本実施形態では、第１結合線路１７は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂと、第２量子回路１１ｂ及び第３量子回路１１ｃと、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄと、第４量子回路１１ｄ及び第１量子回路１１ａと、をそれぞれ電磁気的に接続する。そして、遮蔽物である第３金属層１５３は、第１結合線路１７を覆うように設けられている。このような構成により、第１結合線路１７において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、他の回路との干渉を防ぐことができる。

【0056】

また、本実施形態において、遮蔽物は、第１量子回路１１ａ及び第２量子回路１１ｂと読出回路１４とを電磁気的に接続する第２結合線路１８を覆うように、主面の法線方向において、第２結合線路１８よりも高い位置に設けられている。本実施形態では、第２結合線路１８は、第１量子回路１１ａ及び読出回路１４と、第２量子回路１１ｂ及び読出回路１４と、第３量子回路１１ｃ及び読出回路１４と、第４量子回路１１ｄ及び読出回路１４と、をそれぞれ電磁気的に接続する。そして、遮蔽物である第３金属層１５３は、第２結合線路１８を覆うように設けられている。このような構成により、第２結合線路１８において生じた漏れ電磁場を遮蔽し、他の回路との干渉を防ぐことができる。

【0057】

本実施形態の遮蔽物は、第１金属層１５１、第２金属層１５２及び第３金属層１５３を含む。第１金属層１５１は、第１量子回路１１ａ、第２量子回路１１ｂ、第３量子回路１１ｃ及び第４量子回路１１ｄを囲むように矩形状に形成されている。また、第２金属層１５２は、２つの量子回路１１と読出回路１４とで形成される三角領域に三角形状に形成されている。第３金属層１５３は、第１金属層１５１と第２金属層１５２にまたがる部分と、第２金属層１５２にまたがる部分とを含む。第３金属層１５３のうち第１金属層１５１と第２金属層１５２にまたがる部分は、第１結合線路１７を覆う。また、第３金属層１５３のうち第２金属層１５２にまたがる部分は、第２結合線路１８を覆う。なお、第２金属層１５２は、図６ａに実線で示す配置ではなく、破線で示す配置で設けられてもよいし、実線で示す配置と破線で示す配置の両方で設けられてもよい。

【0058】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0059】

１０…量子回路システム、１０ａ…第２実施形態に係る量子回路システム、１０ｂ…第３実施形態に係る量子回路システム、１１ａ…第１量子回路、１１ｂ…第２量子回路、１１ｃ…第３量子回路、１１ｄ…第４量子回路、１２ａ…第１導波路、１２ｂ…第２導波路、１２ｃ…第３導波路、１２ｄ…第４導波路、１４…読出回路、１４ａ…読出同軸ケーブル、１３ａ…第１高周波電源、１３ｂ…第２高周波電源、１３ｃ…第３高周波電源、１３ｄ…第４高周波電源、１４…読出回路、１５ａ…第１遮蔽物、１５ｂ…第２遮蔽物、１５ｃ…第３遮蔽物、１７…第１結合線路、１８…第２結合線路、２０…ユーザ端末、３０…金属層、３１…第１グランド線、３２…シグナル線、３３…第２グランド線、４１，４２，４３…レジスト、５０，５２…アルミニウム層、５１…酸化アルミニウム層、６０，６１，６２…マスク、１００…量子計算システム、１１１…トランズモン、１１２…共振器、１１３ａ…第１同軸ケーブル、１５１…第１金属層、１５２…第２金属層、１５３…第３金属層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図6c】