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特許7410144超伝導量子コンピュータにおける周波数衝突を防止するために２つのゲート・タイプを用いた量子コンピューティング・デバイス

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(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】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】超伝導量子コンピュータにおける周波数衝突を防止するために２つのゲート・タイプを用いた量子コンピューティング・デバイス

(51)【国際特許分類】

H10N 60/10 20230101AFI20231226BHJP

G06N 10/00 20220101ALI20231226BHJP

H03K 19/195 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

H10N60/10 Z

G06N10/00

H03K19/195

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2021526219

(86)(22)【出願日】2019-11-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-01

(86)【国際出願番号】 EP2019082829

(87)【国際公開番号】W WO2020169224

(87)【国際公開日】2020-08-27

【審査請求日】2022-04-18

(31)【優先権主張番号】16/281,884

(32)【優先日】2019-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＢＵＳＩＮＥＳＳＭＡＣＨＩＮＥＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】ＮｅｗＯｒｃｈａｒｄＲｏａｄ，Ａｒｍｏｎｋ，ＮｅｗＹｏｒｋ１０５０４，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ

(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】マッカイ、デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ガンベッタ、ジェイ

【審査官】岩本勉

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１９３３８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０３３００００４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０００７０５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２１２８６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】CHEN, Tao et al.，Nonadiabatic Geometric Quantum Computation with Parametrically Tunable Coupling，Phys. Rev. Applied，2018年，Vol. 10, No. 5，pp. 054051，DOI: 10.1103/PhysRevApplied.10.054051

【文献】MCKAY, C. David et al.，Universal Gate for Fixed-Frequency Qubits via a Tunable Bus，Phys. Rev. Applied，2016年，Vol. 6, No. 6，pp. 064007，DOI: 10.1103/PhysRevApplied.6.064007

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ６０／１０

Ｇ０６Ｎ１０／００

Ｈ０３Ｋ１９／１９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子コンピューティング・デバイスであって、
第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、前記第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数とは異なる、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットと、
前記第１の複数のキュービットを結合するように構成された第１の固定周波数バスであって、前記第１の複数のキュービットは、前記第１の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、前記第１の固定周波数バスと、
前記第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを、前記第２のキュービットに結合するように構成された第１の可変周波数バスと
を備える、
量子コンピューティング・デバイス。

【請求項2】

前記第１の可変周波数バスは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通して、前記第１の複数のキュービットのうちの前記少なくとも１つと、前記第２のキュービットとを結合するように構成される、
請求項１に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項3】

前記第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービットと、
前記第２の複数のキュービットを結合するように構成された第２の固定周波数バスであって、前記第２の複数のキュービットは、前記第２の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、前記第２の固定周波数バスと
をさらに備える、
請求項１に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項4】

前記第１の複数のキュービットは、第１の行または第１の列のうちの１つに配置され、前記第１の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成され、前記第２の複数のキュービットは、第２の行または第２の列のうちの１つに配置され、前記第２の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、
請求項３に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項5】

前記第１の共振周波数を有する第３の複数のキュービットであって、前記第３の複数のキュービットは、第３の行または第３の列のうちの１つに配置される、前記第３の複数のキュービットと、
前記第３の複数のキュービットを結合するように構成された第３の固定周波数バスであって、前記第３の複数のキュービットは、前記第３の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、前記第３の固定周波数バスと
をさらに備える、
請求項４に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項6】

前記第１の行または前記第１の列に配置された前記第１の複数のキュービットは、前記第１の可変周波数バスを通じて、前記第２の行または前記第２の列に配置された前記第２の複数のキュービットと相互作用するように構成され、
前記第２の行または前記第２の列に配置された前記第２の複数のキュービットは、前記第１の可変周波数バスを通じて、前記第３の行または前記第３の列に配置された前記第３の複数のキュービットと相互作用するように構成される、
請求項５に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項7】

前記第２の複数のキュービットは、前記第１の複数のキュービットと前記第３の複数のキュービットとの間の交差共鳴相互作用を防止するように、前記第１の複数のキュービットと前記第３の複数のキュービットとの間に配置される、
請求項５に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項8】

第３の共振周波数を有する第３の複数のキュービットであって、前記第３の複数のキュービットは、第３の行または第３の列のうちの１つに配置され、前記第３の共振周波数は、前記第１の共振周波数とは異なり、前記第２の共振周波数とは異なる、前記第３の複数のキュービットと、
前記第３の複数のキュービットを結合するように構成された第３の固定周波数バスであって、前記第３の複数のキュービットは、前記第３の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、前記第３の固定周波数バスと、
前記第３の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを、前記第２の複数のキュービットに結合するように構成された第２の可変周波数バスと
をさらに備える、
請求項４に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項9】

前記第１の行または前記第１の列に配置された前記第１の複数のキュービットは、前記第１の可変周波数バスを通じて、前記第２の行または前記第２の列に配置された前記第２の複数のキュービットと相互作用するように構成され、
前記第２の行または前記第２の列に配置された前記第２の複数のキュービットは、前記第２の可変周波数バスを通じて、前記第３の行または前記第３の列に配置された前記第３の複数のキュービットと相互作用するように構成される、
請求項８に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項10】

前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットは、トランズモン・キュービットである、
請求項１に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項11】

前記第１の可変周波数バスは、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を備える、
請求項１に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項12】

【請求項13】

前記第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つ、および前記第２のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通して相互作用するように構成される、
請求項１２に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項14】

量子コンピューティング・デバイスであって、
第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、前記第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数とは異なる、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットと、
前記第１の複数のキュービットを、前記第２のキュービットに結合するように構成された第１の可変周波数バスと
を備え、
前記第１の複数のキュービットは３つのキュービットを備え、前記３つのキュービットは、交差共鳴を通じて、前記第１の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成され、前記第２のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、前記第１の可変周波数バスを通して前記３つのキュービットと相互作用するように構成される、
量子コンピューティング・デバイス。

【請求項15】

量子コンピューティング・デバイスであって、
第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、前記第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数とは異なる、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットと、
前記第１の複数のキュービットを、前記第２のキュービットに結合するように構成された第１の可変周波数バスと、
前記第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット、および前記第１の共振周波数を有する第３のキュービットと、
前記第３のキュービットを、前記第２の複数のキュービットに結合するように構成された、第２の可変周波数バスと
を備え、
前記第２の複数のキュービットは、交差共鳴を通じて、前記第２の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成される、
量子コンピューティング・デバイス。

【請求項16】

前記第３のキュービットおよび前記第２の複数のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、前記第２の可変周波数バスを通して相互作用するように構成される、
請求項１５に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項17】

前記第３のキュービットは、前記第１の複数のキュービットと交差共鳴を通じて相互作用することが防止される、
請求項１５に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項18】

量子コンピューティング・デバイスであって、
第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、前記第２の共振周波数は、前記第１の共振周波数とは異なる、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットと、
前記第１の複数のキュービットを、前記第２のキュービットに結合するように構成された第１の可変周波数バスと、
前記第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット、および第３の共振周波数を有する第３のキュービットであって、前記第３の共振周波数は、前記第１の共振周波数および前記第２の共振周波数とは異なる、前記第２の複数のキュービットおよび前記第３のキュービットと、
前記第３のキュービットを前記第２の複数のキュービットに結合するように構成された、第２の可変周波数バスと
を備え、
前記第２の複数のキュービットは、交差共鳴を通じて、前記第２の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成される、
量子コンピューティング・デバイス。

【請求項19】

前記第３のキュービットおよび前記第２の複数のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、前記第２の可変周波数バスを通して相互作用するように構成される、
請求項１８に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項20】

前記第２の複数のキュービットは３つのキュービットを備え、前記３つのキュービットは、交差共鳴を通じて、前記第２の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成され、前記第３のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、前記第２の可変周波数バスを通して前記３つのキュービットと相互作用するように構成される、
請求項１８に記載の量子コンピューティング・デバイス。

【請求項21】

量子コンピューティング・デバイスを作り出す方法であって、
キュービット・チップ上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット、および第２の共振周波数を有する第２のキュービットを作り出すことであって、前記第２の共振周波数は前記第１の共振周波数とは異なる、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットを作り出すことと、
交差共鳴を通じて前記第１の複数のキュービットの間の相互作用を可能にするように、前記キュービット・チップ上に第１の固定周波数バスを作り出すこと、または前記キュービット・チップを、前記第１の固定周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つと、
第１の可変周波数バスを用いて、前記第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを前記第２のキュービットに結合することを可能にするように、前記キュービット・チップ上に前記第１の可変周波数バスを作り出すこと、または前記キュービット・チップを、前記第１の可変周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つと
を含む、
方法。

【請求項22】

量子コンピューティング・デバイスを作り出す方法であって、
キュービット・チップ上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット、および第２の共振周波数を有する第２のキュービットを作り出すことであって、前記第２の共振周波数は前記第１の共振周波数とは異なり、前記第１の複数のキュービットおよび前記第２のキュービットを作り出すことと、
第１の可変周波数バスを用いて、前記第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを前記第２のキュービットに結合することを可能にするように、前記キュービット・チップ上に前記第１の可変周波数バスを作り出すこと、または前記キュービット・チップを、前記第１の可変周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つと
を含み、
前記第１の複数のキュービットは、交差共鳴を通じて、前記第１の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成される、
方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここにおいて特許請求される本発明の実施形態は、超伝導量子コンピュータに関し、より具体的には、周波数衝突を避けるために２つのゲート・タイプを組み合わせる超伝導量子コンピュータに関する。

【背景技術】

【0002】

量子計算は、量子ビット（本明細書では全体にわたってキュービットと呼ばれる）の信頼性のある制御に基づく。量子アルゴリズムを実現するために必要な基本的な動作は、単一キュービット動作のセット、および２つの別個の量子ビットの間の相関を確立する２キュービット動作である。高忠実度２キュービット動作の実現は、量子計算に対して誤り閾値に到達するため、および信頼性のある量子シミュレーションに到達するための両方に望ましくなり得る。

【0003】

現在、超伝導キュービットに対して、単一キュービット・ゲートはマイクロ波制御を用いて実装される。可変周波数キュービットに基づくゲート、マイクロ波駆動キュービットに基づくゲート（例えば、交差共鳴、フリック・フォーク、ベル・ラビ、ＭＡＰ、側波帯遷移）、および幾何学的位相に基づくゲート（例えば、共振器誘起位相ゲート、ホロノミック・ゲート）の、３つの主要なタイプの２キュービット・ゲートが存在する。

【0004】

可変周波数キュービットに基づくゲートに対しては、共振相互作用を活動化するように、キュービット自体が周波数において調整される。これらのゲートは、本質的にゼロ結合を有する「オフ」位置と、キュービットが強い２キュービット相互作用を有するときの「オン」位置との、本質的に２つの動作点を有する。これらのゲートは非常に良好なオン・オフ比を有するが、キュービットは外部的に印加された磁束を通じて可変となるので、それらは、キュービットのコヒーレンスを数マイクロ秒に制限する１／ｆノイズによって、制限され得る。

【0005】

マイクロ波駆動キュービットに基づくゲートに対しては、キュービットは、それらが磁束ノイズの影響を受けないように、周波数において固定となるように設計され得る。しかし、ゲートを活動化するためにマイクロ波パルスが必要である。これらのゲートに関連する問題は、それらが低いオン／オフ比を有すること、および不要な相互作用を活動化せずに関心のあるゲートに対応することが非常に難しいことである。

【0006】

幾何学的位相に基づくゲートは、それの状態空間における量子状態の経路と、それの偏位に関連付けられた取得された量子位相とに基づく。断熱的幾何学的ゲートは、いくつかのタイプのノイズに対して強靱であるが、一般に遅く、断熱に対する制御を必要とする。非断熱的ゲートは、それらの断熱的な等価物のノイズに対する回復力を潜在的に共有する。

【0007】

超伝導ジョセフソン接合キュービットは、量子コンピュータを構築するために有望な技術である。トランズモン・タイプの超伝導キュービットは、キュービットの間、およびキュービットと伝送線路またはバスとの間の結合を依然として可能にしながら、トランズモン（伝送路分流プラズマ振動）キュービットが低減された電荷ノイズ感受性で動作することを可能にする、比較的高いジョセフソン・エネルギーと帯電エネルギーとの比において動作される。これは、固定周波数マイクロ波共振器を通じた最も近い隣接相互作用（例えば２次元格子における）を有する２Ｄ配置において、トランズモン・キュービットが結合されることを可能にする。固定周波数トランズモン・キュービット（単一接合トランズモン）は、高度にコヒーレントである（すなわち、本質的に単一の共振周波数を有する）。従って、キュービットの間の相互作用を可能にする必要がある。キュービットの間の交差共鳴（ＣＲ：Ｃｒｏｓｓ－Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）相互作用は、キュービットを結合するために用いられ得る。交差共鳴において、キュービットは、キュービットの間の相互作用を確立するために、隣接したキュービットの周波数におけるマイクロ波トーンを用いて駆動される。複数のキュービットの間のＣＲ相互作用を可能にするために、キュービットは周波数において比較的密に間隔が置かれる（例えば２００ＭＨｚ未満）。しかし、これはキュービットの間の周波数衝突問題およびクロストークに繋がる。

【0008】

将来の量子コンピュータは多数のキュービット（数百から数千、またはそれ以上）を用い得るので、キュービットの間の周波数衝突またはクロストークを制限することが望ましくなり得る。ＣＲは隣接したキュービットの間の結合を可能にするという利点をもたらし得るが、ＣＲはさらに遠く離れて位置するキュービットの間の結合を確立するためには十分となり得ない。従って、キュービットを結合するためにＣＲを用いるときに、周波数衝突問題およびクロストークを解決する解決策の必要性が残る。

【発明の概要】

【0009】

本発明の一態様は、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、第２の共振周波数は第１の共振周波数とは異なる、第１の複数のキュービットおよび第２のキュービットを含む量子コンピューティング・デバイスをもたらすことである。この量子コンピューティング・デバイスはまた、第１の複数のキュービットを結合するように構成された第１の固定周波数バスであって、第１の複数のキュービットは、第１の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、第１の固定周波数バスを含む。この量子コンピューティング・デバイスは、第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを、第２のキュービットに結合するように構成された、第１の可変周波数バスをさらに含む。

【0010】

一実施形態において、この量子コンピューティング・デバイスは、第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービットと、第２の複数のキュービットを結合するように構成された第２の固定周波数バスであって、第２の複数のキュービットは、第２の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、第２の固定周波数バスとをさらに含む。一実施形態において、第１の複数のキュービットは、第１の行または第１の列のうちの１つに配置され、第１の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成され、第２の複数のキュービットは、第２の行または第２の列のうちの１つに配置され、第２の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される。

【0011】

一実施形態において、この量子コンピューティング・デバイスは、第１の共振周波数を有する第３の複数のキュービットであって、第３の複数のキュービットは、第３の行または第３の列のうちの１つに配置される、第３の複数のキュービットと、第３の複数のキュービットを結合するように構成された第３の固定周波数バスであって、第３の複数のキュービットは、第３の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、第３の固定周波数バスとをさらに含む。

【0012】

一実施形態において、第１の行または第１の列に配置された第１の複数のキュービットは、第１の可変周波数バスを通じて、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービットと相互作用するように構成され、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービットは、第１の可変周波数バスを通じて、第３の行または第３の列に配置された第３の複数のキュービットと相互作用するように構成される。一実施形態において、第２の複数のキュービットは、第１の複数のキュービットと第３の複数のキュービットとの間の交差共鳴相互作用を防止するように、第１の複数のキュービットと第３の複数のキュービットとの間に配置される。

【0013】

一実施形態において、この量子コンピューティング・デバイスは、第３の共振周波数を有する第３の複数のキュービットであって、第３の複数のキュービットは、第３の行または第３の列のうちの１つに配置され、第３の共振周波数は、第１の共振周波数とは異なり、第２の共振周波数とは異なる、第３の複数のキュービットと、第３の複数のキュービットを結合するように構成された第３の固定周波数バスであって、第３の複数のキュービットは、第３の固定周波数バスを通して、交差共鳴を通じて相互作用するように構成される、第３の固定周波数バスと、第３の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを、第２の複数のキュービットに結合するように構成された第２の可変周波数バスとをさらに含む。

【0014】

一実施形態において、第１の行または第１の列に配置された第１の複数のキュービットは、第１の可変周波数バスを通じて、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービットと相互作用するように構成され、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービットは、第２の可変周波数バスを通じて、第３の行または第３の列に配置された第３の複数のキュービットと相互作用するように構成される。

【0015】

本発明の別の態様は、別の量子コンピューティング・デバイスをもたらすことである。この量子コンピューティング・デバイスは、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービットおよび第２の共振周波数を有する第２のキュービットであって、第２の共振周波数は、第１の共振周波数とは異なる、第１の複数のキュービットおよび第２のキュービットを含む。この量子コンピューティング・デバイスは、第１の複数のキュービットを、第２のキュービットに結合するように構成された第１の可変周波数バスをさらに含む。

【0016】

一実施形態において、第１の複数のキュービットは、交差共鳴を通じて、第１の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成される。一実施形態において、第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つ、および第２のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通して相互作用するように構成される。

【0017】

一実施形態において、第１の複数のキュービットは３つのキュービットを備え、３つのキュービットは、交差共鳴を通じて、第１の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成され、第２のキュービットは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、第１の可変周波数バスを通して３つのキュービットと相互作用するように構成される。

【0018】

一実施形態において、この量子コンピューティング・デバイスは、第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット、および第１の共振周波数を有する第３のキュービットと、第３のキュービットを、第２の複数のキュービットに結合するように構成された、第２の可変周波数バスとをさらに含む。一実施形態において、第２の複数のキュービットは、交差共鳴を通じて、第２の可変周波数バスを通して互いに相互作用するように構成される。一実施形態において、第３のキュービットは、第１の複数のキュービットと交差共鳴を通じて相互作用することが防止される。

【0019】

一実施形態において、この量子コンピューティング・デバイスは、第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット、および第３の共振周波数を有する第３のキュービットであって、第３の共振周波数は、第１の共振周波数および第２の共振周波数とは異なる、第２の複数のキュービットおよび第３のキュービットと、第３のキュービットを第２の複数のキュービットに結合するように構成された、第２の可変周波数バスとをさらに含む。

【0020】

本発明の別の態様は、量子コンピューティング・デバイスを作り出す方法をもたらすことである。この方法は、キュービット・チップ上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット、および第２の共振周波数を有する第２のキュービットを作り出すことであって、第２の周波数は第１の周波数とは異なる、第１の複数のキュービットおよび第２のキュービットを作り出すことと、交差共鳴を通じて第１の複数のキュービットの間の相互作用を可能にするように、キュービット・チップ上に第１の固定周波数バスを作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の固定周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つと、第１の可変周波数バスを用いて、第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを第２のキュービットに結合することを可能にするように、キュービット・チップ上に第１の可変周波数バスを作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の可変周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つとを含む。

【0021】

本発明のさらに別の態様は、量子コンピューティング・デバイスを作り出す方法をもたらすことである。この方法は、キュービット・チップ上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット、および第２の共振周波数を有する第２のキュービットを作り出すことであって、第２の周波数は第１の周波数とは異なる、第１の複数のキュービットおよび第２のキュービットを作り出すことと、第１の可変周波数バスを用いて、第１の複数のキュービットのうちの少なくとも１つを第２のキュービットに結合することを可能にするように、キュービット・チップ上に第１の可変周波数バスを作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の可変周波数バスを備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つとを含む。

【0022】

キュービットの周波数は、用いられているキュービットの２つの状態の間、例えば基底状態と第１の励起状態との間の遷移エネルギーに対応する。キュービットは、動作条件のもとでキュービットが近似的に２量子状態構造体となるように、分離されたエネルギー準位を形成するようにエネルギーにおいて十分に分離された、またはいかなる追加の量子状態からも減結合されたあるいはその両方である、２つの量子状態（例えば、基底状態と第１の励起状態）を有する。２つの状態の間の遷移エネルギーは、キュービットの共振周波数を定義する。いくつかのキュービットに対して、遷移エネルギーは、例えば、磁界を印加することによって修正され得る。

【0023】

本明細書で用いられるような、キュービットの「共振周波数」という用語は、キュービットの２つのエネルギー準位（例えば、基底状態エネルギー準位と励起状態エネルギー準位）の間のエネルギー分離と共振する周波数に対応する。共振周波数は、１つのエネルギー準位から別のエネルギー準位へのエネルギー遷移を定義する。キュービットの各「エネルギー準位」は、エネルギーまたは周波数の比較的より狭い帯域幅内で定義されたエネルギー準位に対応する。本明細書では「より狭い」という用語は、帯域幅が、キュービットのエネルギー状態の間の遷移エネルギーよりも小さいことを意味するように用いられる。例えば、同じ共振周波数を有することを目的として複数のキュービットを作り出すことは、実際には結果として共振周波数において小さな差を有するが、依然として同じ帯域幅内にあるキュービットを生じ得る。

【0024】

本開示、ならびに構造の関連する要素および諸部分の組合せの動作の方法および機能、ならびに製造の経済性は、それらのすべてが本明細書の一部となる添付の図面を参照した以下の説明および添付の「特許請求の範囲」を考察することにより、より明らかになり、類似の参照番号は様々な図において対応する部分を示す。しかし、図面は例示および説明のためのみであり、本発明の限定を定義するものではないことが明確に理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態による、複数のキュービットを有する量子コンピューティング・デバイスの概略図である。

【図2A】本発明の一実施形態による、第１の固定周波数バス（ＣＲバス）を通じて相互作用する２つのキュービットを含んだ量子回路の概略図である。

【図2B】本発明の一実施形態による、第１の可変周波数バスを通じて相互作用する２つのキュービットを含んだ量子回路の概略図である。

【図3】本発明の別の実施形態による、複数のキュービットを有する量子コンピューティング・デバイスの概略図である。

【図4A】本発明の一実施形態による、第１の可変周波数バスを通じて相互作用する４つのキュービットを含んだ量子回路の概略図である。

【図4B】本発明の実施形態による、第１の可変周波数バスを通じて相互作用する４つのキュービットの概略図である。

【図4C】本開示の一実施形態による、４つのキュービットと、可変周波数バスとを含んだチップ上の量子コンピューティング・デバイスのイメージ図である。

【図5A】本発明の一実施形態による、４つのキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の第１の励起エネルギー準位を示すエネルギー図である。

【図5B】本発明の一実施形態による、４つのキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の第１の励起エネルギー準位のエネルギーまたは周波数のグラフである。

【図6】本発明の一実施形態による、時間に対する、可変バスを変調する周波数の関数とした、キュービットＱ_３における集団のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１は、本発明の一実施形態による、複数のキュービットを有する量子コンピューティング・デバイスの概略図である。量子コンピューティング・デバイス１０は、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット１２を含む。量子コンピューティング・デバイス１０は、第２の共振周波数を有する第２のキュービットまたは第２の複数のキュービット１４をさらに含む。第２の共振周波数は、第１の共振周波数とは異なる。例えば、第２のキュービットまたは第２の複数のキュービットの第２の共振周波数は、第１の複数のキュービットの第１の共振周波数よりも比較的高いとし得る。例えば、第１の複数のキュービットは、４．８～５．０ＧＨｚの範囲内の第１の共振周波数を有することができ、第２のキュービットは、５．６～５．８ＧＨｚの範囲内の第２の共振周波数を有することができる。

【0027】

４つの第１のキュービットが図１に示されるが、理解されなければならないように、２つ以上のキュービットが用いられ得る。同様に、４つの第２のキュービットが図１に示されるが、理解されなければならないように、１つまたは２つ以上の第２のキュービットが用いられ得る。しかし、実際の実装形態では、２つより多い第１のキュービットおよび２つより多い第２のキュービットがしばしば用いられる。

【0028】

図１に示されるように、量子コンピューティング・デバイス１０は、第１の複数のキュービット１２を結合するように構成された、第１の固定周波数バス１６（破線として示される）をさらに含む。第１の複数のキュービット１２は、第１の固定周波数バス１６を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。量子コンピューティング・デバイス１０は、第１の複数のキュービット１２のうちの少なくとも１つを第２のキュービット１４に結合するように構成された、第１の可変周波数バス１８をさらに含む。一実施形態において、第１の可変周波数バス１８は、第１の複数のキュービット１２（例えば図１に示されるように４つの）を、第２の複数のキュービット１４（例えば図１に示されるように４つの）に結合するように構成される。一実施形態において、第１の可変周波数バス１８は、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通して、第１の複数のキュービット１２のうちの少なくとも１つと、第２のキュービット１４とを結合するように構成される。一実施形態において、第１の可変周波数バス１８は、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通して、第１の複数のキュービット１２と、第２の複数のキュービット１４とを結合するように構成される。

【0029】

一実施形態において、量子コンピューティング・デバイス１０は、第２の複数のキュービット１４を結合するように構成された、第２の固定周波数バス１７をさらに含む。第２の複数のキュービット１４は、第２の固定周波数バス１７を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。

【0030】

図２Ａは、本発明の一実施形態による、第１の固定周波数バス（ＣＲバス）を通じて相互作用する２つのキュービットを含んだ量子回路の概略図である。図２Ａに示されるように、第１の複数のキュービット１２内の第１のキュービットＱ_１と、第１の複数のキュービット１２内の第２のキュービットＱ_２とは、第１の固定周波数バス１６（ＣＲバス）を通じて相互作用する。一実施形態において、第１の固定周波数バス１６は、キュービットＱ_１をキュービットＱ_２に接続するマイクロ波伝送線路である。同様に、図２Ａに示されないが、第２の複数のキュービット１４内の第１のキュービットＱ_１と、第２の複数のキュービット１４内の第２のキュービットＱ_２とは、第２の固定周波数バス（ＣＲバス）１７を通じて相互作用する。一実施形態において、第２の固定周波数バス１７は、キュービットＱ_１をキュービットＱ_２に接続するマイクロ波伝送線路である。キュービットＱ_１およびＱ_２において、縦線「｜｜」はキャパシタンスに対応し、「Ｘ」記号はジョセフソン接合に対応する。キュービットは、単一のジョセフソン接合（ＪＪ）と、単一のキャパシタンスとを有することが示されるが、任意の数のジョセフソン接合と、任意の数のキャパシタンスとが用いられ得る。加えて、キュービットＱ_１およびＱ_２と、第１の固定周波数バス１６（ＣＲバス）または第２の固定周波数バス１７（ＣＲバス）あるいはその両方との回路には、他の要素も含められ得る。

【0031】

図２Ｂは、本発明の一実施形態による、第１の可変周波数バス１８を通じて相互作用する２つのキュービットを含んだ量子回路の概略図である。図２Ｂに示されるように、第１の複数のキュービット１２内の第１のキュービットＱ_１と、第２の複数のキュービット１４内の第２のキュービットＱ_２とは、第１の可変周波数バス１８を通じて（例えばパラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて）相互作用する。一実施形態において、図２Ｂに示されるように、第１の可変周波数バス１８は、伝送線路を通じてキュービットＱ_１をキュービットＱ_２に接続するゲート（例えばパラメトリックｉＳＷＡＰゲート）「Ｇ」を含む。ゲート「Ｇ」は、磁界「Ｂ」を印加することによって活動化される。図２Ａと同様に、キュービットＱ_１およびＱ_２において、縦線「｜｜」はキャパシタンスに対応し、「Ｘ」記号はジョセフソン接合に対応する。キュービットＱ_１およびＱ_２は、単一のジョセフソン接合と、単一のキャパシタンスとを有することが示されるが、任意の数のジョセフソン接合と、任意の数のキャパシタンスとが用いられ得る。加えて、キュービットＱ_１およびＱ_２の回路には他の要素も含められ得る。加えて、第１の可変周波数バス１８は、２つのジョセフソン接合を用いたゲート「Ｇ」（例えばパラメトリックｉＳＷＡＰゲート）を有することが示されるが、理解され得るように、別の数のジョセフソン接合を用いる他のタイプのゲートが用いられ得る。一実施形態において、第１の可変周波数バス１８は、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｑｕａｎｔｕｍｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｅｖｉｃｅ）を含む。パラメトリックｉＳＷＡＰゲートという用語は、超伝導量子コンピューティング技術において、虚数「ｉ」を通して位相行列における交換を行うゲートであるとして理解される。

【0032】

図１に示されるように、第１の複数のキュービット１２は列に配置される。しかし、第１の複数のキュービット１２はまた、第１の行に配置され得る。第１の複数のキュービット１２は、第１の固定周波数バス１６を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。また図１に示されるように、第２の複数のキュービット１４は、第２の列に配置される。しかし、第２の複数のキュービット１４はまた、第２の行に配置され得る。第２の複数のキュービット１４は、第２の固定周波数バス１７を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。

【0033】

また図１に示されるように、一実施形態において、量子コンピューティング・デバイス１０はまた、第１の複数のキュービット１２と同様な第１の共振周波数を有する第３の複数のキュービット１３を含む。図１に示されるように、第３の複数のキュービット１３は、第３の列に配置される。しかし、第３の複数のキュービット１３はまた、第３の行に配置され得る。量子コンピューティング・デバイスは、第３の複数のキュービット１３を結合するように構成された、第３の固定周波数バス１９をさらに含む。第３の複数のキュービット１３は、第３の固定周波数バス１９を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。

【0034】

また図１に示されるように、一実施形態において、量子コンピューティング・デバイス１０はまた、第２の複数のキュービット１４と同様な第２の共振周波数を有する第４の複数のキュービット１５を含む。図１に示されるように、第４の複数のキュービット１５は、第４の列に配置される。しかし、第４の複数のキュービット１５はまた、第４の行に配置され得る。量子コンピューティング・デバイス１０は、第４の複数のキュービット１５を結合するように構成された第４の固定周波数バス２１をさらに含む。第４の複数のキュービット１５は、第４の固定周波数バス２１を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。

【0035】

一実施形態において、第１の行または第１の列に配置された第１の複数のキュービット１２は、第１の可変周波数バス１８を通じて、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービット１４と相互作用するように構成される。一実施形態において、第２の行または第２の列に配置された第２の複数のキュービット１４は、第１の可変周波数バス１８を通じて、第３の行または第３の列に配置された第３の複数のキュービット１３と相互作用するように構成される。一実施形態において、第３の行または第３の列に配置された第３の複数のキュービット１３は、第１の可変周波数バス１８を通じて、第４の行または第４の列に配置された第４の複数のキュービット１５と相互作用するように構成される。

【0036】

一実施形態において、第２の複数のキュービット１４は、第１の複数のキュービット１２と、第３の複数のキュービット１３との間の交差共鳴相互作用を防止し、従って周波数衝突およびクロストークを実質的に低減するまたは取り除くように、第１の複数のキュービット１２と、第３の複数のキュービット１３との間に配置される。同様に、第３の複数のキュービット１３は、第２の複数のキュービット１４と、第４の複数のキュービット１５との間の交差共鳴相互作用を防止し、従って周波数衝突およびクロストークを実質的に低減するまたは取り除くように、第２の複数のキュービット１４と、第４の複数のキュービット１５との間に配置される。

【0037】

一実施形態において、第３の複数のキュービット１３は、第３の共振周波数を有する。第３の複数のキュービット１３は、図１に示されるように、第３の列に配置される。しかし、第３の複数のキュービット１３はまた、第３の行に配置され得る。しかし、この実施形態において、第３の共振周波数は、第１の複数のキュービット１２の第１の共振周波数とは異なり、第２の複数のキュービット１４の第２の共振周波数とは異なる。一実施形態において、第３の固定周波数バス１９は、第３の複数のキュービット１３を結合するように構成される。第３の複数のキュービット１３は、第３の固定周波数バス１９を通して、交差共鳴（ＣＲ）を通じて相互作用するように構成される。一実施形態において、量子コンピューティング・デバイスは、第３の複数のキュービット１３のうちの少なくとも１つを、第２の複数のキュービット１４に結合するように構成された第２の可変周波数バス２２を含む。

【0038】

【0039】

一実施形態において、第１、第２、第３、または第４の複数のキュービットあるいはその組合せは、トランズモン・キュービットとすることができる。

【0040】

図３は、本発明の別の実施形態による、複数のキュービットを有する量子コンピューティング・デバイスの概略図である。量子コンピューティング・デバイス３０は、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット３２と、第２の共振周波数を有する第２のキュービット３４とを含む。第２の共振周波数は、第１の共振周波数とは異なる。一実施形態において、例えば、第２の周波数は第１の周波数よりも高い。一実施形態において、例えば第２の周波数は４．８～５．０ＧＨｚの範囲内とすることができ、第１の周波数は５．６～５．８ＧＨｚの範囲内とすることができる。量子コンピューティング・デバイスは、第１の複数のキュービット３２を第２のキュービット３４に結合するように構成された第１の可変周波数バス３６をさらに含む。

【0041】

一実施形態において、第１の複数のキュービット３２は、交差共鳴（ＣＲ）を通じて、第１の可変周波数バス３６を通して互いに相互作用するように構成される。

【0042】

図４Ａは、本発明の一実施形態による、第１の可変周波数バス３６を通じて相互作用する４つのキュービットを含んだ量子回路の概略図を示す。図４Ｂは、本発明の実施形態による、第１の可変周波数バス３６を通じて相互作用する４つのキュービットの概略図を示す。図４Ｃは、本開示の一実施形態による、４つのキュービットと、可変周波数バスとを含んだチップ上の量子コンピューティング・デバイスのイメージ図である。図４Ａに示されるように、第１の複数のキュービット３２のキュービットＱ_１、Ｑ_２、およびＱ_４は、第１の可変周波数バス３６を通じて（例えば、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて）、互いに、および第２のキュービット３４に対応するキュービットＱ_３と相互作用する。

【0043】

一実施形態において、図４Ａに示されるように、第１の可変周波数バス３６は、量子ゲート「Ｇ」に接続された伝送線路を用いてキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４を接続するゲート（例えば、パラメトリックｉＳＷＡＰゲート）「Ｇ」を含む。ゲート「Ｇ」は、磁界「Ｂ」を印加することによって活動化される。キュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４において、縦線「｜｜」はキャパシタンスに対応し、「Ｘ」記号はジョセフソン接合に対応する。キュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４は、単一のジョセフソン接合と、単一のキャパシタンスとを有することが示されるが、任意の数のジョセフソン接合と、任意の数のキャパシタンスとが用いられ得る。加えて、キュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の回路には他の要素も含められ得る。加えて、第１の可変周波数バス３６は、２つのジョセフソン接合を用いたゲート「Ｇ」（例えば、パラメトリックｉＳＷＡＰゲート）を有することが示されるが、理解され得るように、別の数のジョセフソン接合を用いる他のタイプのゲートが用いられ得る。一実施形態において、第１の可変周波数バス３６は、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を含む。従って、一実施形態において、第１の複数のキュービット３２、および第２のキュービット３４は、（パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて）第１の可変周波数バス３６と相互作用するように構成される。

【0044】

一実施形態において、図３、図４Ａ、および図４Ｂに示されるように、第１の複数のキュービット３２は、３つのキュービット（例えば、Ｑ_１、Ｑ_２、およびＱ_４）を備える。３つのキュービット３２（Ｑ_１、Ｑ_２、およびＱ_４）は、交差共鳴（ＣＲ）を通じて、第１の可変周波数バス３６を通して互いに相互作用するように構成される。第２のキュービット３４（Ｑ_３）は、（パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて）第１の可変周波数バス３６を通して３つのキュービット３２（Ｑ_１、Ｑ_２、およびＱ_４）と相互作用するように構成される。

【0045】

図５Ａは、本発明の一実施形態による、４つのキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の第１の励起エネルギー準位を示すエネルギー図である。キュービットＱ_１の第１の励起エネルギー準位は｜０００１＞として示され、キュービットＱ_２の第１の励起エネルギー準位は｜００１０＞として示され、キュービットＱ_４の第１の励起エネルギー準位は｜１０００＞として示され、キュービットＱ_３の第１の励起エネルギー準位は｜０１００＞として示される。各励起エネルギー状態の上に示される周波数は、基底状態（ゼロに等しいエネルギーまたは周波数）と、第１の励起エネルギー準位との間の遷移エネルギー（または周波数）に対応し、それぞれＱ_１に対して４．６０５ＧＨｚ、Ｑ_２に対して４．６８５ＧＨｚ、Ｑ_４に対して４．７２７、およびＱ_３に対して５．４７８である。図５Ａに示されるように、キュービットＱ_１、Ｑ_２、およびＱ_４の励起エネルギー準位｜０００１＞、｜００１０＞、および｜１０００＞は、それぞれ、８０ＭＨｚの｜０００１＞と｜００１０＞との間、４２ＭＨｚの｜００１０＞と｜１０００＞との間、および１２２ＭＨｚの｜０００１＞と｜１０００＞との間のエネルギーの差を有して互いに近い。これは、キュービットＱ_１、Ｑ_２、およびＱ_４がＣＲを通じて相互作用することを可能にする。一方、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_１のエネルギー準位｜０００１＞との間、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_２のエネルギー準位｜００１０＞との間、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_４のエネルギー準位｜１０００＞との間のエネルギーの差は、それぞれ、８７３ＭＨｚ、７９３ＭＨｚ、および７５１ＭＨｚであり、これらは８０ＭＨｚ、４２ＭＨｚ、および１２２ＭＨｚのいずれよりも大きい。結果として、この場合においてキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_４と、Ｑ_３との間の相互作用は、第１の可変周波数バス３６によって（例えばパラメトリックｉＳＷＡＰゲートを用いて）可能になる。本発明者らは、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを用いて可変周波数バスに結合された４つのキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４を有する量子コンピューティング・デバイスを実装した。本発明者は、様々なキュービットの間の相互作用の実装の成功を示す結果を報告した。本発明者らは結果をグラフ化した。

【0046】

図６は、本発明の一実施形態による、時間に対する、可変バスを変調する周波数の関数とした、キュービットＱ_３における集団のグラフである。キュービットＱ_３における集団が減少する領域は、励起エネルギー準位の間の周波数（エネルギー）の差に対応する。グラフは、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_１のエネルギー準位｜０００１＞との間、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_２のエネルギー準位｜００１０＞との間、およびキュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞とキュービットＱ_４のエネルギー準位｜１０００＞との間のエネルギー（または周波数）の差を示し、それぞれ、８７３ＭＨｚ、７９３ＭＨｚ、および７５１ＭＨｚである。グラフは、相互作用が少なくとも５μｓの時間フレームにわたって安定であり、相互作用のための通常の時間スケール（約１μｓ未満）を与えることを示す。

【0047】

図５Ｂは、本発明の一実施形態による、４つのキュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の第１の励起エネルギー準位のエネルギーまたは周波数差のグラフである。約２００ＭＨｚより低いグラフ内の３つ下側の横線は、キュービットＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、およびＱ_４の３つの状態｜０００１＞、｜００１０＞、および｜１０００＞の間の遷移に対応する。これら３つは、エネルギーまたは周波数の比較的より狭い帯域幅内に位置する。本明細書では「より狭い」という用語は、帯域幅（この場合は約１２２ＭＨｚ）が、３つのキュービットのそれぞれと、第４のキュービットとのエネルギー状態の間のエネルギーの差（おおよそ８００ＭＨｚ）よりも小さいことを意味するように用いられる。約７５０ＭＨｚと約９００ＭＨｚとの間にあるグラフ内の３つの上側の横線は、キュービットＱ_３の励起エネルギー準位｜０１００＞を含む励起マニホールドに対応する。キュービット空間の中から外への遷移（例えば、状態｜１００１＞と、状態｜０００２＞との間の遷移）は、グラフ内の下側の横線と上側の横線との間にある。このグラフは、同様な周波数のキュービットの間の遷移がキュービット部分空間から外への遷移と同じ帯域幅内であるので、可変バス相互作用はそれだけでは十分でないことを実証している。

【0048】

図３に戻ると、量子コンピューティング・デバイス３０は、第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット３８と、第１の共振周波数を有する第３のキュービット４０とをさらに含む。量子コンピューティング・デバイス３０は、第３のキュービット４０を第２の複数のキュービット３８に結合するように構成された、第２の可変周波数バス４２をさらに含む。一実施形態において、第２の複数のキュービット３８は、第２のキュービット３４を含む。

【0049】

一実施形態において、第２の複数のキュービット３８は、交差共鳴（ＣＲ）を通じて、第２の可変周波数バス４２を通して互いに相互作用するように構成される。一実施形態において、第３のキュービット４０および第２の複数のキュービット３８は、（パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて）第２の可変周波数バス４２を通して相互作用するように構成される。一実施形態において、第３のキュービット４０は、第１の複数のキュービット３２と交差共鳴を通じて相互作用することが防止される。

【0050】

一実施形態において、量子コンピューティング・デバイス３０は、第２の共振周波数を有する第２の複数のキュービット３８と、第３の共振周波数を有する第３のキュービット４０とをさらに含む。この実施形態において、第３の共振周波数は、第１の複数のキュービット３２の第１の共振周波数とは、および第２の複数のキュービット３８の第２の共振周波数とは異なる。第２の可変周波数バス４２は、第３のキュービット４０を第２の複数のキュービット３８に結合するように構成される。一実施形態において、第２の複数のキュービット３８は、交差共鳴（ＣＲ）を通じて、第２の可変周波数バス４２を通して互いに相互作用するように構成される。一実施形態において、第３のキュービット４０および第２の複数のキュービット３８は、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、第２の可変周波数バス４２を通して相互作用するように構成される。

【0051】

一実施形態において、第２の複数のキュービット３８は３つのキュービットを備える。３つのキュービットは、交差共鳴（ＣＲ）を通じて、第２の可変周波数バス４２を通して互いに相互作用するように構成され、第３のキュービット４０は、パラメトリックｉＳＷＡＰゲートを通じて、第２の可変周波数バス４２を通して３つのキュービット３８と相互作用するように構成される。

【0052】

また、上記の段落から理解され得るように、本発明の一実施形態による、量子コンピューティング・デバイス（例えば量子コンピューティング・デバイス１０）を作り出す方法がもたらされる。方法は、キュービット・チップ（例えば図４Ｃに示されるように）上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット１２と、第２の共振周波数を有する第２のキュービット１４とを作り出すことを含む。第２の周波数は、第１の周波数とは異なる。方法は、交差共鳴（ＣＲ）を通じて第１の複数のキュービット１２の間の相互作用を可能にするように、キュービット・チップ上に第１の固定周波数バス１６を作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の固定周波数バス１６を備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つをさらに含む。方法はまた、第１の可変周波数バス１８を用いて、第１の複数のキュービット１２のうちの少なくとも１つを第２のキュービット１４に結合することを可能にするように、キュービット・チップ上に第１の可変周波数バス１８を作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の可変周波数バス１８を備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つを含む。

【0053】

上記の段落から理解され得るように、本発明の一実施形態による、量子コンピューティング・デバイス（例えば量子コンピューティング・デバイス３０）を作り出す方法がさらにもたらされる。方法は、キュービット・チップ（例えば図４Ｃに示されるキュービット・チップ）上に、第１の共振周波数を有する第１の複数のキュービット３２と、第２の共振周波数を有する第２のキュービット３４とを作り出すことを含む。第２の周波数は、第１の周波数とは異なる。方法はまた、第１の可変周波数バス３６を用いて、第１の複数のキュービット３２のうちの少なくとも１つを第２のキュービット３４に結合することを可能にするように、キュービット・チップ上に第１の可変周波数バス３６を作り出すこと、またはキュービット・チップを、第１の可変周波数バス３６を備えたチップに取り付けることのうちの少なくとも１つを含む。

【0054】

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、米国陸軍研究所（ＡＲＯ）によって授与された、政府支援契約Ｗ９１１ＮＦ－１４－１－０１２４によってなされた。米国政府は本発明に対する一定の権利を有する。

【0055】

本発明の様々な実施形態の説明は、例示のために提示されたが、網羅的であること、または開示される実施形態に限定されることを意図するものではない。述べられる実施形態の範囲および思想から逸脱せずに、当業者には多くの修正形態および変形形態が明らかになるであろう。本明細書で用いられる専門用語は、実施形態の原理、実用的な応用例、または市場で見出される技術に対する技術的改良を、最もよく説明するために、または当業者が本明細書で開示される実施形態を理解することを可能にするように選ばれている。

【図1】