特許 7513355 希釈冷凍機内で低周波のマイクロ波信号を使用する超伝導量子ビットの測定方式

(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】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】希釈冷凍機内で低周波のマイクロ波信号を使用する超伝導量子ビットの測定方式

(51)【国際特許分類】

   H03D 7/00 20060101AFI20240702BHJP

   H10N 60/10 20230101ALI20240702BHJP

   G06N 10/00 20220101ALI20240702BHJP

   H03M 1/12 20060101ALI20240702BHJP

   H03F 19/00 20060101ALI20240702BHJP

   G06F 7/38 20060101ALI20240702BHJP

   H03K 19/195 20060101ALN20240702BHJP

【ＦＩ】

H03D7/00 E

H10N60/10 K

G06N10/00

H03M1/12 A

H03F19/00

G06F7/38 510

G06F7/38 610

H03K19/195

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2021552612

(86)(22)【出願日】2020-03-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-15

(86)【国際出願番号】 EP2020057989

(87)【国際公開番号】W WO2020212092

(87)【国際公開日】2020-10-22

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】16/387,789

(32)【優先日】2019-04-18

(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】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(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】アブド、バレーフ

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９１６４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０９３２７１９０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４２９６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１１９３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】N T Bronn et al，Fast, high-fidelity readout multiple qubits，JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES，2017年，Vol. 834

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ１８／００－１８／４０

Ｇ０６Ｎ３／００－９９／００

Ｈ０３Ｄ７／００－９／０６

Ｈ０３Ｆ５／００

Ｈ０３Ｆ９／００－９９／００

Ｈ０３Ｍ１／００－１／８８

Ｈ１０Ｎ６０／００－６９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子プロセッサに関連する量子ビット測定を提供するために、量子ビットの読み出しに関連付けられたマイクロ波信号の周波数を減らすこと、および増やすことを実行する量子プロセッサ用の希釈冷凍機システムであって、
前記希釈冷凍機システムが、
量子プロセッサによって生成された量子情報に関連付けられた第１のマイクロ波信号を第２のマイクロ波信号に変換する第１のジョセフソン・ミキサー回路
を備えており、ここで、前記第２のマイクロ波信号は、前記量子プロセッサに関連する量子ビット測定を得る為に量子ビットの読み出しの為に使用され、前記第２のマイクロ波信号は前記第１のマイクロ波信号に関連付けられた第１の周波数と異なる周波数（以下、第２の周波数とする）を有する、
ここで、前記第１のジョセフソン・ミキサー回路が、
前記第１の周波数で共振することができるマイクロ波共振器、
前記第２のマイクロ波信号の前記第２の周波数で共振することができる電気機械共振器である表面音響波共振器、および、
前記マイクロ波共振器若しくは電気機械共振器又はそれらの両方に接続された、前記ジョセフソン・トンネル接合のセットを備えているジョセフソン・リング変調器
を備えている、
前記希釈冷凍機システム。

【請求項2】

前記希釈冷凍機システムが、
ジョセフソンベースのサーキュレータ
をさらに備えており、
ここで、前記ジョセフソンベースのサーキュレータは、
前記第２のマイクロ波信号を前記量子プロセッサに送信すること、ここで、前記第２のマイクロ波信号の一部が前記量子プロセッサに反射され、前記量子プロセッサに関連付けられた量子ビット情報に関連付けられた読み出し出力信号を提供する、
前記読み出し出力信号を第２のジョセフソン・ミキサー回路に送信する
ように構成されている、請求項１に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項3】

前記希釈冷凍機システムが、
前記読み出し出力信号を第３のマイクロ波信号に変換する前記第２のジョセフソン・ミキサー回路
をさらに備えており、ここで、前記第３のマイクロ波信号は前記第２の周波数と異なる第３の周波数を有する、希釈冷凍機システム。
請求項２に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項4】

前記第１の周波数が、前記第２の周波数よりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項5】

前記希釈冷凍機システムが、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を備え、前記ＲＳＦＱ ＡＤＣが、超伝導デバイスに基づいて前記第３のマイクロ波信号をデジタル化し、古典的コンピューティング・システムのためのデジタル信号を生成する、請求項３、又は請求項３を引用する場合の請求項４に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項6】

前記希釈冷凍機システムが、量子限定に近い増幅器を備え、前記量子限定に近い増幅器が、前記第３のマイクロ波信号を増幅して、前記ＲＳＦＱ ＡＤＣによって処理するための、前記第３のマイクロ波信号の増幅されたバージョンを生成する、請求項３、又は請求項３を引用する場合の請求項４～５のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項7】

前記希釈冷凍機システムが、量子限定された増幅器をさらに備え、前記量子限定された増幅器が、前記読み出し出力信号を増幅して、前記第２のジョセフソン・ミキサー回路によって処理するための、前記読み出し出力信号の増幅されたバージョンを生成する、請求項２若しくは３、又は請求項２又は３を引用する場合の請求項４～５のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項8】

前記希釈冷凍機システムが、前記希釈冷凍機システム内の出力チェーンによって前記量子プロセッサにもたらされるノイズを制限するためのジョセフソン・ミキサーのセットを備えているジョセフソンベースのアイソレータをさらに備えている、請求項１～７のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項9】

前記希釈冷凍機システムが、バンドパス・フィルタをさらに備え、前記バンドパス・フィルタが、周波数の帯域に基づいて前記読み出し出力信号をフィルタリングし、前記ジョセフソン・ミキサー回路によって処理するための、前記読み出し出力信号のフィルタリングされたバージョンを生成する、請求項１～８のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項10】

前記希釈冷凍機システムが、ローパス・フィルタをさらに備え、前記ローパス・フィルタが、前記ＲＳＦＱ ＡＤＣによって処理するために、損失を最小限に抑えて前記第３のマイクロ波信号を送信する、請求項３、又は請求項３を引用する場合の請求項４～９のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項11】

前記希釈冷凍機システムが、前記量子プロセッサのコヒーレンスを改善するために、前記希釈冷凍機システムの内部のマイクロ波信号の周波数を増加させること、および前記希釈冷凍機システムの内部の前記マイクロ波信号の前記周波数を減らすことのいずれかを実行する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項12】

前記第１のジョセフソン・ミキサー回路が、前記希釈冷凍機システム内の１０ｍＫ段に取り付けられており、及び／又は、
前記第２のジョセフソン・ミキサー回路が、前記希釈冷凍機システム内の１０ｍＫ段に取り付けられており、及び／又は、
前記高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）が、前記希釈冷凍機システム内の４Ｋ段に取り付けられている、
請求項５、又は請求項５を引用する場合の請求項６～１１のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システムと、
前記第１のマイクロ波信号を生成する電子デバイスを備えている古典的コンピューティング・システムと
を備えている、システム。

【請求項14】

マイクロ波信号を使用して超伝導量子ビットを測定するための極低温マイクロ波システムであって、該極低温マイクロ波システムが、
請求項１～１２のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システム
を備えており、
前記希釈冷凍機システムが、前記量子ビット情報に関連付けられたマイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換し、前記減少した周波数のマイクロ波信号が、前記量子プロセッサに関連付けられた量子ビット周波数および読み出し共振器周波数を下回る周波数を含む、
前記極低温マイクロ波システム。

【請求項15】

前記希釈冷凍機システムの入力伝送線が、マイクロ波信号を減衰させフィルタリングするための減衰器およびローパス・フィルタを備える、請求項１４に記載の極低温マイクロ波システム。

【請求項16】

前記希釈冷凍機システムの出力伝送線が、特定の周波数の信号およびノイズを通さないためのローパス・フィルタを備え、前記出力伝送線が、前記減少した周波数のマイクロ波信号をデジタル化しフィルタリングするためのアナログ／デジタル・コンバータおよびローパス・フィルタを備える、請求項１４または１５に記載の極低温マイクロ波システム。

【請求項17】

前記希釈冷凍機システムが、アナログ／デジタル・コンバータを備え、前記アナログ／デジタル・コンバータが、超伝導デバイスに基づいて前記減少した周波数のマイクロ波信号をデジタル化し、古典的コンピューティング・システムのためのデジタル信号を生成する、請求項１４～１６のいずれか１項に記載の極低温マイクロ波システム。

【請求項18】

前記減少した周波数のマイクロ波信号を採用することによって、前記量子プロセッサの性能を改善する、請求項１４に記載の極低温マイクロ波システム。

【請求項19】

方法であって、
請求項１～１２のいずれか１項に記載の量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムによって、前記希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン・ミキサー回路に基づいて、マイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換することと、
前記希釈冷凍機システムによって、前記減少した周波数のマイクロ波信号を、前記量子プロセッサに関連付けられた量子ビット情報を含んでいるデジタル信号にデジタル化することと、
前記希釈冷凍機システムによって、前記デジタル信号を古典的コンピューティング・システムに送信することと
を含む、前記方法。

【請求項20】

前記希釈冷凍機システムによって、前記マイクロ波信号を前記古典的コンピューティング・システムから受信することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記希釈冷凍機システムによって、前記希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン方向性増幅器を介して前記マイクロ波信号を増幅することをさらに含む、請求項１９または２０に記載の方法。

【請求項22】

前記希釈冷凍機システムによって、前記希釈冷凍機システム内にあるジョセフソンベースのアイソレータを使用して、前記希釈冷凍機システムの出力チェーンに関連付けられたノイズから前記量子プロセッサを保護することをさらに含む、請求項１９～２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

システムであって、
量子プロセッサと、
ジョセフソン・ミキサー回路を介して量子ビット読み出しに関連付けられた第１のマイクロ波信号の周波数を減らして、第２のマイクロ波信号を生成し、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を介して前記第２のマイクロ波信号をデジタル化して、古典的コンピューティング・システムのためのデジタル信号を生成する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の希釈冷凍機システムとを備える、システム。

【請求項24】

前記第２のマイクロ波信号を増幅して、前記ＲＳＦＱ ＡＤＣによって処理するための増幅された前記第２のマイクロ波信号を生成する、量子限定に近い増幅器をさらに備える、請求項２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記第１のマイクロ波信号を増幅して、前記ジョセフソン・ミキサー回路によって処理するための増幅された前記第１のマイクロ波信号を生成する、量子限定された増幅器をさらに備える、請求項２３に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、量子ハードウェアに関し、より詳細には、量子コンピューティングのための超伝導デバイスに関する。

【発明の概要】

【0002】

以下に、本発明の１つまたは複数の実施形態の基本的理解を可能にするための概要を示す。この概要は、主要な要素または重要な要素を特定するよう意図されておらず、特定の実施形態の範囲または特許請求の範囲を正確に説明するよう意図されていない。この概要の唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明のための前置きとして、概念を簡略化された形態で提示することである。本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態では、希釈冷凍機内で低周波のマイクロ波信号を使用する超伝導量子ビットの測定方式を容易にするデバイス、システム、方法、装置、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはその組み合わせが説明される。

【0003】

一実施形態によれば、マイクロ波信号を使用して超伝導量子ビットを測定するための極低温マイクロ波システムは、量子プロセッサ用の希釈冷凍機システムを備えることができる。希釈冷凍機システムは、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン・ミキサー回路に基づいて、量子ビット情報に関連付けられたマイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換することができる。減少した周波数のマイクロ波信号は、量子プロセッサに関連付けられた量子ビット周波数および読み出し共振器周波数を下回る周波数を含むことができる。

【0004】

別の実施形態によれば、システムは、量子プロセッサ用の希釈冷凍機システムを備えることができる。希釈冷凍機システムは、量子プロセッサに関連する量子ビット測定値を提供するために、量子ビットの読み出しに関連付けられたマイクロ波信号の周波数を減らすこと、および増やすことができる。

【0005】

さらに別の実施形態によれば、方法が提供される。この方法は、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムによって、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン・ミキサー回路に基づいて、マイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換することを含むことができる。この方法は、希釈冷凍機システムによって、減少した周波数のマイクロ波信号を、量子プロセッサに関連付けられた量子ビット情報を含んでいるデジタル信号にデジタル化することを含むこともできる。さらに、この方法は、希釈冷凍機システムによって、デジタル信号を古典的コンピューティング・システムに送信することを含むことができる。

【0006】

さらに別の実施形態によれば、システムは、ジョセフソン・ミキサー回路および高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ：rapid single flux quantum）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）を備えることができる。ジョセフソン・ミキサー回路は、量子プロセッサによって生成された量子情報に関連付けられた第１のマイクロ波信号を、第２のマイクロ波信号に変換することができ、第１のマイクロ波信号に関連付けられた第１の周波数は、第２のマイクロ波信号に関連付けられた第２の周波数よりも大きい。ＲＳＦＱ ＡＤＣは、超伝導デバイスに基づいて第２のマイクロ波信号をデジタル化し、古典的コンピューティング・システムのためのデジタル信号を生成することができる。

【0007】

さらに別の実施形態によれば、システムは、量子プロセッサおよび希釈冷凍機システムを備えることができる。希釈冷凍機システムは、ジョセフソン・ミキサー回路を介して、量子ビットの読み出しに関連付けられた第１のマイクロ波信号の周波数を減らし、第２のマイクロ波信号を生成することができる。希釈冷凍機システムは、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を介して第２のマイクロ波信号をデジタル化し、古典的コンピューティング・システムのためのデジタル信号を生成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられた例示的な非限定的システムを示す図である。

【図2】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられた別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図3】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられたさらに別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図4】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられたさらに別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図5】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられたさらに別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図6】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられたさらに別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図7】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機システム、量子プロセッサ、および古典的コンピューティング・システムに関連付けられたさらに別の例示的な非限定的システムを示す図である。

【図8】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、古典的コンピューティング・システムに関連付けられた例示的な非限定的システムを示す図である。

【図9】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、ジョセフソンベースのミキサーに関連付けられた例示的な非限定的システムを示す図である。

【図10】本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、超伝導量子プロセッサ用の改善された希釈冷凍機を提供するための、例示的な非限定的コンピュータ実装方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明は、例にすぎず、実施形態、または実施形態の適用もしくは使用、あるいはその両方を制限するよう意図されていない。さらに、先行する「背景技術」または「発明の概要」のセクション、あるいは「発明を実施するための形態」のセクションで提示された、いずれかの明示されたか、または暗示された情報によって制約されるという意図はない。

【0010】

ここで、図面を参照して１つまたは複数の実施形態が説明され、図面全体を通じて、類似する参照番号が、類似する要素を参照するために使用されている。以下の説明では、説明の目的で、１つまたは複数の実施形態を十分に理解できるように、多数の特定の詳細が示されている。しかし、これらの特定の詳細がなくても、さまざまな事例において、１つまたは複数の実施形態が実践され得るということは明らかである。

【0011】

超伝導体デバイスは、特定の温度を下回ると電気抵抗ゼロになるデバイスであることができる。超伝導デバイスは、例えば、超伝導量子プロセッサの量子ビットとして採用され得る。超伝導量子プロセッサは、例えば、４ギガヘルツ（ＧＨｚ）～１０ＧＨｚの周波数範囲内の１つまたは複数のマイクロ波信号を使用して制御されるか、または測定されるか、あるいはその両方が行われ得る。さらに、超伝導量子プロセッサは、ミリケルビン温度に冷却され得る希釈冷凍機に取り付けられ得る。１つの例では、超伝導量子プロセッサは、希釈冷凍機の基礎段に取り付けられ得る。超伝導量子プロセッサは、例えば、超伝導量子プロセッサを超伝導状態で動作させるために、ミリケルビン温度に冷却され得る。例えば、有効に動作するために、超伝導量子プロセッサの温度は、超伝導量子プロセッサにおいて採用された超伝導材料の臨界温度を下回る必要がある。１つの例では、アルミニウムに基づくジョセフソン接合を採用する超伝導量子プロセッサは、有効に動作するために、アルミニウムの臨界温度（例えば、１．２ケルビン（Ｋ）にほぼ等しい温度）未満に冷却される必要がある。追加的または代替的に、超伝導量子プロセッサは、例えば、超伝導マイクロ波回路のマイクロ波光子励起のエネルギー・レベル未満での超伝導量子プロセッサの超伝導マイクロ波回路における熱ノイズを抑制するために、ミリケルビン温度に冷却され得る。超伝導量子プロセッサのそのような超低温を実現するために、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方が超伝導量子プロセッサに達するのを阻止する必要がある。黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方は、希釈冷凍機の外部から（例えば、室温環境から）、または希釈冷凍機内の高温段（例えば、希釈冷凍機内の４Ｋ段）から、あるいはその両方から生じる可能性がある。通常、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすために、複数の電磁シールドまたは黒体放射シールドあるいはその両方が希釈冷凍機内に組み込まれ得る。追加的または代替的に、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすために、希釈冷凍機の異なる段が熱的に分離され得る。追加的または代替的に、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすために、希釈冷凍機内の入力線（例えば、室温の電子機器から超伝導量子プロセッサにマイクロ波信号を搬送する入力線）は、損失同軸ケーブル、減衰器、またはフィルタ、あるいはその組み合わせを組み込むことができる。追加的または代替的に、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすために、希釈冷凍機内の出力線（例えば、超伝導量子プロセッサから希釈冷凍機の外部の室温の電子機器にマイクロ波信号を搬送する出力線）は、アイソレータ、サーキュレータ、半導体に基づくトランジスタなどの、フィルタまたは方向性デバイスあるいはその両方を組み込むことができる。しかし、希釈冷凍機に関連付けられた超伝導量子プロセッサの黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすことは、通常、大きいハードウェアのオーバーヘッドを必要とする。さらに、希釈冷凍機に関連付けられた超伝導量子プロセッサの黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすことは、通常、希釈冷凍機内に大量の熱負荷を導入する。希釈冷凍機に関連付けられた超伝導量子プロセッサの黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすことは、通常、大量の電力を消費する。そのため、希釈冷凍機に関連付けられた超伝導量子プロセッサの黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減らすことは、改善され得る。

【0012】

これらの問題またはその他の問題あるいはその両方に対処するために、本明細書に記載された実施形態は、超伝導量子プロセッサ用の改善された希釈冷凍機システムを容易にするシステム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはその組み合わせを含む。例えば、本明細書では、希釈冷凍機内で低周波のマイクロ波信号を使用する超伝導量子ビットの新しい測定方式が提供される。一実施形態では、量子ビット情報を搬送する高周波の出力読み出しマイクロ波信号が、相対的に低い周波数のマイクロ波信号にダウンコンバートされ得る。本明細書において使用されるとき、「高周波」マイクロ波信号は、約８ＧＨｚ以上であることができる。さらに、本明細書において使用されるとき、「低周波」マイクロ波信号は、約０．５ＧＨｚ～２ＧＨｚの（例えば、量子ビット周波数または読み出し共振器周波数あるいはその両方を下回る）周波数範囲内であることができる。高周波の出力読み出しマイクロ波信号は、量子プロセッサ（例えば、超伝導量子プロセッサ）に関連付けられた希釈冷凍機によって受信されたマイクロ波信号であることができる。高周波の出力読み出しマイクロ波信号のダウンコンバート・プロセスは、無損失またはコヒーレントあるいはその両方であることができる。さらに、高周波の出力読み出しマイクロ波信号のダウンコンバート・プロセスは、ジョセフソン・ミキサーのセットを使用して実行され得る。ジョセフソン・ミキサーのセットは、例えば、散逸が少ない三波ジョセフソン・ミキサー（three-wave Josephson mixers）であることができる。読み出し共振器によって送信された量子ビット読み出し信号は、例えば、希釈冷凍機の基礎段で、量子限定された増幅器または量子限定に近い増幅器によっても、増幅され得る。量子ビット読み出し信号の増幅は、元の量子ビット読み出し信号に対して（例えば、ダウンコンバート・プロセスの前に）実行され得る。代替として、量子ビット読み出し信号の増幅は、ダウンコンバートされた量子ビット読み出し信号に対して（例えば、ダウンコンバート・プロセスの後に）実行され得る。元の量子ビット読み出し信号は、例えば、磁束バイアスまたはマイクロ波駆動あるいはその両方を採用するジョセフソン方向性増幅器を使用して増幅され得る。ダウンコンバートされた量子ビット読み出し信号は、例えば、直流（ＤＣ：direct current）または磁束バイアスあるいはその両方を採用する直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ－ＳＱＵＩＤ：direct current superconducting quantum interference device）増幅器を使用して増幅され得る。特定の実施形態では、例えば、量子ビットに対する方向性増幅器の過剰な逆作用を阻止するために、ジョセフソンベースのアイソレータまたはジョセフソンベースのサーキュレータが、希釈冷凍機の量子ビット共振器システムと方向性増幅器の間に実装され得る。ジョセフソンベースのアイソレータまたはジョセフソンベースのサーキュレータあるいはその両方は、磁束バイアスまたはマイクロ波駆動あるいはその両方を採用することができる。特定の実施形態では、バンドパス・フィルタまたはハイパス・フィルタあるいはその両方が、希釈冷凍機の出力線上の量子ビット共振器システムとダウンコンバート段の間に実装され得る。バンドパス・フィルタまたはハイパス・フィルタあるいはその両方は、最小限の挿入損失で高周波読み出し信号を送信することができる。バンドパス・フィルタまたはハイパス・フィルタあるいはその両方は、限界周波数を下回るＤＣ信号およびマイクロ波信号を阻止することもでき、この限界周波数は、高周波読み出し信号を下回る。特定の実施形態では、ローパス・フィルタまたは周波数依存減衰器あるいはその両方が、希釈冷凍機の基礎段と希釈冷凍機の４Ｋ段の間の１つまたは複数の異なる段で、希釈冷凍機の出力線上に実装され得る。そのため、ダウンコンバートされた量子ビット読み出し信号が、わずかな減衰を伴って、または減衰なしで、出力チェーンを介して送信され得る。ダウンコンバートされた量子ビット読み出し信号の周波数を超える周波数での信号またはノイズあるいはその両方も、減衰され得る。

【0013】

一実施形態では、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）が、希釈冷凍機の４Ｋ段に実装され得る。ＲＳＦＱ ＡＤＣは、ダウンコンバートされた量子ビット読み出し信号をサンプリングし、デジタル化することができる。１つの態様では、ＲＳＦＱ ＡＤＣの出力は、古典的コンピューティング・システムに送信されるデジタル信号であることができる。古典的コンピューティング・システムは、古典的信号処理または古典的信号解析あるいはその両方のための室温の処理ユニットを含むことができる。追加的または代替的に、デジタル信号が、希釈冷凍機の４Ｋ段にあるＲＳＦＱ論理に送信され得る。特定の実施形態では、エネルギー効率の良いＲＳＦＱ（ＥＲＳＦＱ：energy-efficient RSFQ）回路が、追加的または代替的に、希釈冷凍機の４Ｋ段に実装され得る。特定の実施形態では、エネルギー効率の良い単一磁束量子（ｅＳＦＱ：energy-efficient single flux quantum）回路が、追加的または代替的に、希釈冷凍機の４Ｋ段に実装され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機の入力線は、マイクロ波減衰器またはフィルタあるいはその両方を実施形態に組み込むことができ、高周波のマイクロ波読み出し信号は、希釈冷凍機システムの内部の量子ビットの読み出し共振器の共振周波数にほぼ等しい。特定の実施形態では、希釈冷凍機の入力線は、限界周波数を超える高周波のマイクロ波信号またはノイズあるいはその両方を減衰させるマイクロ波減衰器またはフィルタあるいはその両方を実施形態に組み込むことができ、高周波のマイクロ波信号またはノイズあるいはその両方は、希釈冷凍機の読み出し共振器の共振周波数に関してデチューンされる。限界周波数は、読み出し共振器の共振周波数を下回ることができる。特定の実施形態では、低周波のマイクロ波量子ビット読み出し信号を、希釈冷凍機の読み出し共振器の共振周波数にほぼ等しい高周波のマイクロ波量子ビット読み出し信号にアップコンバートするためのアップコンバート段が、希釈冷凍機の基礎段に実装され得る。ジョセフソン・ミキサーのセットを使用して、アップコンバート段に関連付けられたアップコンバート・プロセスが実行され得る。ジョセフソン・ミキサーのセットは、例えば、磁束バイアスおよびマイクロ波駆動を採用する、散逸が少ない三波ジョセフソン・ミキサーであることができる。１つの例では、ジョセフソン・ミキサーのセットは、集中素子マイクロ波共振器および表面音響波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）共振器に結合されたジョセフソン・リング変調器を採用することができる。特定の実施形態では、量子ビット制御用の別々の入力線が採用され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機の内部のマイクロ波ポンプ線が、各ポンプ周波数より高いか、または低い周波数でのノイズに関して、減衰され得る。マイクロ波ポンプ線は、希釈冷凍機の内部のジョセフソン・ミキサー、ジョセフソンベースの方向性増幅器、ジョセフソンベースのアイソレータ、またはジョセフソンベースのサーキュレータ、あるいはその組み合わせの動作に必要なマイクロ波駆動を搬送することができる。特定の実施形態では、ポンプ信号（例えば、帯域内信号）を最小限に減衰させ、他の信号（例えば、帯域外信号）を大幅に減衰させる、ポンプ線上のバンドパス・フィルタを採用することによって、ポンプ線が減衰され得る。そのため、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。例えば、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムは、極低温の磁気に基づくサーキュレータ、アイソレータ、またはトランジスタ（例えば、高電子移動度トランジスタ）、あるいはその組み合わせを使用せずに実装され得る。さらに、室温で、読み出し線上のマイクロ波ミキサーが不要である。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。加えて、希釈冷凍機の入力線または希釈冷凍機の出力線あるいはその両方は、黒体放射ノイズまたは電磁ノイズあるいはその両方を減衰させる減衰器を含むことができる。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムにおける低周波のマイクロ波信号の合成またはサンプリングあるいはその両方は、希釈冷凍機システムの複雑さを低減することもできる。さらに、改善された超伝導デバイス、改善された量子プロセッサ（例えば、改善された超伝導量子プロセッサ）、または改善された量子コンピューティング・システム、あるいはその組み合わせが提供され得る。

【0014】

図１は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、超伝導量子プロセッサ用の改善された希釈冷凍機を提供する、例示的な非限定的システム１００のブロック図を示している。例えば、システム１００は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、希釈冷凍機内で低周波のマイクロ波信号を使用する超伝導量子ビットの新しい測定方式を提供することができる。一実施形態では、システム１００は量子コンピューティング・システムであることができる。別の実施形態では、システム１００は、追加的または代替的に、極低温マイクロ波システムであることができる。さまざまな実施形態では、システム１００は、量子コンピューティング技術、超伝導技術、量子ハードウェア技術、量子コンピュータ技術、量子回路技術、量子プロセッサ技術、極低温マイクロ波技術、希釈冷凍機技術、量子増幅器技術、超伝導量子ビット技術、マイクロ波デバイス技術、量子情報処理技術、人工知能技術、機械学習技術、またはその他の技術、あるいはその組み合わせなどの、ただしこれらに限定されない、技術に関連付けられ得る。システム１００は、抽象的ではない、人間による一連の精神的活動として実行され得ない本質的に高度に技術的な問題を解決するためのハードウェアまたはソフトウェアあるいはその両方を採用することができる。さらに、実行されるプロセスの一部は、量子コンピューティングまたは希釈冷凍機システムあるいはその両方に関連する定義されたプロセスまたはタスクあるいはその両方を実行するために、１つまたは複数の特殊なコンピュータ（例えば、１つまたは複数の特殊な回路、１つまたは複数の特殊なハードウェアなど）によって実行されてよい。システム１００またはシステムのコンポーネントあるいはその両方は、例えば、量子コンピューティング技術、超伝導技術、量子ハードウェア技術、量子コンピュータ技術、量子回路技術、量子プロセッサ技術、希釈冷凍機技術、極低温マイクロ波技術、量子増幅器技術、超伝導量子ビット技術、マイクロ波デバイス技術、量子情報処理技術、人工知能技術、機械学習技術などの、前述した技術における進歩によって生じる新しい問題を解決するために、採用され得る。システム１００の１つまたは複数の実施形態は、量子コンピューティング・システム、超伝導システム、量子ハードウェア・システム、量子コンピュータ・システム、量子回路システム、量子プロセッサ・システム、希釈冷凍機システム、極低温マイクロ波システム、量子増幅器システム、超伝導量子ビット・システム、マイクロ波デバイス・システム、量子情報処理システム、人工知能システム、機械学習システム、またはその他の技術のシステム、あるいはその組み合わせに対する技術的改良を提供することができる。システム１００の１つまたは複数の実施形態は、希釈冷凍機内の熱負荷を低減すること、または希釈冷凍機の電力消費を低減すること、あるいはその両方によって、希釈冷凍機に対する技術的改良を提供することもできる。追加的または代替的に、システム１００の１つまたは複数の実施形態は、量子プロセッサの性能を改善すること、または量子プロセッサの精度を改善すること、あるいはその両方によって、量子プロセッサに対する技術的改良を提供することもできる。

【0015】

図１に示されている実施形態では、システム１００は、希釈冷凍機システム１０２、量子プロセッサ１０４、または古典的コンピューティング・システム１０６、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２は、量子プロセッサ１０４を冷却するために採用された希釈冷凍機であることができる。例えば、希釈冷凍機システム１０２は、量子プロセッサ１０４をミリケルビン温度に冷却するために採用された希釈冷凍機であることができる。一実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、量子プロセッサ１０４を収納することができる。別の実施形態では、量子プロセッサ１０４は、希釈冷凍機システム１０２に取り付けられ得る。１つの例では、量子プロセッサ１０４は、希釈冷凍機システム１０２の基礎段に取り付けられ得る。基礎段は、例えば、希釈冷凍機システム１０２の最も低温の部分であることができる。量子プロセッサ１０４は、量子コンピューティングの量子状態を操作するように構成されたデバイス（例えば、量子コンピュータ、量子回路など）であることができる。１つの例では、量子プロセッサ１０４は、超伝導量子プロセッサであることができる。１つの態様では、量子プロセッサ１０４は、量子物理学の原理に基づいて一連の計算を実行するマシンであることができる。例えば、量子プロセッサ１０４は、量子ビットを使用して情報をエンコードするか、または処理するか、あるいはその両方を実行することができる。１つの実施形態では、量子プロセッサ１０４は、量子ビットを使用して情報をエンコードするか、または処理するか、あるいはその両方を実行することができる、ハードウェア量子プロセッサ（例えば、ハードウェア超伝導量子プロセッサ）であることができる。例えば、量子プロセッサ１０４は、量子ビットに関連付けられた一連の命令スレッドを実行するハードウェア量子プロセッサであることができる。非限定的な実施形態では、量子プロセッサ１０４は、量子ビット共振器であることができる。古典的コンピューティング・システム１０６は、ビット（例えば、「０」の値を持つビットおよび「１」の値を持つビット）を使用して情報を格納するか、または処理するか、あるいはその両方を実行する古典的コンピューティングを実行することができる。１つの態様では、古典的コンピューティング・システム１０６は、ほぼ室温（例えば、約２７３Ｋ）で実装され得る。古典的コンピューティング・システム１０６は、古典的信号処理または信号解析あるいはその両方を実行できる。古典的コンピューティング・システム１０６は、追加的または代替的に、データ（例えば、ビット）の格納を管理することができる。さらに、古典的コンピューティング・システム１０６は、ほぼ室温で操作される１つまたは複数の電子機器を含むことができる。

【0016】

一実施形態では、古典的コンピューティング・システム１０６は、マイクロ波信号１０８を希釈冷凍機システム１０２に提供することができる。マイクロ波信号１０８は、電圧または電流あるいはその両方における振動の変化に関連付けられた無線周波数信号であることができる。さらに、マイクロ波信号１０８は、１つまたは複数のマイクロ波信号を含むことができる。マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４を制御するために採用され得る。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子情報を測定するために採用され得る。１つの態様では、マイクロ波信号１０８は、例えば４ＧＨｚ～１０ＧＨｚの周波数範囲内の高周波のマイクロ波信号であることができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は量子ビット読み出し信号であることができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子ビット読み出し情報などの量子ビット情報を搬送することができる。

【0017】

希釈冷凍機システム１０２は、マイクロ波信号１０８を変更し、希釈冷凍機システム１０２内で送信するための変更された周波数のマイクロ波信号１０９を生成することができる。例えば、変更された周波数のマイクロ波信号１０９は、減少した周波数を有する変更されたマイクロ波信号１０８であることができる。別の例では、変更された周波数のマイクロ波信号１０９は、増加した周波数を有する変更されたマイクロ波信号１０８であることができる。一実施形態では、変更された周波数のマイクロ波信号１０９は、例えば０．５ＧＨｚ～２ＧＨｚの周波数範囲内の低周波のマイクロ波信号であることができる。例えば、変更された周波数のマイクロ波信号１０９は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット周波数を下回る周波数を備えることができる。追加的または代替的に、変更された周波数のマイクロ波信号１０９は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた読み出し共振器周波数を下回る周波数を備えることができる。一実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、マイクロ波信号１０８に関連付けられたダウンコンバート・プロセスを実行し、変更された周波数のマイクロ波信号１０９を生成することができる。希釈冷凍機システム１０２によって実行されるダウンコンバート・プロセスは、無損失かつコヒーレントであることができる。さらに、特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、マイクロ波信号１０８をダウンコンバートし、変更された周波数のマイクロ波信号１０９を生成するために、ジョセフソン・ミキサーのセットを採用することができる。ジョセフソン・ミキサーのセットは、例えば、散逸が少ない三波ジョセフソン・ミキサーであることができる。１つの実装では、ジョセフソン・ミキサーのセットは、マイクロ波信号１０８が低周波信号である実施形態におけるアップコンバートのために採用され得る。例えば、一実施形態では、古典的コンピューティング・システム１０６内の１つまたは複数の電子機器（例えば、室温での１つまたは複数の電子機器）を使用してマイクロ波信号１０８が合成され得る。代替の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２内の１つまたは複数のＲＳＦＱ回路（例えば、４Ｋ段での１つまたは複数の電子機器）が、マイクロ波信号１０８を低周波信号として合成することができる。別の実施形態では、古典的コンピューティング・システム１０６内の１つまたは複数の電子機器（例えば、室温での１つまたは複数の電子機器）を使用してマイクロ波信号１０８が高周波信号として合成され得る。代替として、希釈冷凍機システム１０２内の１つまたは複数のＲＳＦＱ回路（例えば、４Ｋ段での１つまたは複数の電子機器）が、マイクロ波信号１０８を高周波信号として合成することができる。さらに別の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、変更された周波数のマイクロ波信号１０９を提供するために、マイクロ波信号１０８の周波数を減らすこと、および増やすことができる。例えば、希釈冷凍機システム１０２は、マイクロ波信号１０８の周波数を減らし、減少した周波数のマイクロ波信号１０８を生成することができる。希釈冷凍機システム１０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１０８の周波数を、マイクロ波信号１０８の元の周波数を下回る特定の周波数に増やすこともできる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８の周波数を、量子プロセッサ１０４に関連付けられた読み出し共振器の読み出し周波数にアップコンバートすることができる。１つの態様では、量子ビット測定値（例えば、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット測定値）を古典的コンピューティング・システム１０６に提供するために、変更された周波数のマイクロ波信号１０９が採用され得る。別の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１１をデジタル信号１１２に変換することができる。デジタル信号１１２は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット測定値を含むことができる。例えば、デジタル信号１１２は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット測定値を、２進値のシーケンスとしてエンコードすることができる。さらに、希釈冷凍機システム１０２は、デジタル信号１１２を古典的コンピューティング・システム１０６に提供することができる。そのため、古典的コンピューティング・システム１０６は、デジタル信号１１２の古典的信号処理を実行し、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット測定値を取得することができる。

【0018】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム１００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム１００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム１００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。１つの例では、変更された周波数のマイクロ波信号１０９（例えば、減少した周波数のマイクロ波信号）を採用することによって、量子プロセッサ１０４の性能または精度あるいはその両方を改善することができる。別の例では、希釈冷凍機システム１０２は、量子プロセッサ１０４のコヒーレンスを改善するため、または量子プロセッサ１０４のハードウェアのオーバーヘッドを低減するため、あるいはその両方のために、希釈冷凍機システム１０２の内部のマイクロ波信号１０８の周波数を減らすこと、および増やすことができる。

【0019】

図２は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム２００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0020】

システム２００は、希釈冷凍機システム１０２、量子プロセッサ１０４、または古典的コンピューティング・システム１０６、あるいはその組み合わせを含むことができる。図２に示されている実施形態では、希釈冷凍機システム１０２は、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、ジョセフソン方向性増幅器２０６、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、または高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）アナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。一実施形態では、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、ジョセフソン方向性増幅器２０６、バンドパス・フィルタ２０８、またはジョセフソンベースのミキサー２０９、あるいはその組み合わせは、希釈冷凍機システム１０２の１０ｍＫ段に取り付けられ得る。追加的または代替的に、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段に取り付けられ得る。古典的コンピューティング・システム１０６によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット共振周波数または読み出し共振周波数あるいはその両方に対応する周波数を含むことができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット共振周波数に対応する周波数を含むことができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の読み出し共振器に対応する周波数を含むことができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、追加的または代替的に、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができ、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットを制御することができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連する１つまたは複数の量子測定を容易にすることができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報の測定を容易にすることができる。１つの例では、量子ビット情報は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット状態（例えば、励起状態、基底状態、または重ね合わせ状態）に関する情報を含むことができる。

【0021】

マイクロ波信号１０８は、希釈冷凍機システム１０２の方向性結合器２０２によって受信され得る。方向性結合器２０２は、古典的コンピューティング・システム１０６、量子プロセッサ１０４、またはジョセフソンベースのアイソレータ２０４、あるいはその組み合わせの間の接続を容易にする回路であることができる。１つの態様では、マイクロ波信号１０８は、方向性結合器２０２の第１のポートによって受信され得る。マイクロ波信号１０８の一部は、方向性結合器２０２の第２のポートを介して方向性結合器２０２に結合された低温負荷によって散逸され得る。低温負荷は、例えば、５０オームの負荷であることができる。さらに、マイクロ波信号１０８の残りの部分が、方向性結合器２０２の第３のポートを介して量子プロセッサ１０４に提供され得る。例えば、マイクロ波信号１０８の残りの部分が、第３のポートを介して量子プロセッサ１０４に提供され得る。さらに、マイクロ波信号１０８の残りの部分は、量子プロセッサ１０４に（例えば、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に）反射され、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報（例えば、量子ビット測定値）に関連付けられた読み出し出力信号２１２を提供することができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、回路量子電気力学（ｃＱＥＤ：circuit quantum electrodynamics）によって量子プロセッサ１０４に反射され得る。例えば、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットは、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に分散的に結合され得る。さらに、量子ビット状態は、量子プロセッサ１０４に適用されたマイクロ波信号１０８の測定された位相シフトに基づいて決定され得る。そのため、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号２１２は、量子ビット測定値、量子ビット状態、またはその他の量子ビット情報、あるいはその組み合わせなどの、量子ビット情報を含むことができる。

【0022】

ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、ジョセフソン方向性増幅器２０６、またはバンドパス・フィルタ２０８、あるいはその組み合わせは、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号２１２（例えば、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号２１２）をさらに処理することができる。１つの態様では、読み出し出力信号２１２は、方向性結合器２０２の第４のポートを介してジョセフソンベースのアイソレータ２０４に送信され得る。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、希釈冷凍機システム１０２内で、減衰のない読み出し出力信号２１２の送信を可能にすることができる。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、ジョセフソン方向性増幅器２０６に向かう単一方向での読み出し出力信号２１２の送信を可能にすることもできる。一実施形態では、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、ビーム分割器を介して結合された２つのアクティブ・ジョセフソン・ミキサー（active Josephson mixers）を含むことができる。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４の２つのアクティブ・ジョセフソン・ミキサーは、例えば、マイクロ波ポンプ・ソース信号によって駆動され得る。別の実施形態では、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、量子プロセッサ１０４に提供されるノイズ（例えば、希釈冷凍機システム１０２内の出力チェーンから生じるノイズ）を制限することができる。ジョセフソン方向性増幅器２０６は、読み出し出力信号２１２を増幅することができる。ジョセフソン方向性増幅器２０６は、量子限定された増幅器または量子限定に近い増幅器であることができる。一実施形態では、ジョセフソン方向性増幅器２０６は、読み出し出力信号２１２の増幅を容易にするための一緒に結合された２つのジョセフソン・パラメトリック・コンバータを備えることができる。特定の実施形態では、読み出し出力信号２１２は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ２０８によってさらにフィルタリングされ得る。例えば、バンドパス・フィルタ２０８は、読み出し出力信号２１２に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのミキサー２０９に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ２０８は、損失を最小限に抑えて読み出し出力信号２１２を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。ジョセフソンベースのミキサー２０９は、読み出し出力信号２１２を減少した周波数のマイクロ波信号１１０に変換することができる。減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、読み出し出力信号２１２の周波数およびマイクロ波信号１０８の周波数より低い周波数を含むことができる。例えば、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの周波数および量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器の周波数より低い周波数を含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０への、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号２１２のダウンコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。したがって、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ダウンコンバートされた読み出し出力信号（例えば、ダウンコンバートされた読み出し出力信号２１２）であることができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９によって生成された減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ローパス・フィルタによってフィルタリングされ得る。例えば、希釈冷凍機システム１０２の１０ｍＫ段と希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段の間の出力線は、ジョセフソンベースのミキサー２０９とＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０の間にローパス・フィルタを含むことができる。ローパス・フィルタは、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を超える高周波信号またはノイズあるいはその両方を通さないことができる。例えば、ローパス・フィルタは、減少した周波数のマイクロ波信号１１０を、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０によって処理するために、損失を最小限に抑えて送信することができる。さらに、ローパス・フィルタは、希釈冷凍機システム１０２内の出力チェーンに関連付けられた高周波ノイズを通さないことができる。さらに、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、デジタル信号１１２を生成することができる。例えば、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をサンプリングするか、またはデジタル化するか、あるいはその両方を実行し、デジタル信号１１２を生成することができる。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、超伝導デバイスに基づいて減少した周波数のマイクロ波信号１１０をデジタル化し、デジタル信号１１２を生成することができる。そのため、デジタル信号１１２は、読み出し出力信号２１２に含まれているエンコードされた量子ビット情報を含むことができ、デジタル信号１１２に含まれている量子ビット情報は、バイナリ・ビットのシーケンスを使用してエンコードされる。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をデジタル信号１１２に変換するために、ジョセフソン接合によって生成された単一磁束量子電圧パルスを採用することができる。ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０によって生成されたデジタル信号１１２が、希釈冷凍機システム１０２の出力伝送線を介して古典的コンピューティング・システム１０６に提供され得る。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、エネルギー効率の良いＲＳＦＱ（ＥＲＳＦＱ）ＡＤＣまたはエネルギー効率の良い単一磁束量子（ｅＳＦＱ）ＡＤＣであることができる。特定の実施形態では、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をフィルタリングするＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０またはローパス・フィルタあるいはその両方は、希釈冷凍機システム１０２の出力伝送線上に位置することができる。

【0023】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム２００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム２００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム２００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0024】

図３は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム３００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0025】

システム３００は、希釈冷凍機システム１０２’、量子プロセッサ１０４、または古典的コンピューティング・システム１０６、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２’は、希釈冷凍機システム１０２の代替の実施形態であることができる。図３に示されている実施形態では、希釈冷凍機システム１０２’は、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ－ＳＱＵＩＤ）増幅器３０２、またはＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。一実施形態では、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、またはＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２、あるいはその組み合わせは、希釈冷凍機システム１０２’の１０ｍＫ段に取り付けられ得る。追加的または代替的に、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、希釈冷凍機システム１０２’の４Ｋ段に取り付けられ得る。古典的コンピューティング・システム１０６によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２’の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２’に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２’の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット共振周波数または読み出し共振周波数あるいはその両方に対応する周波数を含むことができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット共振周波数に対応する周波数を含むことができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の読み出し共振器に対応する周波数を含むことができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、追加的または代替的に、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができ、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットを制御することができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連する１つまたは複数の量子測定を容易にすることができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報の測定を容易にすることができる。１つの例では、量子ビット情報は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット状態（例えば、励起状態、基底状態、または重ね合わせ状態）に関する情報を含むことができる。

【0026】

マイクロ波信号１０８は、希釈冷凍機システム１０２’の方向性結合器２０２によって受信され得る。方向性結合器２０２は、古典的コンピューティング・システム１０６、量子プロセッサ１０４、またはジョセフソンベースのアイソレータ２０４、あるいはその組み合わせの間の接続を容易にする回路であることができる。１つの態様では、マイクロ波信号１０８は、方向性結合器２０２の第１のポートによって受信され得る。マイクロ波信号１０８の一部は、方向性結合器２０２の第２のポートを介して方向性結合器２０２に結合された低温負荷によって散逸され得る。低温負荷は、例えば、５０オームの負荷であることができる。さらに、マイクロ波信号１０８の残りの部分が、方向性結合器２０２の第３のポートを介して量子プロセッサ１０４に提供され得る。例えば、マイクロ波信号１０８の残りの部分が、第３のポートを介して量子プロセッサ１０４に提供され得る。さらに、マイクロ波信号１０８の残りの部分は、量子プロセッサ１０４に（例えば、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に）反射され、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報（例えば、量子ビット測定値）に関連付けられた読み出し出力信号２１２を提供することができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、ｃＱＥＤによって量子プロセッサ１０４に反射され得る。例えば、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットは、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に分散的に結合され得る。さらに、量子ビット状態は、量子プロセッサ１０４に適用されたマイクロ波信号１０８の測定された位相シフトに基づいて決定され得る。そのため、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号２１２は、量子ビット測定値、量子ビット状態、またはその他の量子ビット情報、あるいはその組み合わせなどの、量子ビット情報を含むことができる。

【0027】

ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、またはバンドパス・フィルタ２０８、あるいはその両方は、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号２１２（例えば、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号２１２）をさらに処理することができる。１つの態様では、読み出し出力信号２１２は、方向性結合器２０２の第４のポートを介してジョセフソンベースのアイソレータ２０４に送信され得る。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、希釈冷凍機システム１０２’内で、減衰のない読み出し出力信号２１２の送信を可能にすることができる。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、バンドパス・フィルタ２０８に向かう単一方向での読み出し出力信号２１２の送信を可能にすることもできる。一実施形態では、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４は、ビーム分割器を介して結合された２つのアクティブ・ジョセフソン・ミキサーを含むことができる。ジョセフソンベースのアイソレータ２０４の２つのアクティブ・ジョセフソン・ミキサーは、例えば、マイクロ波ポンプ・ソース信号によって駆動され得る。特定の実施形態では、読み出し出力信号２１２は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ２０８によってさらにフィルタリングされ得る。例えば、バンドパス・フィルタ２０８は、読み出し出力信号２１２に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのミキサー２０９に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ２０８は、損失を最小限に抑えて読み出し出力信号２１２を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。ジョセフソンベースのミキサー２０９は、読み出し出力信号２１２を減少した周波数のマイクロ波信号１１０に変換することができる。減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、読み出し出力信号２１２の周波数およびマイクロ波信号１０８の周波数より低い周波数を含むことができる。例えば、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの周波数および量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器の周波数より低い周波数を含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０への、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号２１２のダウンコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。したがって、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ダウンコンバートされた読み出し出力信号（例えば、ダウンコンバートされた読み出し出力信号２１２）であることができる。ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０を増幅することができる。ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、量子限定された増幅器または量子限定に近い増幅器であることができる。一実施形態では、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０の増幅を容易にするために、チップ上のマイクロ波回路に結合された超伝導ループ内の並列な２つのジョセフソン接合を備えることができる。一実施形態では、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２によって生成されて増幅された、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ローパス・フィルタによってフィルタリングされ得る。例えば、希釈冷凍機システム１０２の１０ｍＫ段と希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段の間の出力線は、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２とＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０の間にローパス・フィルタを含むことができる。ローパス・フィルタは、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を超える高周波信号またはノイズあるいはその両方を通さないことができる。さらに、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０に基づいて、デジタル信号１１２を生成することができる。例えば、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０をサンプリングするか、またはデジタル化するか、あるいはその両方を実行し、デジタル信号１１２を生成することができる。そのため、デジタル信号１１２は、読み出し出力信号２１２に含まれているエンコードされた量子ビット情報を含むことができ、デジタル信号１１２に含まれている量子ビット情報は、バイナリ・ビットのシーケンスを使用してエンコードされる。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０をデジタル信号１１２に変換するために、ジョセフソン接合によって生成された単一磁束量子電圧パルスを採用することができる。ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０によって生成されたデジタル信号１１２が、希釈冷凍機システム１０２’の出力伝送線を介して古典的コンピューティング・システム１０６に提供され得る。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、ＥＲＳＦＱ ＡＤＣまたはｅＳＦＱ ＡＤＣであることができる。特定の実施形態では、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をフィルタリングするＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０またはローパス・フィルタあるいはその両方は、希釈冷凍機システム１０２’の出力伝送線上に位置することができる。

【0028】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム３００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム３００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム３００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0029】

図４は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム４００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0030】

システム４００は、希釈冷凍機システム１０２、量子プロセッサ１０４、古典的コンピューティング・システム１０６、ＲＳＦＱ論理４０２、またはＲＳＦＱデジタル／アナログ・コンバータ（ＤＡＣ：digital-to-analog converter）４０４、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２は、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、ジョセフソン方向性増幅器２０６、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、またはＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。図４に示されている実施形態では、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４がマイクロ波信号１０８を生成することができる。ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、古典的コンピューティング・システム１０６に通信によって結合され得る。例えば、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、古典的コンピューティング・システム１０６の１つまたは複数の電子機器に通信によって結合され得る。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段に位置することができる。デジタル信号１１２が、古典的コンピューティング・システム１０６およびＲＳＦＱ論理４０２に提供され得る。ＲＳＦＱ論理４０２は、マイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。例えば、ＲＳＦＱ論理４０２は、マイクロ波信号１０８のフィードバックまたは連続的なマイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ論理４０２は、デジタル信号１１２の結果に基づいて、マイクロ波信号１０８のフィードバックまたは連続的なマイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。そのため、特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２の内部のデバイスによって、マイクロ波信号１０８が生成され得る。

【0031】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム４００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム４００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム４００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0032】

図５は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム５００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0033】

システム５００は、希釈冷凍機システム１０２’、量子プロセッサ１０４、古典的コンピューティング・システム１０６、ＲＳＦＱ論理４０２、またはＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２’は、方向性結合器２０２、ジョセフソンベースのアイソレータ２０４、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２、またはＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。図５に示されている実施形態では、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４がマイクロ波信号１０８を生成することができる。ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２’に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２’の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、古典的コンピューティング・システム１０６に通信によって結合され得る。例えば、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、古典的コンピューティング・システム１０６の１つまたは複数の電子機器に通信によって結合され得る。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４は、希釈冷凍機システム１０２’の４Ｋ段に位置することができる。デジタル信号１１２が、古典的コンピューティング・システム１０６およびＲＳＦＱ論理４０２に提供され得る。ＲＳＦＱ論理４０２は、マイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。例えば、ＲＳＦＱ論理４０２は、マイクロ波信号１０８のフィードバックまたは連続的なマイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ論理４０２は、デジタル信号１１２の結果に基づいて、マイクロ波信号１０８のフィードバックまたは連続的なマイクロ波信号１０８へのデジタル信号１１２の変換を容易にするための論理を含むことができる。そのため、特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２’の内部のデバイスによって、マイクロ波信号１０８が生成され得る。

【0034】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム５００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム５００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム５００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0035】

図６は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム６００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0036】

システム６００は、希釈冷凍機システム１０２”、量子プロセッサ１０４、または古典的コンピューティング・システム１０６、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２”は、希釈冷凍機システム１０２の代替の実施形態であることができる。図６に示された実施形態では、希釈冷凍機システム１０２”は、ジョセフソンベースのミキサー６０２、バンドパス・フィルタ６０４、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６、ジョセフソン方向性増幅器２０６、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、またはＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー６０２、バンドパス・フィルタ６０４、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６、ジョセフソン方向性増幅器２０６、バンドパス・フィルタ２０８、またはジョセフソンベースのミキサー２０９、あるいはその組み合わせは、希釈冷凍機システム１０２”の１０ｍＫ段に取り付けられ得る。追加的または代替的に、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、希釈冷凍機システム１０２”の４Ｋ段に取り付けられ得る。古典的コンピューティング・システム１０６によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２”の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２”に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２”の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット共振周波数または読み出し共振周波数あるいはその両方を下回る低周波数を含むことができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット共振周波数を下回る周波数を含むことができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の読み出し共振器を下回る周波数を含むことができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、追加的または代替的に、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができ、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットを制御することができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連する１つまたは複数の量子測定を容易にすることができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報の測定を容易にすることができる。１つの例では、量子ビット情報は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット状態（例えば、励起状態、基底状態、または重ね合わせ状態）に関する情報を含むことができる。マイクロ波信号１０８は、希釈冷凍機システム１０２”のジョセフソンベースのミキサー６０２によって受信され得る。ジョセフソンベースのミキサー６０２は、特定の周波数を有するポンプ信号に基づくマイクロ波信号１０８の送信または生成あるいはその両方を容易にすることができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、マイクロ波信号１０８を増加した周波数のマイクロ波信号にアップコンバートすることができる。例えば、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、マイクロ波信号１０８を読み出し信号２１３にアップコンバートすることができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、増加した周波数のマイクロ波信号への、マイクロ波信号１０８のアップコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。それに応じて、読み出し信号２１３は、アップコンバートされた読み出し出力信号であることができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ６０４によってさらにフィルタリングされ得る。例えば、バンドパス・フィルタ６０４は、マイクロ波信号１０８に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのサーキュレータ６０６に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ６０４は、損失を最小限に抑えてマイクロ波信号１０８を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。

【0037】

ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、古典的コンピューティング・システム１０６、量子プロセッサ１０４、またはジョセフソン方向性増幅器２０６、あるいはその組み合わせの間の接続を容易にする回路であることができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、非可逆マイクロ波デバイスであることができる。ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、１つの実装では、３つのポートを含むことができる。別の実装では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、４つのポートを含むことができる。１つの例では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６のあるポートに入る信号は、既定の循環方向に基づいて、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の別のポートに低損失でルーティングされ得る。１つの実装では、マイクロ波信号１０８は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第１のポートによって受信され得る。さらに、量子プロセッサ１０４は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第２のポートに結合され得る。マイクロ波信号１０８の一部は、第２のポートを介して量子プロセッサ１０４に（例えば、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に）反射され、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報（例えば、量子ビット測定値）に関連付けられた読み出し出力信号を提供することができる。読み出し出力信号は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第３のポートを介して送信され得る。特定の実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第４のポートを介して、低温負荷がジョセフソンベースのサーキュレータ６０６に結合され得る。低温負荷は、例えば、５０オームの負荷であることができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、ｃＱＥＤによって量子プロセッサ１０４に反射され得る。例えば、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットは、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に分散的に結合され得る。さらに、量子ビット状態は、量子プロセッサ１０４に適用されたマイクロ波信号１０８の測定された位相シフトに基づいて決定され得る。そのため、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号は、量子ビット測定値、量子ビット状態、またはその他の量子ビット情報、あるいはその組み合わせなどの、量子ビット情報を含むことができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、読み出し出力信号に関連付けられた量子ビット情報に対するジョセフソン方向性増幅器２０６の過剰な逆作用を阻止することができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、磁性物質または強磁場あるいはその両方を使用せずに実装され得る。別の実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、ジョセフソン・パラメトリック・コンバータのセットを含むことができる。

【0038】

ジョセフソン方向性増幅器２０６、またはバンドパス・フィルタ２０８、あるいはその両方は、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号（例えば、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号）をさらに処理することができる。１つの態様では、読み出し出力信号がジョセフソン方向性増幅器２０６に送信され得る。ジョセフソン方向性増幅器２０６は、読み出し出力信号を増幅することができる。ジョセフソン方向性増幅器２０６は、量子限定された増幅器または量子限定に近い増幅器であることができる。一実施形態では、ジョセフソン方向性増幅器２０６は、読み出し出力信号の増幅を容易にするための一緒に結合された２つのジョセフソン・パラメトリック・コンバータを備えることができる。特定の実施形態では、読み出し出力信号は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ２０８によってさらにフィルタリングされ得る。例えば、バンドパス・フィルタ２０８は、読み出し出力信号に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのミキサー２０９に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ２０８は、損失を最小限に抑えて読み出し出力信号を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。ジョセフソンベースのミキサー２０９は、読み出し出力信号を減少した周波数のマイクロ波信号１１０に変換することができる。減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、読み出し出力信号の周波数およびマイクロ波信号１０８の周波数より低い周波数を含むことができる。例えば、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの周波数および量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器の周波数より低い周波数を含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０への、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号のダウンコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。したがって、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ダウンコンバートされた読み出し出力信号（例えば、ダウンコンバートされた読み出し出力信号）であることができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９によって生成された減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ローパス・フィルタによってフィルタリングされ得る。例えば、希釈冷凍機システム１０２の１０ｍＫ段と希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段の間の出力線は、ジョセフソンベースのミキサー２０９とＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０の間にローパス・フィルタを含むことができる。ローパス・フィルタは、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を超える高周波信号またはノイズあるいはその両方を通さないことができる。さらに、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、デジタル信号１１２を生成することができる。例えば、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をサンプリングするか、またはデジタル化するか、あるいはその両方を実行し、デジタル信号１１２を生成することができる。そのため、デジタル信号１１２は、読み出し出力信号に含まれているエンコードされた量子ビット情報を含むことができ、デジタル信号１１２に含まれている量子ビット情報は、バイナリ・ビットのシーケンスを使用してエンコードされる。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をデジタル信号１１２に変換するために、ジョセフソン接合によって生成された単一磁束量子電圧パルスを採用することができる。ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０によって生成されたデジタル信号１１２が、希釈冷凍機システム１０２”の出力伝送線を介して古典的コンピューティング・システム１０６に提供され得る。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、ＥＲＳＦＱ ＡＤＣまたはｅＳＦＱ ＡＤＣであることができる。特定の実施形態では、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をフィルタリングするＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０またはローパス・フィルタあるいはその両方は、希釈冷凍機システム１０２”の出力伝送線上に位置することができる。

【0039】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム６００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム６００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム６００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0040】

図７は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム７００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0041】

システム７００は、希釈冷凍機システム１０２”’、量子プロセッサ１０４、または古典的コンピューティング・システム１０６、あるいはその組み合わせを含むことができる。希釈冷凍機システム１０２”’は、希釈冷凍機システム１０２’の代替の実施形態であることができる。図７に示された実施形態では、希釈冷凍機システム１０２”’は、ジョセフソンベースのミキサー６０２、バンドパス・フィルタ６０４、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器、またはＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０、あるいはその組み合わせを含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー６０２、バンドパス・フィルタ６０４、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６、バンドパス・フィルタ２０８、ジョセフソンベースのミキサー２０９、またはＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器、あるいはその組み合わせは、希釈冷凍機システム１０２”’の１０ｍＫ段に取り付けられ得る。追加的または代替的に、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、希釈冷凍機システム１０２”’の４Ｋ段に取り付けられ得る。古典的コンピューティング・システム１０６によって生成されたマイクロ波信号１０８が、希釈冷凍機システム１０２”’の入力伝送線を介して希釈冷凍機システム１０２”’に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２”’の入力伝送線は、マイクロ波信号１０８を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタ（例えば、１つまたは複数のローパス・フィルタ）あるいはその両方を含むことができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット共振周波数または読み出し共振周波数あるいはその両方に対応する周波数を含むことができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット共振周波数に対応する周波数を含むことができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の読み出し共振器に対応する周波数を含むことができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、追加的または代替的に、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４の１つまたは複数の部分を制御することができ、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットを制御することができる。追加的または代替的に、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連する１つまたは複数の量子測定を容易にすることができる。例えば、マイクロ波信号１０８は、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報の測定を容易にすることができる。１つの例では、量子ビット情報は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの量子ビット状態（例えば、励起状態、基底状態、または重ね合わせ状態）に関する情報を含むことができる。マイクロ波信号１０８は、希釈冷凍機システム１０２”’のジョセフソンベースのミキサー６０２によって受信され得る。ジョセフソンベースのミキサー６０２は、特定の周波数を有するポンプ信号に基づくマイクロ波信号１０８の送信または生成あるいはその両方を容易にすることができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、マイクロ波信号１０８を増加した周波数のマイクロ波信号にアップコンバートすることができる。例えば、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、マイクロ波信号１０８を読み出し信号２１３にアップコンバートすることができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー６０２は、増加した周波数のマイクロ波信号への、マイクロ波信号１０８のアップコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。それに応じて、読み出し信号２１３は、アップコンバートされた読み出し出力信号であることができる。特定の実施形態では、マイクロ波信号１０８は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ６０４によってさらにフィルタリングされ得る。例えば、バンドパス・フィルタ６０４は、マイクロ波信号１０８に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのサーキュレータ６０６に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ６０４は、損失を最小限に抑えてマイクロ波信号１０８を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。

【0042】

ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、古典的コンピューティング・システム１０６、量子プロセッサ１０４、またはジョセフソン方向性増幅器２０６、あるいはその組み合わせの間の接続を容易にする回路であることができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、非可逆マイクロ波デバイスであることができる。ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、１つの実装では、３つのポートを含むことができる。別の実装では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、４つのポートを含むことができる。１つの例では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６のあるポートに入る信号は、既定の循環方向に基づいて、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の別のポートに低損失でルーティングされ得る。１つの実装では、マイクロ波信号１０８は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第１のポートによって受信され得る。さらに、量子プロセッサ１０４は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第２のポートに結合され得る。マイクロ波信号１０８の一部は、第２のポートを介して量子プロセッサ１０４に（例えば、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に）反射され、量子プロセッサ１０４に関連付けられた量子ビット情報（例えば、量子ビット測定値）に関連付けられた読み出し出力信号を提供することができる。読み出し出力信号は、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第３のポートを介して送信され得る。特定の実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６の第４のポートを介して、低温負荷がジョセフソンベースのサーキュレータ６０６に結合され得る。低温負荷は、例えば、５０オームの負荷であることができる。一実施形態では、マイクロ波信号１０８は、ｃＱＥＤによって量子プロセッサ１０４に反射され得る。例えば、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットは、量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器に分散的に結合され得る。さらに、量子ビット状態は、量子プロセッサ１０４に適用されたマイクロ波信号１０８の測定された位相シフトに基づいて決定され得る。そのため、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号は、量子ビット測定値、量子ビット状態、またはその他の量子ビット情報、あるいはその組み合わせなどの、量子ビット情報を含むことができる。１つの態様では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、読み出し出力信号に関連付けられた量子ビット情報に対するＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２の過剰な逆作用を阻止することができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、磁性物質または強磁場あるいはその両方を使用せずに実装され得る。別の実施形態では、ジョセフソンベースのサーキュレータ６０６は、ジョセフソン・パラメトリック・コンバータのセットを含むことができる。

【0043】

バンドパス・フィルタ２０８は、量子プロセッサ１０４によって提供された読み出し出力信号（例えば、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号）をさらに処理することができる。１つの態様では、読み出し出力信号は、特定の周波数を中心にして、バンドパス・フィルタ２０８によってさらにフィルタリングされ得る。１つの例では、バンドパス・フィルタ２０８は、読み出し出力信号に関連付けられた周波数の特定の帯域がジョセフソンベースのミキサー２０９に通過することを可能にすることができる。１つの態様では、バンドパス・フィルタ２０８は、損失を最小限に抑えて読み出し出力信号を送信することができ、限界周波数を下回るＤＣ信号またはマイクロ波信号あるいはその両方を遮ることができる。ジョセフソンベースのミキサー２０９は、読み出し出力信号を減少した周波数のマイクロ波信号１１０に変換することができる。減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、読み出し出力信号の周波数およびマイクロ波信号１０８の周波数より低い周波数を含むことができる。例えば、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、量子プロセッサ１０４の超伝導量子ビットの周波数および量子プロセッサ１０４の量子ビット共振器の周波数より低い周波数を含むことができる。一実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー２０９は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０への、マイクロ波信号１０８に関連付けられた読み出し出力信号のダウンコンバートを容易にするために、１つもしくは複数の集中素子共振器または１つもしくは複数の表面音響波共振器あるいはその両方に結合されたジョセフソン・リング変調器のセットを含むことができる。したがって、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ダウンコンバートされた読み出し出力信号（例えば、ダウンコンバートされた読み出し出力信号）であることができる。ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０を増幅することができる。ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、量子限定された増幅器または量子限定に近い増幅器であることができる。一実施形態では、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０の増幅を容易にするために、超伝導ループ内の並列な２つのジョセフソン接合を備えることができる。一実施形態では、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２によって生成されて増幅された、減少した周波数のマイクロ波信号１１０は、ローパス・フィルタによってフィルタリングされ得る。例えば、希釈冷凍機システム１０２の１０ｍＫ段と希釈冷凍機システム１０２の４Ｋ段の間の出力線は、ＤＣ－ＳＱＵＩＤ増幅器３０２とＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０の間にローパス・フィルタを含むことができる。ローパス・フィルタは、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を超える高周波信号またはノイズあるいはその両方を通さないことができる。さらに、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０に基づいて、デジタル信号１１２を生成することができる。例えば、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０をサンプリングするか、またはデジタル化するか、あるいはその両方を実行し、デジタル信号１１２を生成することができる。そのため、デジタル信号１１２は、読み出し出力信号に含まれているエンコードされた量子ビット情報を含むことができ、デジタル信号１１２に含まれている量子ビット情報は、バイナリ・ビットのシーケンスを使用してエンコードされる。一実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、増幅された減少した周波数のマイクロ波信号１１０をデジタル信号１１２に変換するために、ジョセフソン接合によって生成された単一磁束量子電圧パルスを採用することができる。ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０によって生成されたデジタル信号１１２が、希釈冷凍機システム１０２”’の出力伝送線を介して古典的コンピューティング・システム１０６に提供され得る。特定の実施形態では、希釈冷凍機システム１０２”’の出力伝送線は、デジタル信号１１２を減衰させるか、フィルタリングするか、あるいはその両方を実行するために、１つもしくは複数の減衰器または１つもしくは複数のフィルタあるいはその両方を含むことができる。特定の実施形態では、ＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０は、ＥＲＳＦＱ ＡＤＣまたはｅＳＦＱ ＡＤＣであることができる。特定の実施形態では、減少した周波数のマイクロ波信号１１０をフィルタリングするＲＳＦＱ ＡＤＣ２１０またはローパス・フィルタあるいはその両方は、希釈冷凍機システム１０２”’の出力伝送線上に位置することができる。

【0044】

従来の希釈冷凍機システムと比較して、システム７００がさまざまな利点を提供できるということが、理解されるべきである。例えば、システム７００を採用することによって、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムのハードウェアのオーバーヘッドが低減され得る。低減されたハードウェアのオーバーヘッドは、希釈冷凍機システムの拡張性を促進することもできる。さらに、希釈冷凍機システム内の熱負荷または質量負荷あるいはその両方が低減され得る。量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムの電力消費も低減され得る。さらに、システム７００を採用することによって、希釈冷凍機システムに関連付けられた量子プロセッサの性能または精度あるいはその両方が改善され得る。

【0045】

図８は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム８００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0046】

システム８００は、古典的コンピューティング・システム１０６を含んでいる。古典的コンピューティング・システム１０６は、希釈冷凍機システム１０２、希釈冷凍機システム１０２’、希釈冷凍機システム１０２”、または希釈冷凍機システム１０２”’に通信によって結合され得る。図８に示されている実施形態では、古典的コンピューティング・システム１０６が、古典的信号管理８０２または１つもしくは複数の電子機器８０４あるいはその両方を含むことができる。古典的信号管理８０２は、１つまたは複数の電子機器８０４に通信によって結合され得る。古典的信号管理８０２または１つもしくは複数の電子機器８０４あるいはその両方は、例えば、室温（例えば、約２７３Ｋ）のコンピューティング環境内で操作され得る。古典的信号管理８０２は、デジタル信号１１２に関連付けられた古典的信号処理を実行することができる。古典的信号管理８０２は、追加的または代替的に、デジタル信号１１２に関連付けられた信号解析を実行することができる。さらに、古典的コンピューティング・システム１０６は、追加的または代替的に、デジタル信号１１２に関連付けられたデータ（例えば、ビット）の格納を管理することができる。１つまたは複数の電子機器８０４は、マイクロ波信号１０８を生成することができるか、またはマイクロ波信号１０８を希釈冷凍機システム１０２、希釈冷凍機システム１０２’、希釈冷凍機システム１０２”、または希釈冷凍機システム１０２”’に送信することができるか、あるいはその両方を実行することができる。一実施形態では、１つまたは複数の電子機器８０４は、１つまたは複数の信号発生器であることができる。特定の実施形態では、古典的信号管理８０２および１つまたは複数の電子機器８０４は、１つもしくは複数のアナログ信号または１つもしくは複数のデジタル信号あるいはその両方を交換することができる。特定の実施形態では、古典的信号管理８０２または１つもしくは複数の電子機器８０４あるいはその両方は、ＲＳＦＱ論理４０２またはＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４あるいはその両方に関連付けられた１つまたは複数の機能を制御することができる。特定の実施形態では、古典的信号管理８０２または１つもしくは複数の電子機器８０４あるいはその両方は、１つまたは複数のアナログ信号をＲＳＦＱ論理４０２またはＲＳＦＱ ＤＡＣ４０４あるいはその両方に送信することができる。

【0047】

図９は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、例示的な非限定的システム９００のブロック図を示している。本明細書に記載された他の実施形態で採用されている類似する要素の説明の繰り返しは、簡潔にするために省略されている。

【0048】

システム９００は、ジョセフソンベースのミキサー９０１を含んでいる。ジョセフソンベースのミキサー９０１は、例えば、ジョセフソンベースのミキサー２０９に対応することができる。しかし、別の例では、ジョセフソンベースのミキサー９０１は、ジョセフソンベースのミキサー６０２に対応することができる。ジョセフソンベースのミキサー９０１は、マイクロ波共振器９０２、表面音響波共振器９０４、およびジョセフソン・リング変調器９０６を含むことができる。マイクロ波共振器９０２は、特定のマイクロ波周波数で共振することができるマイクロ波共振器であることができる。表面音響波共振器９０４は、マイクロ波共振器と異なる１つまたは複数のマイクロ波周波数で共振することができる電気機械共振器であることができる。１つの態様では、マイクロ波共振器９０２は、第１の共振周波数を備えることができ、表面音響波共振器９０４は、第２の共振周波数を備えることができる。ジョセフソン・リング変調器９０６は、ジョセフソン・トンネル接合のセットを備えることができる。例えば、ジョセフソン・リング変調器９０６は、ホイートストン・ブリッジ構成で配置されたジョセフソン接合のセットを備えることができる。追加的または代替的に、ジョセフソン・リング変調器９０６は、シャント接合のセットを備えることができる。一実施形態では、例えばマイクロ波共振器９０２、表面音響波共振器９０４、およびジョセフソン・リング変調器９０６を介して、減少した周波数のマイクロ波信号１１０への読み出し出力信号２１２の周波数のダウンコンバートを制御するために、ポンプ信号９０８が利用され得る。特定の実施形態では、ジョセフソンベースのミキサー９０１は、マイクロ波共振器９０２、表面音響波共振器９０４、またはジョセフソン・リング変調器９０６、あるいはその組み合わせの間の１つまたは複数の結合を容易にするために、結合コンデンサ９１０、結合コンデンサ９１２、結合コンデンサ９１４、または結合コンデンサ９１６、あるいはその組み合わせを含むことができる。結合コンデンサ９１０、結合コンデンサ９１２、結合コンデンサ９１４、または結合コンデンサ９１６、あるいはその組み合わせは、追加的または代替的に、読み出し出力信号２１２、減少した周波数のマイクロ波信号１１０、またはポンプ信号９０８、あるいはその組み合わせの処理を容易にすることができる。例えば、結合コンデンサ９１６は、減少した周波数のマイクロ波信号１１０を搬送する外部伝送線を表面音響波共振器９０４に結合することができる。結合コンデンサ９１０は、読み出し出力信号２１２を搬送する外部伝送線をマイクロ波共振器９０２に結合することができる。結合コンデンサ９１２または結合コンデンサ９１４あるいはその両方は、例えば、入力ポンプ駆動および出力ポンプ駆動を搬送する伝送線９１８をジョセフソン・リング変調器に結合することができる。

【0049】

図１０は、本明細書に記載された１つまたは複数の実施形態に従って、超伝導量子プロセッサ用の改善された希釈冷凍機を提供するための、例示的な非限定的方法１０００のフロー図を示している。１００２で、マイクロ波信号が、量子プロセッサに関連付けられた希釈冷凍機システムによって、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン・ミキサー回路に基づいて、減少した周波数のマイクロ波信号に変換される。１００４で、減少した周波数のマイクロ波信号が、希釈冷凍機システムによって、量子プロセッサに関連付けられた量子ビット情報を含んでいるデジタル信号にデジタル化される。１００６で、デジタル信号が、希釈冷凍機システムによって、古典的コンピューティング・システムに送信される。特定の実施形態では、方法１０００は、追加的または代替的に、希釈冷凍機システムによって、古典的コンピューティング・システムからマイクロ波信号を受信することを含むことができる。特定の実施形態では、方法１０００は、追加的または代替的に、希釈冷凍機システムによって、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソン方向性増幅器を介してマイクロ波信号を増幅することを含むことができる。特定の実施形態では、方法１０００は、追加的または代替的に、希釈冷凍機システムによって、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソンベースのアイソレータを介して量子プロセッサをノイズから分離することを含むことができる。特定の実施形態では、方法１０００は、追加的または代替的に、希釈冷凍機システムによって、希釈冷凍機システム内にあるジョセフソンベースのアイソレータを使用して、希釈冷凍機システムの出力チェーンに関連付けられたノイズから量子プロセッサを保護することを含むことができる。

【0050】

説明を簡単にするために、一連の動作として方法が示され、説明される。本革新技術が、示された動作によって、または動作の順序によって、あるいはその両方によって制限されず、例えば動作が、本明細書において提示されておらず、説明されていない他の動作と共に、さまざまな順序で、または同時に、あるいはその両方で発生できるということが、理解されるべきである。さらに、開示される対象に従って方法を実装するために、示されているすべての動作が必要でなくてもよい。加えて、当業者は、それらの方法が、代替として、状態図を介して相互に関連する一連の状態またはイベントとして表され得るということを理解するであろう。

【0051】

さらに、少なくとも、マイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換すること、減少した周波数のマイクロ波信号をデジタル化することなどが、電気的および機械的コンポーネントおよび回路の組み合わせから確立されるため、人間は、本明細書で開示されたシステムまたはデバイスあるいはその両方によって実行される処理を再現することも実行することもできない。例えば、人間は、マイクロ波信号を減少した周波数のマイクロ波信号に変換することができない。さらに、人間は、減少した周波数のマイクロ波信号をデジタル化することができない。

【0052】

加えて、「または」という用語は、排他的「論理和」ではなく、包含的「論理和」を意味するよう意図されている。すなわち、特に指定されない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸがＡまたはＢを採用する」は、自然な包含的順列のいずれかを意味するよう意図されている。すなわち、ＸがＡを採用するか、ＸがＢを採用するか、またはＸがＡおよびＢの両方を採用する場合、「ＸがＡまたはＢを採用する」が、前述の事例のいずれかにおいて満たされる。さらに、本明細書および添付の図面において使用される冠詞「ある（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、単数形を対象にすることが特に指定されない限り、または文脈から明らかでない限り、「１つまたは複数」を意味すると一般に解釈されるべきである。本明細書において使用されるとき、「例」または「例示的」あるいはその両方の用語は、例、事例、または実例となることを意味するために使用される。誤解を避けるために、本明細書で開示された対象は、そのような例によって制限されない。加えて、「例」または「例示的」あるいはその両方として本明細書に記載された任意の態様または設計は、他の態様または設計よりも好ましいか、または有利であると必ずしも解釈されず、当業者に知られている同等の例示的な構造および技術を除外するよう意図されていない。

【0053】

前述した内容は、システムおよびコンピュータ実装方法の単なる例を含んでいる。当然ながら、本開示を説明する目的で、コンポーネントまたはコンピュータ実装方法の考えられるすべての組み合わせについて説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのその他の組み合わせおよび並べ替えが可能であるということを認識できる。さらに、「含む」、「有する」、「所有する」などの用語が、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、付記、および図面において使用される範囲では、それらの用語は、「備えている」が特許請求における暫定的な用語として使用されるときに解釈されるような、用語「備えている」と同様の方法で、包含的であるよう意図されている。

【0054】

さまざまな実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、網羅的であることは意図されておらず、開示された実施形態に制限されない。記載された実施形態の範囲および思想を逸脱することなく多くの変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。本明細書で使用された用語は、実施形態の原理、実際の適用、または市場で見られる技術を超える技術的改良を最も適切に説明するため、または他の当業者が本明細書で開示された実施形態を理解できるようにするために選択されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】