特開 2022-119214 量子コンピュータのためのノイズ軽減回路及び対応する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022119214

(43)【公開日】2022-08-16

(54)【発明の名称】量子コンピュータのためのノイズ軽減回路及び対応する方法

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/20 20220101AFI20220808BHJP

【ＦＩ】

G06N10/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022015618

(22)【出願日】2022-02-03

(31)【優先権主張番号】63/145,039

(32)【優先日】2021-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/553,206

(32)【優先日】2021-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＷＣＤＭＡ

２．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】522047446

【氏名又は名称】クオンティニュアム エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(72)【発明者】

【氏名】コーリー・アンドリュー・バーンズ

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・クネーデル

(72)【発明者】

【氏名】ジョシュア・ジャイルズ

(72)【発明者】

【氏名】マシュー・スワローズ

(72)【発明者】

【氏名】ジェレミー・エス・パークス

(72)【発明者】

【氏名】ジェイソン・ドミニー

(72)【発明者】

【氏名】レオナルド・アイ・アスカーランズ

(72)【発明者】

【氏名】デヴィッド・ジェームズ・フランソワ

(72)【発明者】

【氏名】アダム・ピー・リード

(72)【発明者】

【氏名】マヤ・ファブリカント

(57)【要約】

【課題】量子コンピュータの電極に信号を提供するための方法、装置、システム、又はコンピュータプログラム製品を提供すること。
【解決手段】例示的な実施形態において、システムは、信号生成器と、利得段と、フィルタ段とを含むノイズ軽減回路を含む。信号生成器は、複数の電圧源から構成され得る。コントローラは、信号生成器に信号を生成させ、信号は、ノイズ軽減回路を介して電極に提供されて、システムの少なくとも一部に機能を実行させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子コンピュータのイオントラップ内の電極に信号を提供するためのシステムであって、
第１の信号を生成するように構成された信号生成器であって、前記第１の信号が周波数掃引を含む、信号生成器と、
前記信号を増幅するように構成された利得段であって、前記利得段への入力が前記信号生成器の出力に接続される、利得段と、
前記信号をフィルタリングするように構成されたフィルタ段であって、前記フィルタ段への入力が前記利得段の出力に接続される、フィルタ段と、
前記第１の信号に応答して、前記フィルタ段の出力において応答を測定するように構成された変換器と
を含み、
前記信号生成器が、前記第２の信号を生成するようにさらに構成され、前記第２の信号が、測定された前記応答に基づいて、決定された予歪された波形によって予歪され、
イオントラップ内の電極が、前記第２の信号を受信するように構成される、システム。

【請求項2】

前記フィルタ段がアクティブフィルタ及びパッシブフィルタを含み、前記信号生成器が第１のデジタル－アナログ変換器及び第２のデジタル－アナログ変換器を含み、前記第２のデジタル－アナログ変換器がＤＣオフセット電圧を提供するように構成され、第１のデジタル－アナログ変換器が、前記予歪された第２の信号を提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記利得段の前記入力に接続された前記信号生成器の前記出力がスイッチを介して接続され、前記スイッチが前記利得段の前記入力への接続と前記変換器への接続との間で切り替わる、請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０２１年２月３日に出願された米国仮特許出願第６３／１４５，０３９号の利益を主張するものであり、その内容全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

[0002]様々な実施形態は、量子コンピュータにおける信号ノイズを軽減するための装置、システム、及び方法に関する。例えば、いくつかの例示的な実施形態は、二重電圧源を含む信号生成器の使用、及び／又はイオントラップの電極に印加される信号のノイズを軽減するためのアクティブフィルタ及びパッシブフィルタを含むフィルタリングに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]様々なシナリオにおいて、電気コンポーネントを有する量子コンピューティングシステムは、複数の機能を実行するように構成され得、異なる機能は、異なる耐性を有し得る。これらの耐性には、様々な電気コンポーネントに印加される信号に存在するノイズの量、及び／又は信号によって電気コンポーネントに加えられ得る熱の量が含まれ得る。例えば、イオントラップは、電場と磁場の組合せを使用して、ポテンシャル井戸内の複数のイオンを捕捉することができる。イオンをイオントラップの一部を通って特定の方法で移動させるため、及び／又はイオントラップの特定の部分に含ませるために、様々な機能が実行され得る。これらの様々な機能は、電場と磁場の組合せを生成するために使用される信号のノイズ耐性、及び／又は電気コンポーネントの熱耐性が異なる場合がある。さらに、信号を生成するために使用される電気回路は、イオンに熱を加える回路コンポーネントを含み得る。このような従来のイオントラップの多くの欠陥は、努力、創意工夫、及び革新の実施を通じて、本発明の実施形態に従って構造化された解決策を開発することによって解決されており、その多くの例について本明細書で詳細に説明する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

[0004]例示的な実施形態は、量子コンピュータのためのシステム、方法、装置、コンピュータプログラム製品など、具体的には、量子コンピュータのためのノイズ軽減を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

[0005]様々な実施形態は、量子コンピュータのイオントラップ内の電極に信号を提供するシステムを提供する。様々な実施形態において、システムは、信号生成器、利得段、フィルタ段、及び／又は変換器から構成され得る。様々な実施形態において、信号生成器は、第１の信号を生成するように構成され得、第１の信号は、周波数掃引を含む。様々な実施形態において、利得段は、信号を増幅するように構成され得、利得段への入力は、信号生成器の出力に接続される。様々な実施形態において、フィルタ段は、信号をフィルタリングするように構成され得、フィルタ段への入力は、利得段の出力に接続される。変換器は、第１の信号に応答してフィルタ段の出力において応答を測定するようにさらに構成され得る。信号生成器は、第２の信号を生成するようにさらに構成され得、第２の信号は、測定された応答に基づいて、決定された予歪された波形で予歪（ｐｒｅ－ｄｉｓｔｏｒｔ）される。様々な実施形態において、イオントラップ内の電極は、第２の信号を受信するように構成される。

【0006】

[0006]様々な実施形態において、フィルタ段は、アクティブフィルタ及びパッシブフィルタを含む。
[0007]様々な実施形態において、信号生成器は、第１のデジタル－アナログ変換器及び第２のデジタル－アナログ変換器を含む。

【0007】

[0008]様々な実施形態において、第２のデジタル－アナログ変換器は、ＤＣオフセット電圧を提供するように構成される。
[0009]様々な実施形態において、第１のデジタル－アナログ変換器は、予歪された第２の信号を提供するように構成される。

【0008】

[0010]様々な実施形態において、利得段の入力に接続された信号生成器の出力は、スイッチを介して接続され、スイッチは、利得段の入力への接続と変換器への接続との間で切り替える。

【0009】

[0011]様々な実施形態において、フィルタ段は、ローパスフィルタを含む。
[0012]様々な実施形態において、フィルタ段は、バターワース応答を有するフィルタを含む。

【0010】

[0013]様々な実施形態において、イオントラップは、その中に捕獲された複数のイオンを有するように構成され、その中に捕獲された複数のイオンのうちの少なくともいくつかは、量子コンピュータの量子ビットとして使用される。

【0011】

[0014]様々な実施形態は、量子コンピュータの信号生成器によって生成された信号を予歪するための方法を提供する。様々な実施形態において、方法は、コントローラによって、信号生成器に第１の信号を生成させるステップを含み、第１の信号は、複数の周波数にわたる周波数掃引を含む。方法は、第１の信号をノイズ軽減回路に提供させるステップをさらに含み、ノイズ軽減回路はフィルタ段を含み、フィルタ段は、フィルタ応答に従って第１の信号をフィルタリングして、フィルタリングされた信号を提供するように構成される。方法は、フィルタリングされた信号を、変換器を用いて測定するステップと、信号生成器に第２の信号を生成させるステップとをさらに含み、第２の信号は、フィルタリングされた信号の測定値に基づいて予歪される。方法は、第２の信号を量子コンピュータのイオントラップの電極に提供させるステップをさらに含む。

【0012】

[0015]様々な実施形態は、量子コンピュータの信号生成器から信号を提供する方法を提供する。様々な実施形態において、方法は、コントローラによって、第１のスイッチを第１の位置にするステップを含み、第１のスイッチは、入力、並びに少なくとも第１の出力及び第２の出力を含み、第１の位置は第１の出力に対応し、第２の位置は第２の出力に対応し、第１のスイッチの第１の出力は変換器に接続され、第１のスイッチの第２の出力は利得段の入力に接続され、利得段は出力を含み、利得段の出力はフィルタ段の入力に接続され、フィルタ段の出力は変換器に接続される。方法は、コントローラによって、信号生成器に、第１の信号を生成して第１のスイッチに提供させるステップをさらに含み、第１の信号は、周波数掃引又はパルスを含む。方法は、変換器において、第１の信号の生成からの第１の応答を測定するステップをさらに含む。方法は、第１のスイッチを第２の位置にするステップをさらに含む。方法は、信号生成器に、第２の信号を生成して第２の位置にある第１のスイッチに提供させるステップをさらに含み、第２の信号は、周波数掃引又はパルスを含む。方法は、変換器において、第２の信号の生成からの第２の応答を測定するステップをさらに含む。方法は、第１の応答の測定値及び第２の応答の測定値に基づいて、周波数応答を決定するステップをさらに含む。方法は、信号生成器に、周波数応答に基づいて第３の信号を生成させるステップをさらに含み、第３の信号は、周波数応答に基づいて予歪される。方法は、第３の信号を量子コンピュータのイオントラップの電極に提供させるステップをさらに含む。

【0013】

[0016]様々な実施形態は、時間領域反射率計測測定（ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）のために、量子コンピュータの信号生成器から信号を提供するための方法を提供する。様々な実施形態において、方法は、第１のスイッチを第１のスイッチの第１の位置にするステップを含み、第１のスイッチは、第１のスイッチの入力、並びに少なくとも第１のスイッチの第１の出力及び第１のスイッチの第２の出力を含み、第１のスイッチの第１の位置は、第１のスイッチの第１の出力に対応し、第１のスイッチの第２の位置は、第１のスイッチの第２の出力に対応する。方法は、第２のスイッチを第２のスイッチの第１の位置にするステップをさらに含み、第２のスイッチは、少なくとも第２のスイッチの第１の入力及び第２のスイッチの第２の入力、並びに第２のスイッチの出力を含み、第２のスイッチの第１の位置は、第２のスイッチの第１の入力に対応し、第２のスイッチの第２の位置は、第２のスイッチの第２の出力に対応する。様々な実施形態において、第１のスイッチの第１の出力は、第２のスイッチの第１の入力に接続される。様々な実施形態において、第１のスイッチの第２の出力は利得段の入力に接続され、利得段は出力を含み、利得段の出力はフィルタ段の入力に接続され、フィルタ段の出力は第２のスイッチの第２の入力に接続され、第２のスイッチの出力は量子コンピュータのイオントラップに接続される。方法は、コントローラによって、信号生成器に第１の信号を生成させるステップをさらに含み、第１の信号はパルスを含む。方法は、変換器を用いて、第２のスイッチの出力において、第１の信号の生成からの第１の応答を測定するステップをさらに含み、第１の応答の測定は、時間領域反射率計測測定を含む。

【0014】

[0017]様々な実施形態は、時間領域反射率計測測定のために、量子コンピュータの信号生成器から信号を提供するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、方法は、第１のスイッチを第１のスイッチの第２の位置にするステップを含み、第１のスイッチは、第１のスイッチの入力、並びに少なくとも第１のスイッチの第１の出力及び第１のスイッチの第２の出力を含み、第１のスイッチの第１の位置は、第１のスイッチの第１の出力に対応し、第１のスイッチの第２の位置は、第１のスイッチの第２の出力に対応する。方法は、第２のスイッチを第２のスイッチの第２の位置にするステップをさらに含み、第２のスイッチは、少なくとも第２のスイッチの第１の入力及び第２のスイッチの第２の入力、並びに第２のスイッチの出力を含み、第２のスイッチの第１の位置は、第２のスイッチの第１の入力に対応し、第２のスイッチの第２の位置は、第２のスイッチの第２の出力に対応する。様々な実施形態において、第１のスイッチの第１の出力は、第２のスイッチの第１の入力に接続される。様々な実施形態において、第１のスイッチの第２の出力は利得段の入力に接続され、利得段は出力を含み、利得段の出力はフィルタ段の入力に接続され、フィルタ段の出力は第２のスイッチの第２の入力に接続され、第２のスイッチの出力は量子コンピュータのイオントラップに接続される。方法は、コントローラによって、信号生成器に第１の信号を生成させるステップをさらに含み、第１の信号はパルスを含む。方法は、変換器を用いて、第２のスイッチの出力において、第１の信号の生成からの第１の応答を測定するステップをさらに含み、第１の応答の測定は、時間領域反射率計測測定を含む。

【0015】

[0018]様々な実施形態は、ノイズスペクトル密度測定のために、量子コンピュータの信号生成器から信号を提供するための方法を提供する。様々な実施形態において、方法は、第１のスイッチを第１のスイッチの第１の位置にするステップを含み、第１のスイッチは、第１のスイッチの入力、並びに少なくとも第１のスイッチの第１の出力及び第１のスイッチの第２の出力を含み、第１のスイッチの第１の位置は、第１のスイッチの第１の出力に対応し、第１のスイッチの第２の位置は、第１のスイッチの第２の出力に対応する。様々な実施形態において、第１のスイッチの第１の出力は、変換器に接続される。様々な実施形態において、第１のスイッチの第２の出力は利得段の入力に接続され、利得段は出力を含み、利得段の出力はフィルタ段の入力に接続され、フィルタ段の出力は第２のスイッチに接続され、第２のスイッチは、入力、並びに第１の出力及び第２の出力を含み、第２のスイッチの第１の出力は量子コンピュータのイオントラップに接続され、第２のスイッチの第２の出力は変換器に接続される。方法は、コントローラによって、信号生成器に第１の信号を生成させるステップをさらに含み、第１の信号はＤＣ電圧を含む。方法は、変換器を用いて第１の応答を測定するステップをさらに含み、第１の応答の測定は、ノイズスペクトル密度測定を含む。

【0016】

[0019]様々な実施形態において、方法は、変換器によって、イオントラップ内の電極のノイズスペクトル密度を測定するステップをさらに含み、変換器への入力は、利得段の出力に接続され、利得段への入力は、イオントラップ内の電極に接続される。

【0017】

[0020]様々な実施形態において、電極は、その中に捕獲された複数のイオンを有するように構成され、その中に捕獲された複数のイオンのうちの少なくともいくつかは、量子コンピュータの量子ビットとして使用される。

【0018】

[0021]様々な実施形態は、イオントラップ内の電極に信号を提供するためのシステムを提供する。様々な実施形態において、システムは、波形生成器、変換器、及びスイッチから構成された信号生成器を含む。様々な実施形態において、波形生成器は、波形信号を生成するように構成される。様々な実施形態において、変換器は、デジタル－アナログ変換器であり、ＤＣ信号を生成するように構成される。様々な実施形態において、スイッチは、波形生成器の出力に接続されたスイッチの第１の入力と、変換器の出力に接続されたスイッチの第２の入力と、スイッチの出力とを有する。様々な実施形態において、信号生成器は、スイッチを第１の入力と第２の入力との間で移行させて、信号生成器の出力において波形信号とＤＣ信号とを結合して、結合信号を生成するように構成される。システムは、結合信号を増幅するように構成された利得段をさらに含み、利得段の入力は、スイッチの出力に接続される。システムは、利得段の出力に接続されたイオントラップをさらに含み、イオントラップは、少なくとも１つの電極を含み、少なくとも１つの電極は、利得段の出力に接続される。

【0019】

[0022]様々な実施形態は、イオントラップ内の電極に信号を提供するためのシステムを提供し、様々な実施形態において、システムは、第１の信号を生成するように構成された信号生成器を含み、第１の信号は、周波数掃引を含む。システムは、第１の信号を増幅するように構成された利得段をさらに含み、利得段への入力は、信号生成器の出力に接続される。システムは、第１の信号をフィルタリングするように構成されたフィルタ段をさらに含み、フィルタ段への入力は、利得段の出力に接続される。システムは、第１の信号に応答してフィルタ段の出力において応答を測定するように構成された変換器をさらに含む。様々な実施形態において、信号生成器は、第２の信号を生成するようにさらに構成され、第２の信号は、第１の信号の測定された応答に基づいて予歪され、様々な実施形態において、イオントラップ内の電極は、第２の信号を受信するように構成される。

【0020】

[0023]様々な実施形態は、イオントラップ内の電極に信号を提供するためのシステムを提供し、様々な実施形態において、システムは、第１の信号を生成するように構成された信号生成器を含み、第１の信号は、周波数掃引を含む。システムは、第１の信号を増幅するように構成された利得段をさらに含み、利得段への入力は、信号生成器の出力に接続される。システムは、第１の信号をフィルタリングするように構成されたフィルタ段をさらに含み、フィルタ段への入力は、利得段の出力に接続される。システムは、サンプル段をさらに含み、サンプル段への入力は、フィルタ段の出力に接続される。システムは、第１の信号に応答してサンプル段の出力において応答を測定するように構成された変換器をさらに含む。様々な実施形態において、信号生成器は、第２の信号を生成するようにさらに構成され、第２の信号は、第１の信号の測定された応答に基づいて予歪され、様々な実施形態において、イオントラップ内の電極は、第２の信号を受信するように構成される。

【0021】

[0024]様々な実施形態は、イオントラップ内の電極に信号を提供するためのシステムを提供し、様々な実施形態において、システムは、第１の信号を生成するように構成された信号生成器を含み、第１の信号は、周波数掃引を含む。システムは、第１の信号を増幅するように構成された利得段をさらに含み、利得段への入力は、信号生成器の出力に接続される。システムは、第１の信号をフィルタリングするように構成されたフィルタ段をさらに含み、フィルタ段への入力は、利得段の出力に接続される。システムは、第１の信号に応答してフィルタ段の出力において応答を測定するように構成された変換器をさらに含む。システムにおいて、信号生成器は、第２の信号を生成するようにさらに構成され、第２の信号は、第１の信号の測定された応答に基づいて予歪される。様々な実施形態において、イオントラップ内の電極は、第２の信号を受信するように構成される。

【0022】

[0025]本発明をこのように一般的な用語で説明してきたが、次に添付図面を参照する。添付図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれているとは限らない。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】[0026]様々な実施形態による例示的な量子コンピューティングシステムの概略図である。

【図2】[0027]様々な実施形態による量子コンピュータの例示的なコントローラの概略図である。

【図3】[0028]例示的な実施形態に従って使用され得る量子コンピュータシステムの例示的な計算エンティティの概略図である。

【図4】[0029]様々な実施形態による例示的なノイズ軽減回路の概略図である。

【図5】[0030]様々な実施形態による別の例示的なノイズ軽減回路の概略図である。

【図6】[0031]様々な実施形態による例示的な信号生成器の概略図である。

【図7】[0032]ノイズ軽減回路の様々な実施形態による別の例示的な信号生成器の概略図である。

【図8】[0033]様々な実施形態による例示的なフィルタ段の概略図である。

【図9】[0034]様々な実施形態による例示的なサンプル段の概略図である。

【図10】[0035]様々な実施形態による例示的な較正回路の概略図である。

【図11】[0036]例えば、予歪された波形を決定するために量子コンピュータのコントローラによって実行され得る様々なプロセス、手順、及び／又は動作の流れ図である。

【図12】[0037]例えば、フィルタリングされた予歪された信号を電極に提供するために量子コンピュータのコントローラによって実行され得る様々なプロセス、手順、及び／又は動作の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

[0038]次に、以下では、本発明のすべての実施形態ではなくいくつかの実施形態を図示した添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。実際には、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、適用可能な法的要件を満たすように提供される。「又は」（「／」とも示される）という用語は、特に明記しない限り、本明細書では代替と接続詞の両方の意味で使用される。「例示の」及び「例示的な」という用語は、品質レベルを示すものではない例として使用される。「概して」及び「約」という用語は、特に明記しない限り、工学及び／もしくは製造の制限内並びに／又はユーザ測定能力の範囲内を指す。全体を通して、同様の数字は、同様の要素を指す。

【0025】

[0039]様々な実施形態において、信号を生成及び提供するための方法、装置、システム、コンピュータプログラム製品など、並びに量子コンピューティングシステムのためのノイズ軽減回路。例えば、信号は、（例えば、信号生成器によって）生成され、システムの電気コンポーネント（例えば、電極）に印加され得る。電気コンポーネントへの信号の印加は、システムに機能を実行させ得る。様々な実施形態において、システムは、電気コンポーネントに印加される信号に応じて、様々な機能を実行するように構成され得る。例示的な実施形態において、様々な機能の異なる機能は、印加される信号内の許容され得るノイズの量及び／又はノイズの周波数に関して、異なる要件を有し得る。様々な実施形態において、利得段は、信号を増幅するために使用され得、かつ／又はフィルタ段は、（例えば、信号生成器によって生成された）信号を、信号がシステムの電気コンポーネントに印加される前にフィルタリングするために使用され得る。フィルタ段は、アクティブフィルタ、パッシブフィルタ、又はアクティブフィルタとパッシブフィルタを含み得る。アクティブフィルタは、アクティブコンポーネント（例えば、オペアンプ、トランジスタなど）から構成され、これらのコンポーネントから決定される応答を有し得るフィルタである。さらに、アクティブフィルタは、（例えば、システムの動作中に）動的に変更され得る動作応答を有し得る動的フィルタであり得る。パッシブフィルタは、パッシブコンポーネント（例えば、レジスタ、コンデンサ、インダクタなど）のみを使用し、これらのコンポーネントから決定される応答を有するフィルタである。

【0026】

[0040]例示的な実施形態において、システムは、量子コンピュータである。例えば、システムは、複数の電極を含むイオントラップを含むトラップ型イオン量子コンピュータであり得る。量子コンピュータの電極への信号（例えば、電圧信号）の印加は、イオントラップに、イオントラップ内に捕獲された原子オブジェクト（例えば、イオン、原子など）の移動又は維持に対応する様々な機能を実行させることができ、原子オブジェクトは、イオントラップ内の様々な場所で捕獲され得る。例えば、ある機能は、原子オブジェクトをイオントラップ内のある場所からイオントラップ内の別の場所に輸送することであり得る。トラップ型イオン量子コンピュータ内の原子オブジェクトは、信号生成器（例えば、任意波形生成器（ＡＷＧ：ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））によって生成されてトラップの電気コンポーネント（例えば、電極）に印加される信号（例えば、波形）を使用することによって、トラップの周りを物理的に移動する。これらのイオンを迅速に移動させるには、ＡＷＧは非常に高速な更新レートを必要とする。信号の生成のための制御回路は、原子オブジェクトに対して量子論理ゲートが実行され得るように原子オブジェクトをイオントラップ内の特定の場所に維持すること、２つの原子オブジェクトのイオントラップ内の位置を入れ替えること、２つの原子オブジェクトを共に近接するように移動させること、共に接近した２つの原子オブジェクトを互いに離間するように移動させることなどを含む他のゲート機能も制御する。

【0027】

[0041]各機能は、機能固有の耐性（例えば、ノイズ耐性、熱耐性）に関連し得る。例えば、機能に対応する機能固有のノイズ耐性に基づいて、機能に特定の応答が割り当てられ得る。さらに、ゲーティング中、ゲーティング動作の高い忠実度を維持するために、電極における電圧は、非常に安定し、かつ非常に低いノイズスペクトル密度（ＮＳＤ：ｎｏｉｓｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）である必要がある。

【0028】

[0042]イオントラップを含む例示的な量子コンピュータ
例示的な実施形態において、システムは、原子オブジェクト閉じ込め装置（本明細書では閉じ込め装置とも呼ぶ）であるか、又は原子オブジェクト閉じ込め装置を含む。例示的な実施形態において、閉じ込め装置は、イオントラップ（例えば、表面イオントラップ）である。例えば、イオントラップは、イオントラップ内の１つ又は複数の原子オブジェクト（例えば、イオン）の移動を制御する電位場を生成するように、電気信号（例えば、電圧）を受信するように構成された複数の電極を含み得る。

【0029】

[0043]１つ又は複数の原子オブジェクトの移動を制御するために実行される様々な機能は、異なる要件を有し得る。要件の一例は、電極に印加される電気信号内のノイズを制限することであり得、これは、電極に電気信号を印加することによって生成される電場及び／又は磁場内のノイズに関連する場合と関連しない場合がある。例えば、原子オブジェクトがイオントラップ内のある場所からイオントラップ内の別の場所に移動するという輸送機能を実行するためのノイズ要件は、第１のノイズ要件であり得、（例えば、原子オブジェクトが量子ビットである量子コンピュータのゲート動作が実行され得るように）原子オブジェクトをイオントラップ内の特定の場所に維持するためのノイズ要件は、第２のノイズ要件であり得る。例示的な実施形態において、第１のノイズ要件及び第２のノイズ要件は異なり得る。例えば、輸送機能を実行するとき、機能の性能は、約１ＭＨｚの周波数でのノイズに影響を受けやすい可能性がある。別の例では、維持機能を実行する（例えば、原子オブジェクトに対して量子論理ゲートが実行され得るように、原子オブジェクトをイオントラップ内の特定の場所に維持する）とき、機能の性能は、約２５０ｋＨｚの周波数でのノイズに影響を受けやすい可能性がある。したがって、維持機能の性能を最適化するように構成されたノイズ要件を使用して輸送機能を実行すると、輸送機能の性能の低下につながる。例えば、維持機能の性能を最適化するように構成されたノイズ要件を使用して輸送機能を実行すると、輸送機能が実行され得る速度及び／又は帯域幅が低下する。要件の別の例は、閉じ込め装置及び／又はシステムの電気コンポーネント内の原子オブジェクトによって生成される熱及び／又は原子オブジェクトが受ける熱を制限することであり得、そのためには、ノイズ軽減回路もしくは量子コンピュータ内の他の回路によって生成される熱及び／又はそれら回路の動作を通して生成される熱を、最適化又は低減する必要があり得る。例示的な実施形態において、ノイズ軽減回路によって生成される熱は、予歪された信号を使用することを含む、電気信号を成形又は調整することによって、最適化又は低減され得る。

【0030】

[0044]図１は、例示的な実施形態による、閉じ込め装置（例えば、イオントラップ７０）を含む例示的な量子コンピュータシステム１００の概略図を提供する。様々な実施形態において、量子コンピュータシステム１００は、計算エンティティ１０、及び量子コンピュータ１１０を含む。様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが（例えば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信すること、見ることなど可能にするように構成される。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、コントローラ３０と、閉じ込め装置（例えば、イオントラップ７０）を封入するクライオスタット及び／又は真空チャンバ４０と、１つ又は複数の操作源６０とを備える。例示的な実施形態において、１つ又は複数の操作源６０は、１つ又は複数のレーザ（例えば、光学レーザ、マイクロ波源など）を含み得る。例示的な実施形態において、操作源６０によって生成されたビーム、パルス、フィールドなどは、１つ又は複数の光路６６（例えば、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ）を介してイオントラップ７０に提供され得る。様々な実施形態において、１つ又は複数の操作源６０は、閉じ込め装置内の１つ又は複数の原子オブジェクトの制御された量子状態発展を操作するように、かつ／又は引き起こすように構成される。例えば、１つ又は複数の操作源６０が１つ又は複数のレーザを含む例示的な実施形態において、レーザは、クライオスタット及び／又は真空チャンバ４０内の閉じ込め装置に、１つ又は複数のレーザビームを提供し得る。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、１つ又は複数の電圧源５０を備える。例えば、電圧源５０は、複数の電圧ドライバ及び／もしくは電圧源、並びに／又は少なくとも１つのＲＦドライバ及び／もしくは電圧源を含み得る。例えば、電圧源５０は、例えば、図４の信号生成器４１０などの１つ又は複数の信号生成器を備え得る。電圧源５０は、例えば、他の段と直列又は並列であり得る電気回路の１つ又は複数の段（例えば、利得段、フィルタ段、及び／又はサンプル段）を介して、閉じ込め装置（例えば、イオントラップ７０）の対応する電位生成要素に電気的に結合され得る。利得段及び／又はフィルタ段は、量子コンピュータ１１０の量子ビットとして使用される原子オブジェクトを捕獲するイオントラップの電極に印加される信号を成形し得る。

【0031】

[0045]例示的なコントローラ
様々な実施形態において、閉じ込め装置（例えば、イオントラップ７０）は、量子コンピュータ１１０に組み込まれる。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、量子コンピュータ１１０の様々な要素を制御するように構成されたコントローラ３０をさらに備える。様々な実施形態において、コントローラ３０は、電圧源５０、クライオスタット及び／もしくは真空チャンバ４０内の温度及び圧力を制御する極低温システム及び／もしくは真空システム、操作源６０、並びに／もしくはクライオスタット及び／もしくは真空チャンバ４０内の様々な環境条件（例えば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され得、かつ／又は閉じ込め装置内の１つ又は複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を操作する、かつ／もしくは引き起こすように構成され得る。例えば、コントローラ３０は、閉じ込め装置内の１つ又は複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を引き起こして、量子回路及び／又はアルゴリズムを実行し得る。様々な実施形態において、閉じ込め装置内に閉じ込められた原子オブジェクトは、量子コンピュータ１１０の量子ビットとして使用される。

【0032】

[0046]図２に示すように、様々な実施形態において、コントローラ３０は、処理要素２０５、メモリ２１０、ドライバコントローラ要素２１５、通信インターフェース２２０、アナログデジタル変換器要素２２５などを含む様々なコントローラ要素を含み得る。例えば、処理要素２０５は、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、複合ＰＬＤ（ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、コプロセシングエンティティ、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、ハードウェアアクセラレータ、他の処理デバイス及び／又は回路などを含み得る。回路という用語は、完全にハードウェアの実施形態、又はハードウェアとコンピュータプログラム製品との組合せを指す場合がある。例示的な実施形態において、コントローラ３０の処理要素２０５は、クロックを含み、かつ／又はクロックと通信状態にあり得る。

【0033】

[0047]例えば、メモリ２１０は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどのうちの１つ又は複数などの揮発性及び／又は不揮発性メモリストレージなどの非一過性メモリを含み得る。様々な実施形態において、メモリ２１０は、（例えば、量子ビットレコードデータストア、量子ビットレコードデータベース、量子ビットレコードテーブルなどにおける）量子コンピュータの量子ビットに対応する量子ビットレコード、較正テーブル、実行可能キュー、（例えば、１つ又は複数のコンピュータ言語、特殊化されたコントローラ言語などにおける）コンピュータプログラムコードなどを記憶し得る。例示的な実施形態において、（例えば、処理要素２０５による）メモリ２１０に記憶されたコンピュータプログラムコードの少なくとも一部の実行は、イオントラップ７０の電極に信号を印加して信号に対応する機能を実行するための本明細書に記載の１つ又は複数のステップ、動作、プロセス、手順などを、コントローラ３０に実行させる。

【0034】

[0048]様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素２１５は、１つ又は複数のドライバ、及び／又は１つ又は複数のドライバを制御するようにそれぞれ構成されたコントローラ要素を含み得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素２１５は、ドライバ及び／又はドライバコントローラを含み得る。例えば、ドライバコントローラは、１つ又は複数の対応するドライバを、コントローラ３０によって（例えば、処理要素２０５によって）スケジュールされ実行される実行可能命令、コマンドなどに従って動作させるように構成され得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素２１５は、コントローラ３０が操作源６０を動作させることを可能にし得る。様々な実施形態において、ドライバは、レーザドライバ、真空コンポーネントドライバ、イオントラップ７０のイオントラップ電位を維持及び／もしくは制御するために使用される電極に印加される電流並びに／又は電圧の流れを制御するためのドライバ（例えば、電圧源５０）、１つ又は複数の動的フィルタの動作応答を制御するためのドライバ（例えば、応答を選択するためにフィルタ段の回路（例えば、スイッチ又は減衰器）を作動させるようにコントローラによって制御され得るフィルタドライバ）、極低温及び／又は真空システムコンポーネントドライバなどであり得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、１つ又は複数の光受信機コンポーネント、較正センサなどから信号を受信するように構成された１つ又は複数のアナログ－デジタル変換器要素２２５を備え得る。例えば、様々な実施形態において、コントローラ３０は、カメラ、ＭＥＭカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電子増倍管などの１つ又は複数の光受信機コンポーネントから信号を通信及び／又は受信するための手段を備える。

【0035】

[0049]様々な実施形態において、コントローラ３０は、計算エンティティ１０とインターフェース及び／又は通信するための通信インターフェース２２０を備え得る。例えば、コントローラ３０は、計算エンティティ１０から実行可能命令、コマンドセットなどを受信し、量子コンピュータ１１０から（例えば、光学収集システムから）受信された出力、及び／又は計算エンティティ１０への出力を処理した結果を提供するための通信インターフェース２２０を備え得る。様々な実施形態において、計算エンティティ１０及びコントローラ３０は、直接の有線接続及び／もしくは無線接続、並びに／又は１つ又は複数の有線ネットワーク及び／もしくは無線ネットワーク２０を介して通信し得る。

【0036】

[0050]例示的な計算エンティティ
図３は、本発明の実施形態と併せて使用され得る例示的な計算エンティティ１０の概略図を提供する。様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが（例えば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信すること、表示すること、分析することなど可能にするように構成される。計算エンティティ１０は、１つ又は複数の有線ネットワークもしくは無線ネットワーク２０を介して、かつ／又は直接の有線通信及び／もしくは無線通信を介して、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０と通信状態にあり得る。例示的な実施形態において、計算エンティティ１０は、情報／データ、量子コンピューティングアルゴリズムなどを、コントローラ３０が理解及び／又は実施できるコンピューティング言語、実行可能命令、コマンドセットなどに変換、構成、フォーマットすることなどが可能である。

【0037】

[0051]図３に示すように、計算エンティティ１０は、アンテナ３１２、送信機３０４（例えば、無線機）、受信機３０６（例えば、無線機）、並びに送信機３０４及び受信機３０６のそれぞれに信号を提供し、それぞれから信号を受信する処理要素３０８を含み得る。送信機３０４及び受信機３０６のそれぞれに提供され、それぞれから受信される信号は、コントローラ３０、他の計算エンティティ１０などの様々なエンティティと通信するための適用可能な無線システムのエアインターフェース規格に従ったシグナリング情報／データを含み得る。この点に関して、計算エンティティ１０は、１つ又は複数のエアインターフェース規格、通信プロトコル、変調タイプ、及びアクセスタイプで動作することが可能であり得る。例えば、計算エンティティ１０は、ファイバ分散データインターフェース（ＦＤＤＩ：ｆｉｂｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、デジタル加入者回線（ＤＳＬ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、非同期転送モード（ＡＴＭ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅ）、フレームリレー、ケーブルによるデータサービスインターフェース仕様（ＤＯＣＳＩＳ：ｄａｔａ ｏｖｅｒ ｃａｂｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、又は任意の他の有線伝送プロトコルなどの有線データ伝送プロトコルを使用して通信を受信及び／又は提供するように構成され得る。同様に、計算エンティティ１０は、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ：ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅ）、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、符号分割多元接続２０００（ＣＤＭＡ２０００：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ２０００）、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ（１ｘＲＴＴ）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ：Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、世界移動体通信システム（ＧＳＭ：Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＧＳＭ進化型高速データレート（ＥＤＧＥ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、時分割同期符号分割多元接続（ＴＤ－ＳＣＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ－Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、進化型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅ－ＵＴＲＡＮ：Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、エボリューションデータオプティマイズド（ＥＶＤＯ：Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ）、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ：Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ）、Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、超広帯域（ＵＷＢ：ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ）、赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）プロトコル、近距離通信（ＮＦＣ：ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）プロトコル、Ｗｉｂｒｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、無線ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）プロトコル、及び／又は任意の他の無線プロトコルなどの様々なプロトコルのいずれかを使用して、無線外部通信ネットワークを介して通信するように構成され得る。計算エンティティ１０は、このようなプロトコル及び規格を、ボーダゲートウェイプロトコル（ＢＧＰ：Ｂｏｒｄｅｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、動的ホスト構成プロトコル（ＤＨＣＰ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｈｏｓｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ドメイン名システム（ＤＮＳ：Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ：Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ：Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＨＴＴＰオーバＴＬＳ／ＳＳＬ／Ｓｅｃｕｒｅ、インターネットメッセージアクセスプロトコル（ＩＭＡＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ：Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、簡易メール転送プロトコル（ＳＭＴＰ）、Ｔｅｌｎｅｔ、トランスポートレイヤセキュリティ（ＴＬＳ：Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）、セキュアソケットレイヤ（ＳＳＬ：Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｏｃｋｅｔｓ Ｌａｙｅｒ）、インターネットプロトコル（ＩＰ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ：Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、データグラム輻輳制御プロトコル（ＤＣＣＰ：Ｄａｔａｇｒａｍ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ストリーム制御伝送プロトコル（ＳＣＴＰ：Ｓｔｒｅａｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ：ＨｙｐｅｒＴｅｘｔ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）などを使用した通信のために使用することができる。

【0038】

[0052]計算エンティティ１０は、これらの通信規格及びプロトコルを介して、非構造化付加サービス情報／データ（ＵＳＳＤ：Ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｄａｔａ）、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ：Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、マルチメディアメッセージングサービス（ＭＭＳ：Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、デュアルトーン多重周波数シグナリング（ＤＴＭＦ：Ｄｕａｌ－Ｔｏｎｅ Ｍｕｌｔｉ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）、及び／又は加入者識別モジュールダイヤラ（ＳＩＭダイヤラ：Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ Ｄｉａｌｅｒ）などの概念を使用して、他の様々なエンティティと通信することができる。計算エンティティ１０は、例えば、そのファームウェア、ソフトウェア（例えば、実行可能命令、アプリケーション、プログラムモジュールを含む）、及びオペレーティングシステムに対する変更、アドオン、並びに更新をダウンロードすることもできる。

【0039】

[0053]計算エンティティ１０は、１つ又は複数のユーザ入力／出力インターフェースを含むユーザインターフェースデバイス（例えば、処理要素３０８に結合されたディスプレイ３１６及び／又はスピーカ／スピーカドライバ、並びに処理要素３０８に結合されたタッチスクリーン、キーボード、マウス、及び／又はマイクロフォン）も備え得る。例えば、ユーザ出力インターフェースは、情報／データを表示又は可聴提示させるため、及び１つ又は複数のユーザ入力インターフェースを介した情報／データとの対話のために、計算エンティティ１０上で実行される、かつ／又は計算エンティティ１０を介してアクセス可能な、アプリケーション、ブラウザ、ユーザインターフェース、インターフェース、ダッシュボード、スクリーン、ウェブページ、ページ、及び／又は本明細書で互換可能に使用される類似の単語を提供するように構成され得る。ユーザ入力インターフェースは、キーパッド３１８（ハードもしくはソフト）、タッチディスプレイ、音声／発話もしくはモーションインターフェース、スキャナ、リーダ、又は他の入力デバイスなど、計算エンティティ１０がデータを受信することを可能にするいくつかのデバイスのうちのいずれかを含むことができる。キーパッド３１８を含む実施形態において、キーパッド３１８は、従来の数字（０～９）及び関連するキー（＃、＊）、並びに計算エンティティ１０を動作させるために使用される他のキーを含む（又はそれらを表示させる）ことができ、英字キーの完全なセット、又は英数字キーの完全なセットを提供するように有効化され得るキーのセットを含み得る。入力を提供することに加えて、例えば、ユーザ入力インターフェースを使用して、スクリーンセーバ及び／もしくはスリープモードなどのある特定の機能を有効化又は非有効化することができる。計算エンティティ１０は、このような入力を通じて、情報／データ、ユーザ対話／入力などを収集することができる。

【0040】

[0054]計算エンティティ１０は、揮発性のストレージもしくはメモリ３２２及び／又は不揮発性のストレージもしくはメモリ３２４を含むこともでき、これらは、埋め込まれてもよく、かつ／又は取り外し可能であり得る。例えば、不揮発性メモリは、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリなどであり得る。揮発性メモリは、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどであり得る。揮発性及び不揮発性のストレージ又はメモリは、計算エンティティ１０の機能を実施するための、データベース、データベースインスタンス、データベース管理システムエンティティ、データ、アプリケーション、プログラム、プログラムモジュール、スクリプト、ソースコード、オブジェクトコード、バイトコード、コンパイル済みコード、解釈済みコード、マシンコード、実行可能命令などを記憶することができる。

【0041】

[0055]例示的なノイズ軽減回路
図４は、例示的な実施形態による例示的なノイズ軽減回路４００を示す。様々な実施形態において、コントローラ３０は、１つ又は複数の信号生成器４１０を制御して、信号（例えば、電圧信号）を生成させ、その信号を、異なる耐性及び／又は要件を有する複数の機能を実行するように構成されたシステムの電気コンポーネント（例えば、電極４４０）に印加する前に、電気回路（例えば、ノイズ軽減回路４００）に印加させることができる。様々な実施形態において、ノイズ軽減回路４００は、並列配置（図示せず）の各電極４４０のノイズ軽減回路４００など、量子コンピュータ１１０の各電極４４０に提供され得る。他の様々な実施形態において、ノイズ軽減回路４００は、量子コンピュータ１１０の複数の電極４４０（図示せず）に信号を提供し得る。ノイズ軽減回路４００は、イオントラップ７０の１つ又は複数の電極４４０に印加される信号を成形及び／又は調整するように構成され得る。

【0042】

[0056]上記のように、電極４４０への信号の印加は、イオントラップ７０内に捕捉された原子オブジェクトに対して１つ又は複数の機能を実行させ得る電位場を生成させる。機能が異なれば、感度（ノイズ感度など）も異なり、したがって、耐性及び要件（例えば、ノイズ要件）も異なる。さらに、感度、耐性、又は要件は、実行される機能に関連し得る。したがって、ノイズ軽減回路４００を使用して、ノイズの軽減を含め、１つ又は複数の信号生成器４１０の、電極４４０に印加される信号を成形及び／又は調整することができる。例示的な実施形態において、信号生成器４１０は、１つ又は複数の波形生成器を含み、この波形生成器は、例えば、任意波形生成器（ＡＷＧ）又はデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ：ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり得る。

【0043】

[0057]例示的な実施形態では、図４に示すように、ノイズ軽減回路４００は、信号生成器４１０、利得段４２０、及びフィルタ段４３０を備える。いくつかの実施形態では、利得段４２０及び／又はフィルタ段４３０が省略されてもよい。代替として、段が省略されてもよく、１つ又は複数の追加の段が追加されてもよい。例えば、別の例示的な実施形態では、図５に示すように、ノイズ軽減回路５００は、サンプル段５１０を含み得る。図５の例示的な実施形態では、サンプル段５１０は、フィルタ段の後に配置されているが、代替の実施形態では、フィルタ段４３０の前もしくは利得段４２０の前、又は１つ又は複数の他の段と並列であるなど、ノイズ軽減回路内の他の場所に配置され得る。様々な実施形態において、利得段４２０は、信号生成器４１０によって生成された信号に利得を適用する。

【0044】

[0058]様々な実施形態において、信号生成器４１０は、１つ又は複数の信号源（例えば、電圧源、電流源、任意波形生成器、デジタル－アナログ変換器など）から構成され得る。例示的な実施形態では、図６に示すように、例示的な信号生成器６００は、任意波形生成器（ＡＷＧ）６１０、デジタル－アナログ変換器６２０、及びスイッチ６３０から構成され得、これらはそれぞれコントローラ３０によって制御され得る。図６の例示的な実施形態において、コントローラ３０は、ＡＷＧ６１０に信号を生成させる信号、及びＤＡＣ６２０に信号を生成させる信号を提供し得る。信号生成器６００によって出力される信号は、コントローラがスイッチ６３０にＡＷＧ６１０又はＤＡＣ６２０のいずれかからの信号を選択させることによって生成され得る。したがって、ＡＷＧ６１０及びＤＡＣ６２０からの信号は、ＡＷＧ６１０からの信号とＤＡＣ６２０からの信号とを結合するように選択され得る。ＡＷＧ６１０もしくはＤＡＣ６２０のいずれかからの信号の選択、又はそれぞれの出力からなる信号を生成するための切替えは、例えば、量子コンピュータ１１０の現在の機能又は位相に依存し得る。

【0045】

[0059]図示されていない代替の実施形態では、例えば、ＡＷＧ６１０及びＤＡＣ６２０の出力を結合する代替の方式がある。例えば、スイッチ６３０は省略されてもよく、コントローラ３０は、ＡＷＧ６１０もしくはＤＡＣ６２０のいずれか、又はその両方から信号を生成させて、信号生成器の出力となる信号を生成することができる。代替の例では、ＡＷＧ６１０及びＤＡＣ６２０を参照するためにサーボが使用され得（例えば、従来の積分回路又はＤｅｂｏｏ積分回路）、バイアスＴが使用され得、又は電圧加算器が使用され得る。代替として、又は追加として、スイッチ６３０は、例えば、出力信号を生成するために使用され得る加算器、分周器、又は平均回路によって置き換えられてもよい。さらに、信号生成器６００は、３つ以上の信号源（図示せず）を含むことができ、加算器、分周器、又は平均回路とともに複数のスイッチが使用され得る。さらに、コントローラは、信号生成器６００の出力として生成される信号が予歪及び／又は成形されるように、ＡＷＧ６１０及びＤＡＣ６２０からの信号を制御することができ、予歪及び／又は成形は、ノイズ軽減回路又は下流回路に関して得られた測定値に基づき得る。信号源（例えば、ＡＷＧ６１０及びＤＡＣ６２０）からの信号の結合は、同等に又は同等の時間量では結合されない場合がある。例えば、スイッチ６３０は、ＡＷＧ６１０の信号を、ＤＡＣ６２０の信号の時間の割合（例えば、２５％）よりも大きい時間の割合（例えば、７５％）で通過させてもよい。さらに、コントローラ３０は、ＡＷＧ６１０又はＤＡＣ６２０のいずれかに信号を生成させない場合がある。

【0046】

[0060]コントローラ３０は、信号生成器４１０の各信号源が信号をどのように生成するかを制御することによって、信号生成器４１０に特定の信号を生成させ得る。したがって、信号生成器４１０によって生成される信号は、信号が提供される特定の電気回路及び／又は電極のために生成され得る。

【0047】

[0061]図７は、参照番号７１０にある信号生成器４１０のさらなる実施形態を示す。信号生成器７１０は、ＡＷＧ７２０及びＤＡＣ７３０、並びに利得段７４０を備える。図７には示されていないが、利得段は、ＡＷＧ７２０の後に配置されることが可能であり、又はＡＷＧ７２０とＤＡＣ７３０の両方が、信号生成器７１０内に独自の利得段を有することができる。図７には、回路７５０及び回路７６０も示されており、これらは、同じ回路であっても、別個の回路であってもよい。例えば、回路７５０及び回路７６０は、電気接合であり得るか、代替として、それぞれが、２つの入力を１つの出力に結合するための（例えば、図７では回路７６０で示す）スイッチ又は他の回路であり得る。図７に示すように、回路７６０への入力は、利得段４２０の出力又は電極４４０への入力など、ノイズ軽減回路の後の段の出力とすることができ、これらは、図７と同じ信号であるが、例えば、図４又は図５では異なる信号であり得る。

【0048】

[0062]様々な実施形態において、フィルタ段４３０は、複数の（例えば、２つ以上の）フィルタ（例えば、図７には図示せず）を含み得、フィルタは、同じタイプのフィルタ又は異なるタイプのフィルタ（例えば、ローパスフィルタ、ハイパス、バンドパス、及び／又はバンドストップフィルタ）であり得る。さらに、各フィルタは、特定のフィルタ応答を備えた単一終端タイプ（例えば、バターワース、ベッセル、チェビシェフ、エリプティック、レグレンデなど）のフィルタであり得る。様々な実施形態において、（例えば、様々な応答を有する）様々なフィルタが使用され得る。フィルタは、アクティブフィルタ又はパッシブフィルタであり得る。

【0049】

[0063]図８に示すような例示的な実施形態において、例示的なフィルタ段８００は、アクティブフィルタ８１０及びパッシブフィルタ８２０から構成され得る。図８には、単一のアクティブフィルタ８１０及び単一のパッシブフィルタ８２０が示されているが、例示的な実施形態では、フィルタ段に１つ又は複数のアクティブフィルタ及び１つ又は複数のパッシブフィルタがある。さらに、図示していないが、アクティブフィルタ及びパッシブフィルタは、様々な順序で配置され得る（例えば、アクティブフィルタの前にパッシブフィルタ）。

【0050】

[0064]フィルタ段８００によって出力される信号のフィルタリングは、例えば、アクティブフィルタ８１０の出力及びパッシブフィルタ８２０の出力によって決定され得る。フィルタ段８００のフィルタリングは、フィルタ段８００から出力される信号が電極４４０の要件及び耐性を満たすようにすることであり、このフィルタリングは、例えば、ターゲットフィルタ機能であり得る。ターゲットフィルタ機能は、その構成極から構成され得、極の一部は、各フィルタ（例えば、アクティブフィルタ８１０、パッシブフィルタ８２０）に割り当てられる。例示的な実施形態において、実極、及び最も減衰不足である組の極がパッシブフィルタ８２０に割り当てられ、残りの極がアクティブフィルタ８１０に割り当てられる。この実施形態において、極のこの割当ては、減衰不足の応答が演算増幅器をクリッピングするのを防ぐことができ、非線形の挙動を低減する。極の割当てから、アクティブフィルタ８１０及びパッシブフィルタ８２０が決定され得る。代替の実施形態において、パッシブフィルタに割り当てられた極は、低周波数極であり得る。さらに、例示的な実施形態において、信号生成器４１０からの予歪された信号は、フィルタによって除去される信号の一部を含む予歪された信号を含み得る、フィルタ段８００からの測定値に基づいて生成され得る。予歪された信号は、信号生成器４１０の信号源の能力に起因して一部を除去させるように生成され得る。

【0051】

[0065]例示的な実施形態において、アクティブフィルタ８１０は、ノイズ成形を提供し得、パッシブフィルタ８２０は、アクティブフィルタ８１０の演算増幅器から生じ得る残留ノイズを除去し得る。アクティブフィルタを含むコンポーネントの設計は、例えば、ノイズを最小限に抑えるレジスタを含み得る。さらに、アクティブフィルタ８１０の入力及び／又は出力でバッファ（図示せず）が使用され得る。入力でのバッファは、例えば、アクティブフィルタ８１０の低インピーダンスに対処し得る。出力でのバッファは、例えば、パッシブセクションを駆動するために使用され得る。

【0052】

[0066]例示的な実施形態において、パッシブフィルタ８２０は、無限大の出力インピーダンスが電極を駆動するように設計され得、入力インピーダンスは、インダクタ値が所望の値に一致するように選択され得る。

【0053】

[0067]したがって、コントローラ３０は、特定の信号を提供するように信号生成器４１０を制御し得る。コントローラ３０は、フィルタの動作応答を制御するようにフィルタ段４３０も制御し得る。フィルタ段４３０は、信号生成器４１０によって生成された信号を受信し、コントローラ３０によって選択された動作応答に従って信号をフィルタリングし得る。次いで、フィルタリングされた信号は電極４４０に提供され、その結果、結果として生じる電位場を使用して機能を実行することができる。さらに、電極４４０に提供されるフィルタリングされた信号は、電極４４０への信号の印加から生じる電位場を介して実行される機能に必要な耐性（例えば、ノイズ耐性）内の適切なプロファイルを有する。

【0054】

[0068]図５に示すような例示的な実施形態では、電極に提供される前の信号とともに、サンプル段５１０を使用することができる。サンプル段に入力される信号は、所望以上のノイズを有する可能性があり、電極上のノイズによって、電極の近傍で実行されるゲートの忠実度が低下する可能性がある。例えば、利得段４２０及び／又はフィルタ段４３０を省略した実施形態において、信号生成器の出力は、精密演算増幅器の出力よりも多くのノイズを有し得る。例えば、ＤＡＣの出力は、数十から数百ナノボルト程度のノイズを有する可能性があるのに対して、精密演算増幅器は、数ナノボルト程度のノイズを有する可能性がある。いくつかの実施形態において、サンプル段５１０の使用により、電極４４０に対する機器ノイズスペクトル密度（ＮＳＤ）の有害な影響が低減される可能性があり、また、より大きいフィルタ又は追加のフィルタが不要になる可能性がある。いくつかの実施形態において、サンプル段５１０の出力は、例えば、バッファとして機能することによってサンプリングを支援することができるアナログ－デジタル変換器に対するものであり得る。いくつかの実施形態において、サンプル段は、ノイズ又は回路複雑性を低減するためのバッファであり得る。いくつかの実施形態において、低減されるノイズは、信号生成器によって生成されるノイズであり得る。

【0055】

[0069]図９は、例示的なサンプル段５１０の概略図を示す。例示的な実施形態において、サンプル段５１０は、スイッチ９１０、コンデンサ９２０（接地され得る）、及び演算増幅器９３０を備える。スイッチ９１０は、例えば、モード又は動作又は機能（例えば、輸送又はゲーティング）に基づいて、開放又は閉鎖され得る。スイッチ９１０は、例えば、ＪＦＥＴ（図示せず）であり得る。ＪＦＥＴがオンに切り替えられると、コンデンサ９２０が充電され得る。コンデンサが充電されると、ＪＦＥＴは回路を閉鎖し、演算増幅器９３０は、サンプル段５１０の出力においてコンデンサの電圧を保持するコンデンサ９２０のためのバッファとして機能する。コンデンサは、例えば、コントローラ３０からの入力に基づいて信号を生成し得るＤＡＣなどの電圧源によって充電され得る。

【0056】

[0070]フィードバック回路
電極に印加される信号の帯域幅が、ノイズ軽減回路によって制限される場合がある。例示的な実施形態では、帯域幅の制限を克服するために、信号生成器４１０によって生成された信号は、例えば、予歪を用いて成形され得る。これは、例えば、フィルタの遅延及び／又は減衰を克服する可能性がある。さらに、信号は、量子回路の処理を減少させる不要な熱を生成するおそれがあり、予歪された信号を使用することにより、この熱を減少させることができる。例示的な実施形態において、フィードバック回路は、生成される熱を減少させることができる信号など、予歪された信号の決定を可能にする。

【0057】

[0071]図１０は、フィードバック回路１０００を含む例示的なノイズ軽減回路の概略図を示す。図１０に示す実施形態において、フィードバック回路１０００を含む例示的なノイズ軽減回路は、追加のスイッチ（例えば、スイッチ１０１０及びスイッチ１０２０）並びに変換器１０３０から構成され得る。例示的な実施形態において、変換器１０３０は、アナログ－デジタル変換器である。スイッチ１０１０及びスイッチ１０２０は、例えば、１対Ｎスイッチ（例えば、１つの入力から２つの出力）又はＮ対１スイッチ（例えば、２つの入力から１つの出力）であり得る。さらに、スイッチ１０１０又はスイッチ１０２０は、Ｎ対１スイッチ及び１対Ｎスイッチなどの１つ又は複数のスイッチの組合せとすることができ、これにより、複数の入力のうちの１つを選択し、Ｎ個の出力のうちの１つで出力することができる。スイッチの使用により、ノイズ軽減回路の１つ又は複数の部分を分離することが可能になり、１つ又は複数の部分は、ノイズ軽減回路の較正、特性評価、又は診断に使用され得る。これは、図１０に示すように、スイッチの出力が変換器１０３０に入力されることによって行われ得る。変換器１０３０に入力された信号は、例えば、信号生成器４１０によって出力された信号の較正又はノイズ軽減回路の診断を可能にするノイズ軽減回路に関する特性を決定するために、アナログ信号からデジタル信号に変換され得る。

【0058】

[0072]図１０は２つのスイッチ（スイッチ１０１０及びスイッチ１０２０）を示しているが、追加の回路を分離するために追加のスイッチが存在してもよい。例えば、図１０を参照すると、利得段４２０とフィルタ段４３０との間にスイッチを配置して、フィルタ段４３０の分離を可能にすることができる。さらなる例として、サンプル段（図１０には図示せず）が存在する場合、サンプル段の前、後、又は前後のスイッチを使用して、サンプル段を分離することができる。サンプル段は、例えば、図１０のフィルタ段４３０の後であるがスイッチ１０２０の前に配置され得る。

【0059】

[0073]例示的な実施形態において、信号生成器４１０は、２つ以上の信号源を含み得る。コントローラ３０は、信号生成器４１０の信号源のそれぞれから別個の信号を生成することができ、別個に又は異なる組合せで生成された各信号に関する特性（例えば、第１の７５％を第１の信号源から、第２の２５％を第２の信号源からとするデューティサイクル）を決定するために、スイッチ１０１０及びスイッチ１０２０を使用して、ノイズ軽減回路の一部分を分離し、信号を、ノイズ軽減回路の特定の段及び／又はコンポーネントを通るように又はその周辺へ方向付けることができる。

【0060】

[0074]図１１に示す例示的な較正ルーチンでは、回路の帯域幅の制限を克服し、ノイズを最小限に抑え、熱を最小限に抑えるために、信号生成器４１０によって出力される信号は、フィードバック回路１０００を含むノイズ軽減回路の応答を測定して、信号生成器４１０によって生成すべき予歪された波形を決定することによって較正され得る。

【0061】

[0075]図１１は、例えば、信号生成器４１０によって生成され得る予歪された波形を決定するためにコントローラ３０によって実行され得る例示的なプロセス、手順、動作などを示す流れ図を提供する。明確にするために、動的に成形されたノイズを伴う信号を単一の電極４４０に印加することに焦点を当てる。しかしながら、理解されるように、システムは、予歪された波形及び／又は異なる予歪された波形を有する信号が複数の電極４４０及び／又は他の電気コンポーネントに提供され得るように、複数の信号生成器４１０、複数の利得段、フィルタ段、及び／又はサンプル段を含み得る。

【0062】

[0076]ステップ／動作１１１０から開始し、図１０のフィードバック回路１０００を含む例示的なノイズ軽減回路を使用して、動作スイッチ１０１０によって、信号生成器４１０の出力が変換器１０３０に入力されるように信号生成器４１０を分離することができる。

【0063】

[0077]ステップ／動作１１２０において、信号生成器４１０は、周波数の範囲にわたって第１の周波数掃引を生成することができる。周波数の範囲は、例えば、信号生成器４１０の特性によって、又は代替として、フィルタ段などのノイズ軽減回路の別の部分の特性によって決定され得る。例えば、フィルタ段の特性が、１０ｋＨｚ未満の周波数を有する信号のみを通過させるようなものである場合、第１の周波数掃引の上限は１０ｋＨｚになり得る。代替として、信号生成器４１０が生成し得る周波数以外に、周波数掃引の周波数に制限がない場合もある。

【0064】

[0078]ステップ／動作１１３０において、変換器１０３０は、信号生成器４１０によって生成された第１の周波数掃引に対する第１の応答を測定する。変換器１０３０によるこの第１の測定値は、コントローラ３０に提供され得る。

【0065】

[0079]ステップ／動作１１４０において、スイッチ１０１０及び１０２０は、ノイズ軽減電気回路を分離するように動作され得る。例えば、スイッチ１０１０は、信号生成器４１０の出力を入力として受信し、その信号を利得段４２０に出力するように動作され得、スイッチ１０２０は、フィルタ段４３０の出力を入力として受信し、その信号を変換器１０３０に出力するように動作され得る。この例におけるこのステップでは、信号生成器４１０の出力は利得段４２０にのみ送信され、フィルタ段４３０の出力は変換器１０３０にのみ送信される。代替の例では、２つ以上の利得段、又は２つ以上のフィルタ段、又はサンプル段がある場合、スイッチは、各段の出力が変換器１０３０に提供されるように各段を分離することができる。

【0066】

[0080]この例を続けると、ステップ／動作１１５０において、信号生成器４１０は、第１の周波数掃引と同じ信号であり得る第２の周波数掃引を生成する。第２の周波数掃引は、上述した電気回路の特性に基づいて制限される場合と制限されない場合がある。

【0067】

[0081]ステップ／動作１１６０において、変換器１０３０は、信号生成器４１０によって生成されて、図１０に示すようにスイッチ１０１０、利得段４２０、フィルタ段４３０、及びスイッチ１０２０を介して送信される第２の周波数掃引に対する第２の応答を測定する。変換器１０３０によるこの第２の測定値は、測定値を使用し得るコントローラ３０に提供され得る。いくつかの実施形態において、コントローラは、第２の測定値を分析することができ（例えば、周波数領域分析）、第２の測定値は、予歪された波形を決定することなど、さらなる動作において使用され得る。さらに、変換器１０３０に提供される信号は小さくてもよく、変換器１０３０の前に追加の利得段（図示せず）が配置されてもよい。

【0068】

[0082]ステップ／動作１１７０において、第１の測定値及び第２の測定値を使用して、この例における電気回路で使用され得る予歪された波形を決定することができる。例えば、第２の測定値を第１の測定値で除算して、図１０に示す例では信号が電極４４０に入力される前に通過する電気回路である利得段４２０及びフィルタ段４３０の周波数応答を決定することができる。決定された周波数応答は、電気回路内で使用される物理コンポーネントの違いに起因して、電気回路の分析モデル又は理論モデルよりも改善されたものである。したがって、ノイズ軽減回路を通過する信号生成器４１０から生成された信号から生成され得る、かつ／又は信号生成器４１０から生成された信号のフィルタリング、増幅、及び／もしくは他の調整によって生成され得るノイズ並びに熱を軽減する予歪された波形を生成するために、決定された周波数応答を使用して、図１０のノイズ軽減回路で使用できる予歪された波形を決定することができる。

【0069】

[0083]図１２は、例えば、フィルタリングされた予歪された信号を電極に提供するために実行され得る様々なプロセス、手順、及び／又は動作の流れ図である。例示的な実施形態において、適用すべき予歪された波形を決定した後、ステップ１２１０において、信号生成器４１０は、予歪された波形を有する予歪された信号を生成する。ステップ１２２０として、予歪された信号は、利得段４２０に提供され、利得段４２０は、予歪された信号に利得を適用する。ステップ１２３０において、利得を有する予歪された信号が、信号をフィルタリングするためのフィルタ段４３０に提供される。ステップ１２４０において、フィルタリングされた予歪された信号は、１つ又は複数の電極４４０に提供される。図１２では、信号生成器４１０によって生成された予歪された信号を扱っているが、例示的な実施形態では、信号が予歪されない１つ又は複数の電極に信号を提供するために、同じステップが使用され得る。

【0070】

[0084]図１１で使用するための上記の周波数掃引の代替手段は、周波数掃引の代わりにＤＣ電圧を使用することである。ＤＣ電圧を使用すると、ＡＤＣによって得られた測定値を使用して、ノイズ軽減回路のノイズスペクトル密度を測定することが可能になり得る。別の代替手段として、周波数掃引の代わりにパルスを使用することができる。別の代替手段として、信号は、周波数掃引、パルス、及び／又はＤＣ電圧であり得る。

【0071】

[0085]様々な代替の実施形態において、信号（例えば、周波数掃引）が印加されるノイズ軽減回路の一部分の順序は、変化し得る。
[0086]さらに、フィードバック回路を使用して、ノイズ軽減回路の正常性を確認することもできる。段の正常性は、段又は段の一部分を分離し、分離された段全体の応答を測定することによって判断され得る。例えば、コンポーネントが故障した場合、ノイズ軽減回路から段を分離することにより、その段の応答を測定し、測定された応答を期待される応答（例えば、理論上の応答）又は以前に測定された応答と比較することが可能になり得る。ノイズ軽減回路の正常性をこのように確認することにより、診断が可能になり得る。いくつかの例示的な実施形態において、このような診断は、自動化され、定期的に実行され得る。

【0072】

[0087]さらなる実施形態では、フィードバック回路を使用して、時間領域反射率計測（ＴＤＲ：ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を実行する。ＴＤＲは、回路の、他の方法ではアクセス不可能であり得る部分に関連した、インピーダンスを示し得る応答の測定を可能にし得る。さらに、ＴＤＲにより、ノイズ軽減回路の下流の回路（例えば、電極４４０）からの応答の測定が可能になり得、これにより、ノイズ軽減回路又は下流回路の正常性に関するフィードバックを提供することができる。ノイズ軽減回路４００の一部又はすべてを分離してＴＤＲを実行するために、スイッチ（例えば、図１０のスイッチ１０１０及びスイッチ１０２０）を使用することができる。ノイズ軽減回路の分離は、他の理由の中でもとりわけ、増幅器（例えば、利得段４２０）を分離するために有益であり得る。例えば、信号生成器４１０は、パルスを生成し得る。パルスは、利得段４２０及び／又はフィルタ段４３０などのノイズ軽減回路４００の様々な段（又は段の一部）を介して送信され得るか、又はノイズ軽減回路４００をバイパスし得る。パルスがコネクタ接合部を含むコンポーネント（例えば、段又は下流回路内のコンポーネント）を通過するとき、信号の反射が生成され得る。反射は、生成される際にテレメトリデータを提供することができ、これは、例えば、断線（ｏｐｅｎ）もしくは故障したコンポーネント又は回路によるものであり得る。測定された反射の振幅及び分散の特性は、段、下流回路、段又は下流回路内のコンポーネント、及び接続の品質に関する洞察を提供する。これらの洞察の例には、インピーダンス測定、及び反射が生成された場所（例えば、故障したコンポーネントもしくは回路、断線した回路、又は断線した回路を作り出しているコンポーネントにおいて）が含まれる。

【0073】

[0088]さらなる実施形態では、フィードバック回路を使用して、ノイズスペクトル密度（ＮＳＤ）を測定する。例えば、スイッチ１０１０を介して信号生成器４１０を変換器１０３０に接続し、信号生成器４１０の出力をＤＣ電圧信号に設定して、信号生成器４１０のＮＳＤを測定することができる。さらなる実施形態では、（信号生成器４１０又は利得段４２０又はフィルタ段４３０を接続せずに）電極４４０を変換器１０３０に接続することにより、電極４４０のＮＳＤの測定が可能になる。イオントラップ７０には２つ以上の電極４４０がある場合があり、これらの追加の電極に信号を提供する回路は、ノイズ軽減回路及び／又は電極４４０に物理的に近接していてもよい。電極４４０のＮＳＤ測定は、例えば、電極４４０に対して発せられる不要な信号があるかどうか、又は他の電極に信号を提供する回路間のクロストークについて測定することができる。

【0074】

[0089]代替の実施形態において、フィードバック回路は、周波数掃引を使用して応答を生成することを可能にし得る。例えば、スイッチ１０１０及びスイッチ１０２０を介して信号生成器４１０を電極４４０及び変換器１０３０に接続し、信号生成器４１０の出力を周波数掃引に設定して、電極（又は他の下流回路）の応答を測定することができる。応答は、例えば、特定の周波数で期待される応答の変化を測定することができる。このような変化は、例えば、コンポーネント又は回路の熱変動である可能性がある。

【0075】

[0090]システムの正常性を確認することで得られる洞察により、ダウンタイムを最小限に抑えることができ、システムのトラブルシューティングが向上する。代替として、又は追加として、正常性の確認は、例えば、システムがメンテナンスのために停止されている間に、又は別の例としてシステムの一部が分離されている間にシステムの正常性に対処するための洞察が学習され得るように、ランタイム時に実行され得る。正常性の確認により、確認から受信された応答に対処するためのリアルタイムの波形予歪が可能になる場合がある。さらに、応答から、システム内で測定された耐性（例えば、製造公差）を考慮し、使用中に発生する変動（例えば、熱変動）を補償するように、予歪された波形が決定及び生成され得る。

【0076】

[0091]代替の実施形態において、ノイズ軽減回路、電極、又は他の下流回路内のノイズは、近接している（例えば、同じ部屋又はシステムの代替部分にある）試験機器又は他の電気システム又は機械システムに起因して、変動する可能性がある。正常性確認は、他のシステムの使用が、例えば、コンポーネント、段（例えば、利得段４２０）、又は電極４４０などのシステムにおいてノイズを引き起こすことを明らかにし得る。例えば、ＴＤＲ、ＮＳＤ、又は周波数掃引を用いた正常性確認からのフィードバックを使用して、システム内で生じるノイズを補償するように信号を予歪することができる。追加として、又は代替として、コントローラ３０が、信号生成器４１０に例えばシステムをオフにするための信号を生成させる、又はノイズ軽減回路もしくはフィードバック回路にシステムのノイズが発生している部分を分離させるときに調整することによって、ノイズが対処され得る。例えば、電極において動作が高い忠実度を必要とする場合、信号が生成される前に、システムを確認して、ノイズが許容範囲内にある（又は存在しない）と判断することができる。

【0077】

[0092]技術的な利点
様々な実施形態は、異なる耐性又は要件を有する異なる機能をシステムに実行させる信号を生成して、その信号をシステムに提供するという、技術的問題に対する技術的解決策を提供する。例えば、上記のトラップ型イオン量子コンピュータの例示的なシステムでは、輸送機能を実行するとき、機能の性能は、約１ＭＨｚの周波数などでのノイズに影響を受けやすい可能性があり、かつ／又は維持機能を実行する（例えば、原子オブジェクトに対して量子論理ゲートが実行され得るように、原子オブジェクトをイオントラップ内の特定の場所に維持する）とき、機能の性能は、約２５０ｋＨｚの周波数のノイズに影響を受けやすい可能性がある。信号のノイズ成形の従来の方法は、最も厳しいノイズ耐性を有する機能のノイズ耐性に基づいてすべての信号をフィルタリングすることを含む。しかしながら、維持機能の性能を最適化するように構成されたノイズ要件を使用して輸送機能を実行すると、輸送機能の性能の低下につながる可能性がある。例えば、維持機能の性能を最適化するように構成されたノイズ要件を使用して輸送機能を実行すると、輸送機能を実行できる速度及び／又は帯域幅が低下する。本明細書に提供する例示的な実施形態は、複数の機能に必要なノイズ要件及びノイズ耐性を満たす電極に信号を提供するためのノイズ軽減回路を提供することによる、これらの技術的問題に対する技術的解決策を説明している。したがって、例示的な実施形態は、システム性能の向上につながる技術的解決策を提供する。

【0078】

[0093]例えば、電極４４０の低ノイズ要件を満たすために、信号生成器４１０は、２つ以上の電圧源から構成され得、信号生成器４１０は、各電圧源の出力を結合することによって信号を生成し得る。２つ以上の電圧源からの信号のこの結合は、１つの電圧源を使用するシステムによって生成されるノイズを低減し得る。

【0079】

[0094]別の例では、電極４４０の低ノイズ要件を満たすために、フィルタ段４３０は、少なくとも１つのアクティブフィルタ及び少なくとも１つのパッシブフィルタから構成され得る。このフィルタ段４３０は、パッシブフィルタのみの場合よりも改善をもたらすことができ、パッシブフィルタのみの場合、量子コンピュータ１１０内の同等のパッシブフィルタに対して物理的に大きすぎる可能性のある、又は寄生損失が多すぎる、かつ／もしくは耐性が大きすぎる可能性のあるインダクタを必要とすることがある。また、このフィルタ段４３０は、アクティブフィルタのみの場合よりも改善をもたらすことができ、アクティブフィルタのみの場合、必要な耐性に対してあまりにも多くの残留ノイズを生成する演算増幅器を必要とすることがある。

【0080】

[0095]別の例では、ノイズ軽減回路においてフィードバック回路を使用することにより、信号の予歪された波形の決定が可能になり得る。予歪された波形は、ノイズ軽減回路の一部分から得られた測定値から決定され得、これにより、ノイズ軽減回路のこれらの一部分に信号を提供することから発生するノイズ及び／又は熱を最小限に抑えるための、予歪された波形を決定することが可能になる。

【0081】

[0096]結論
前述の説明及び関連する図面に提示される教示の利益を有する、本発明に関係がある当業者には、本明細書に記載されている本発明の多くの修正形態及び他の実施形態が着想されよう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、修正形態及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。本明細書では特定の用語が使用されているが、これらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用されており、限定の目的では使用されていない。

【符号の説明】

【0082】

１０ 計算エンティティ
３０ コントローラ
４０ 真空チャンバ
５０ 電圧源
６０ 操作源
６６ 光路
７０ イオントラップ
１００ 量子コンピュータシステム
１１０ 量子コンピュータ
２０５ 処理要素
２１０ メモリ
２１５ ドライバコントローラ要素
２２０ 通信インターフェース
２２５ アナログ－デジタル変換器要素
３１２ アンテナ
３０４ 送信機
３０６ 受信機
３０８ 処理要素
３１６ ディスプレイ
３１８ キーパッド
３２２ 揮発性のストレージ又はメモリ
３２４ 不揮発性のストレージ又はメモリ
４００ ノイズ軽減回路
４１０ 信号生成器
４２０ 利得段
４３０ フィルタ段
４４０ 電極
５００ ノイズ軽減回路
５１０ サンプル段
６００ 信号生成器
６３０ スイッチ
７１０ 信号生成器
７２０ ＡＷＧ
７３０ ＤＡＣ
８００ フィルタ段
８１０ アクティブフィルタ
８２０ パッシブフィルタ
９１０ スイッチ
９２０ コンデンサ
９３０ 演算増幅器
１０００ フィードバック回路
１０１０ スイッチ
１０２０ スイッチ
１０３０ 変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【外国語明細書】