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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】2024-07-23
(45)【発行日】2024-07-31
(54)【発明の名称】計算装置
(51)【国際特許分類】
H10N 60/10 20230101AFI20240724BHJP
G06N 10/00 20220101ALI20240724BHJP
H03B 15/00 20060101ALI20240724BHJP
【ＦＩ】
H10N60/10 K
G06N10/00
H03B15/00 ZAA
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021093979
(22)【出願日】2021-06-04
(65)【公開番号】P2022114414
(43)【公開日】2022-08-05
【審査請求日】2023-03-13
(31)【優先権主張番号】P 2021010008
(32)【優先日】2021-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度、国立研究開発法人 「新エネルギー・産業技術総合開発機構」「高効率・高速処理を可能とするＡＩチップ・次世代コンピューティングの技術開発／次世代コンピューティング技術の開発／超伝導体・半導体技術を融合した集積量子計算システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ
(72)【発明者】
【氏名】金尾 太郎
(72)【発明者】
【氏名】後藤 隼人
【審査官】市川 武宜
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５２４７９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２１１７９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－０９９１３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ６０／１０
Ｈ０３Ｂ １５／００
Ｇ０６Ｎ １０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記第１周波数の０．３倍以下である、計算装置。
【請求項2】
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の３０倍以下である、計算装置。
【請求項3】
前記第１周波数と前記第２周波数との差の前記絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の１６倍以上２４倍以下である、請求項２記載の計算装置。
【請求項4】
前記第１周波数と前記第２周波数との前記差の前記絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数に対応する、請求項１～３のいずれか１つに記載の計算装置。
【請求項5】
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数に対応する、計算装置。
【請求項6】
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第１動作において、前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第２周波数成分に応じて変化する、請求項１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【請求項7】
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、第３周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、前記第３周波数は前記第２周波数とは異なる、請求項１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【請求項8】
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、請求項７記載の計算装置。
【請求項9】
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、前記第２周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、前記第３周波数成分の大きさは、前記第２周波数成分の大きさとは異なる、請求項１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【請求項10】
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、請求項９記載の計算装置。
【請求項11】
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に前記電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号を発生可能な第２回路と、
前記第１周波数信号と前記差周波数信号とを混合可能な第３回路と、
を含む、計算装置。
【請求項12】
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に前記電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を含み、
前記第１回路は、前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能であり、
前記第２回路は、前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号と、前記差周波数信号と同相直交の信号と、を発生可能であり、
前記第３回路は、前記第１周波数信号と、前記差周波数信号と、前記同相直交の前記信号と、を混合可能である、計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、計算装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、複数の量子非線形発振器を利用する計算装置が提案されている。計算装置において、高速化が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６５３０３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、高速化が可能な計算装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態によれば、計算装置は、非線形発振器を含む。前記非線形発振器は、第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む。前記第１端子に電気信号が入力される。第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図１に示すように、実施形態に係る計算装置１１０は、非線形発振器１０を含む。非線形発振器１０は、回路部１２及び導電部材１５を含む。
図１は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図１に示すように、実施形態に係る計算装置１１０は、非線形発振器１０を含む。非線形発振器１０は、回路部１２及び導電部材１５を含む。
【0009】
回路部１２は、第１ジョセフソン接合１１ａ及び第２ジョセフソン接合１１ｂを含む。例えば、回路部１２は、第１導電部１３ａ及び第２導電部１３ｂをさらに含む。第１ジョセフソン接合１１ａ及び第２ジョセフソン接合１１ｂは、第１導電部１３ａ及び第２導電部１３ｂにより接続される。第１ジョセフソン接合１１ａ及び第２ジョセフソン接合１１ｂは、並列に接続される。例えば、第２導電部１３ｂがグランド部ＧＮＤに電気的に接続される。回路部１２は、例えばｄｃＳＱＵＩＤである。
【0010】
導電部材１５は、第１端子１５Ｔを含む。第１端子１５Ｔは、例えば、導電部材１５の一方の端に対応する。導電部材１５の他方の端は、グランド部ＧＮＤに電気的に接続される。
【0011】
電気信号Ｓｅが第１端子１５Ｔに印加される。電気信号Ｓｅは、例えば、マイクロ波パルスである。
【0012】
電気信号Ｓｅは、例えば、信号発生器７０から第１端子１５Ｔに入力される。計算装置１１０は、信号発生器７０を含んでも良い。信号発生器７０は、電気信号Ｓｅを第１端子１５Ｔに印加可能である。信号発生器７０の例については後述する。
【0013】
１つの動作（第１動作ＯＰ１）において、電気信号Ｓｅは、第１信号Ｓｇ１を含む。第１信号は、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第２周波数成分と、を含む。第１周波数ｆ１は、例えば、非線形発振器１０の発振周波数の実質的に２倍である。
【0014】
例えば、周波数は、角周波数「ωｐ」、及び、角周波数「ωｐ＋ωｇ」により表現できる。第１周波数ｆ１は、ωｐ／（２π）に対応する。第２周波数ｆ２は、（ωｐ＋ωｇ）／２πに対応する。周波数ｆｇは、ωｇ／（２π）に対応する。１つの例において、ωｐ／（２π）は、２０ＧＨｚである。１つの例において、ωｇ／（２π）は、０．１ＧＨｚである。「π」は、円周率である。
【0015】
このような第１信号Ｓｇ１を含む電気信号Ｓｅが、１つの端子（第１端子１５Ｔ）に入力される。
【0016】
導電部材１５に電気信号Ｓｅが供給されることで、導電部材１５から生じる磁場Φ（磁束）が、回路部１２に印加される。第１周波数成分と第２周波数成分とを含む第１信号Ｓｇ１が導電部材１５に印加されることで、回路部１２における発振状態が制御できる。
【0017】
非線形発振器１０は、例えば、カーパラメトリック発振器（ＫＰＯ：Kerr Parametric Oscillator）に対応する。計算装置１１０において、ＫＰＯの分岐現象が利用される。計算装置１１０は、例えば、量子計算装置である。
【0018】
図１に示すように、非線形発振器１０は、共振器２０をさらに含んでも良い。共振器２０は、例えば、回路部１２と接続される。この例では、共振器２０は、第１導電部１３ａに接続される。例えば、共振器２０の共振状態の検出（測定）により、非線形発振器１０における発振状態が検出できる。
【0019】
実施形態において、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第２周波数成分と、を含む第１信号Ｓｇ１を印加することで、励起状態が利用できる。例えば、「Ｘ回転ゲート操作」が実施できる。
【0020】
一般に、ｄｃＳＱＵＩＤを用いた計算装置において、基底状態が用いられる。例えば、基底状態は、｜α＞、及び、｜－α＞である。これらの状態は、コヒーレント状態である。例えば、これらの状態が、量子ビットの、｜０＞、及び、｜１＞に利用される。ＫＰＯにおけるＸ回転ゲート操作により、例えば、｜α＞と｜－α＞との間の遷移が行われる。
【0021】
例えば、磁場Φを制御してＸ回転ゲート操作が行われる参考例が考えられる。参考例においては、追加の導電部材（伝送線路）が必要となる。例えば、一般の参考例においては、｜α＞及び｜－α＞の限られた状態が利用される。例えば、参考例においては、１つの周波数（ωｐ）のマイクロ波が利用される。
【0022】
これに対して、実施形態においては、複数の周波数成分を含む第１信号Ｓｇ１が導電部材１５に印加される。これにより、｜α＞と｜－α＞との間の遷移が容易に操作できる。例えば、Ｘ回転ゲート操作が高速に実施できる。実施形態によれば、高速化が可能な計算装置を提供できる。実施形態における状態の変化（遷移）の例については後述する。
【0023】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。 図２（ａ）の横軸は、時間ｔである。図２（ａ）の縦軸は、第１信号Ｓｇ１（任意単位）である。図２（ａ）に示すように、第１信号Ｓｇ１は、時間ｔとともに変化する。
【0024】
図２（ｂ）は、このような第１信号Ｓｇ１のスペクトルを例示している。図２（ｂ）の横軸は、周波数ｆである。周波数ｆは、ω／２πである。図２（ｂ）の縦軸は、スペクトルの強度Ｓｐ１（任意単位）である。図２（ｂ）に示すように、スペクトルの強度Ｓｐ１は２つの独立したピークを含む。スペクトルの強度Ｓｐ１は、例えば、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第２周波数成分と、を含む。この例では、第１周波数ｆ１は、２０ＧＨｚである。第２周波数ｆ２は、１９．８ＧＨｚである。例えば、ωｐ／（２π）は、２０ＧＨｚに対応する。例えば、ωｇ／２πは、－０．２ＧＨｚに対応する。このような第１信号Ｓｇ１を用いることでＸ回転ゲート操作が高速に実施できる。
【0025】
例えば、第１信号Ｓｇ１に対応する信号波形ｆ（ｔ）は、以下の第１式で表される。
【数1】
【0026】
例えば、スペクトルの強度Ｓｐ１に対応するスペクトルＳ（ω）は、以下の第２式で表される。
【数2】
【0027】
１つの例において、係数Ａｐは、４である。例えば、係数Ａｇは、１である。例えば、「Ｔｇ」は、例えば、１６０ｎｓである。
【0028】
例えば、第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも低い。
【0029】
図３は、第１実施形態に係る計算装置における状態を例示する模式図である。
図３の横軸は、比ｐ／Ｋである。「ｐ」は、ＫＰＯのポンピング振幅である。「Ｋ」は、ＫＰＯのカー係数である。縦軸は、エネルギー固有値Ｅｉである。カー係数Ｋは、非線形発振器１０における非調和性に対応する。非調和性は、例えば、ポンピング振幅ｐが０のときのスペクトルから導出できる。例えば、Ｋ／（２π）＝ｆ１２－ｆ０１が成立する。「ｆ０１」は、「真空」から「１光子状態」への励起に対応する周波数に対応する。「ｆ１２」は、「１光子状態」から「２光子状態」への励起に対応する周波数である。
図３の横軸は、比ｐ／Ｋである。「ｐ」は、ＫＰＯのポンピング振幅である。「Ｋ」は、ＫＰＯのカー係数である。縦軸は、エネルギー固有値Ｅｉである。カー係数Ｋは、非線形発振器１０における非調和性に対応する。非調和性は、例えば、ポンピング振幅ｐが０のときのスペクトルから導出できる。例えば、Ｋ／（２π）＝ｆ１２－ｆ０１が成立する。「ｆ０１」は、「真空」から「１光子状態」への励起に対応する周波数に対応する。「ｆ１２」は、「１光子状態」から「２光子状態」への励起に対応する周波数である。
【0030】
図３に示すエネルギーＥ０、Ｅ１は、基底状態｜α＞及び｜－α＞に対応する。図３に示すように、他のエネルギーＥ２～Ｅ７などが存在する。他のエネルギーＥ２～Ｅ７は、励起状態に対応する。一般に、基底状態に対応するエネルギーＥ０、Ｅ１が利用される。この場合、励起状態への遷移が生じないように設計される。
【0031】
これに対して、実施形態においては、基底状態から励起状態への遷移が利用される。「ωｇ」を利用することで、遷移が行われる。例えば、導電部材１５は、２光子励起用の伝送経路として機能する。
【0032】
以下、実施形態に係る計算装置１１０の動作の例について説明する。
【0033】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る計算装置の動作を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間Ｋｔである。図４（ａ）の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。図４（ｂ）の縦軸は、｜α＞、｜－α＞、及び、それらの和の確率Ｐαである。
これらの図の横軸は、時間Ｋｔである。図４（ａ）の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。図４（ｂ）の縦軸は、｜α＞、｜－α＞、及び、それらの和の確率Ｐαである。
【0034】
図４（ａ）に示すように、互いに離れた準位間の遷移（例えば、エネルギーＥ１とエネルギーＥ５との間の遷移）が利用可能である。
【0035】
図４（ｂ）に示すように、｜α＞から｜－α＞への遷移が可能である。例えば、ゲート時間（時間Ｋｔ）が２０のときにおいて、忠実度Ｆは、０．９９９０９１である。｜＜Ｅ０｜ψ＞｜２＋｜＜Ｅ１｜ψ＞｜２は、０．９９９３６である。
【0036】
図５は、第１実施形態に係る計算装置の動作を例示する模式図である。
図５においては、初期状態の固有状態｜Ｅ１＞が（｜α＞－｜－α＞）／２１／２とされる。図５の横軸は、時間Ｋｔである。図５の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。
図５においては、初期状態の固有状態｜Ｅ１＞が（｜α＞－｜－α＞）／２１／２とされる。図５の横軸は、時間Ｋｔである。図５の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。
【0037】
図５の場合も、互いに離れた準位間の遷移（例えば、エネルギーＥ１とエネルギーＥ５との間の遷移）が利用可能である。例えば、ゲート時間（時間Ｋｔ）が１０のときにおいて、｜＜Ｅ１｜ψ＞｜２は、０．９９９５０３である。ａｒｇ（＜Ｅ１｜ψ＞）／πは、０．９９９４７７である。
【0038】
上記のように、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の２倍に設定される。非線形発振器１０の発振状態は、第１発振状態、第２発振状態及び第３発振状態を含む。第１発振状態及び第２発振状態は、例えば、基底状態に対応するエネルギーＥ０、Ｅ１に対応する状態である。第３発振状態は、例えば、他のエネルギーＥ２～Ｅ７などの状態である。実施形態において、上記のように、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第２周波数成分と、を含む第１信号Ｓｇ１を含む電気信号Ｓｅが第１端子１５Ｔに入力される。これにより、非線形発振器１０の発振状態が変化する。
【0039】
例えば、図４（ｂ）に示すように、第１動作ＯＰ１において、第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比が変化する。すなわち、Ｘ回転ゲート操作が容易に行われる。第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比は、第２周波数成分に応じて変化可能である。
【0040】
実施形態において、｜α＞の状態から｜－α＞の状態への遷移、または、｜－α＞の状態から｜α＞の状態への遷移が行われても良い。例えば、第１発振状態は、｜α＞の状態、及び、｜－α＞の状態の一方に対応する。例えば、第２発振状態は、｜α＞の状態、及び、｜－α＞の状態の他方に対応する。
【0041】
以下に説明するように、実施形態において、上記の第１動作ＯＰ１に加えて、さらに別の動作が行われても良い。
【0042】
図６は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図６は、第２動作ＯＰ２を例示している。第２動作ＯＰ２においては、電気信号Ｓｅは、第１周波数成分を含む第２信号Ｓｇ２を含む。第２信号Ｓｇ２は、第２周波数成分を実質的に含まない。この場合、Ｘ回転ゲート操作は行われない。この場合も、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の実質的に２倍である。第２動作ＯＰ２においても、非線形発振器１０の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含む。第２動作ＯＰ２における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比は、第１動作ＯＰ１における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる。例えば、第２動作ＯＰ２として、Ｘ回転ゲート操作に関する第１動作ＯＰ１とは異なる操作が行われても良い。
図６は、第２動作ＯＰ２を例示している。第２動作ＯＰ２においては、電気信号Ｓｅは、第１周波数成分を含む第２信号Ｓｇ２を含む。第２信号Ｓｇ２は、第２周波数成分を実質的に含まない。この場合、Ｘ回転ゲート操作は行われない。この場合も、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の実質的に２倍である。第２動作ＯＰ２においても、非線形発振器１０の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含む。第２動作ＯＰ２における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比は、第１動作ＯＰ１における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる。例えば、第２動作ＯＰ２として、Ｘ回転ゲート操作に関する第１動作ＯＰ１とは異なる操作が行われても良い。
【0043】
図７は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図７は、第３動作ＯＰ３を例示している。第３動作ＯＰ３においては、電気信号Ｓｅは、第３信号Ｓｇ３を含む。第３信号Ｓｇ３は、第１周波数ｆ１を含む第１周波数成分と、第３周波数ｆ３を有する第３周波数成分と、を含む。第３周波数ｆ３は、（ωｐ＋ωｇａ）／２πに対応する。「ωｇａ」は、「ωｇ」とは異なる。第３周波数ｆ３は、第２周波数ｆ２とは異なる。このような第３周波数成分を含む第３信号Ｓｇ３が用いられても良い。
図７は、第３動作ＯＰ３を例示している。第３動作ＯＰ３においては、電気信号Ｓｅは、第３信号Ｓｇ３を含む。第３信号Ｓｇ３は、第１周波数ｆ１を含む第１周波数成分と、第３周波数ｆ３を有する第３周波数成分と、を含む。第３周波数ｆ３は、（ωｐ＋ωｇａ）／２πに対応する。「ωｇａ」は、「ωｇ」とは異なる。第３周波数ｆ３は、第２周波数ｆ２とは異なる。このような第３周波数成分を含む第３信号Ｓｇ３が用いられても良い。
【0044】
このような第３動作においても、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の実質的に２倍に設定される。非線形発振器１０の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含む。第３動作ＯＰ３における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比は、第１動作ＯＰ１における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる。このような第３動作ＯＰ３が行われても良い。
【0045】
図８は、第１実施形態に係る計算装置を例示する模式図である。
図８は、第３動作ＯＰ３を例示している。第３動作ＯＰ３においては、電気信号Ｓｅは、第３信号Ｓｇ３を含む。この第３動作ＯＰ３においては、第３信号Ｓｇ３は、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第３周波数成分と、を含む。第３動作ＯＰ３における第３周波数成分の大きさは、上記の第１動作ＯＰ１における第２周波数成分の大きさとは異なる。例えば、第３動作ＯＰ３における第３周波数成分の周波数（第２周波数ｆ２）は、第１動作ＯＰ１における第２周波数成分の周波数（第２周波数ｆ２）と同じである。同じ周波数で大きさが異なる別の第３周波数成分を含む第３信号Ｓｇ３が用いられても良い。
図８は、第３動作ＯＰ３を例示している。第３動作ＯＰ３においては、電気信号Ｓｅは、第３信号Ｓｇ３を含む。この第３動作ＯＰ３においては、第３信号Ｓｇ３は、第１周波数ｆ１を有する第１周波数成分と、第２周波数ｆ２を有する第３周波数成分と、を含む。第３動作ＯＰ３における第３周波数成分の大きさは、上記の第１動作ＯＰ１における第２周波数成分の大きさとは異なる。例えば、第３動作ＯＰ３における第３周波数成分の周波数（第２周波数ｆ２）は、第１動作ＯＰ１における第２周波数成分の周波数（第２周波数ｆ２）と同じである。同じ周波数で大きさが異なる別の第３周波数成分を含む第３信号Ｓｇ３が用いられても良い。
【0046】
図８に例示する第３動作ＯＰ３においても、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の実質的に２倍に設定される。非線形発振器１０の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含む。図８に例示する第３動作ＯＰ３における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比は、図１に例示する第１動作ＯＰ１における第１発振状態の発生確率の、第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる。このように、第２周波数ｆ２を有する周波数成分の大きさを変更することで、発振状態を変更することが容易にできる。
【0047】
図９（ａ）～図９（ｃ）は、第１実施形態に係る計算装置の一部を例示する模式図である。
図９（ａ）に示すように、信号発生器７０は、第１回路７１及び第２回路７２を含む。第１回路７１は、第１周波数ｆ１の第１周波数信号Ｓｆ１を発生可能である。第２回路７２は、第２周波数ｆ２の第２周波数信号Ｓｆ２を発生可能である。
図９（ａ）に示すように、信号発生器７０は、第１回路７１及び第２回路７２を含む。第１回路７１は、第１周波数ｆ１の第１周波数信号Ｓｆ１を発生可能である。第２回路７２は、第２周波数ｆ２の第２周波数信号Ｓｆ２を発生可能である。
【0048】
図９（ｂ）に示すように、信号発生器７０は、第１回路７１、第２回路７２及び第３回路７３を含んでも良い。第１回路７１は、第１周波数ｆ１の第１周波数信号Ｓｆ１を発生可能である。第２回路７２は、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の周波数の差周波数信号Ｓｄを発生可能である。差の周波数は、ωｇ／２πに対応する。第３回路７３は、第１周波数信号Ｓｆ１と差周波数信号Ｓｄとを混合可能である。第３回路７３から第２周波数ｆ２（（ωｐ±ωｇ）／２π）の信号が出力される。
【0049】
図９（ｃ）に示すように、信号発生器７０は、第１回路７１、第２回路７２及び第３回路７３を含んでも良い。第１回路７１は、第１周波数ｆ１の第１周波数信号Ｓｆ１を発生可能である。第２回路７２は、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の周波数の差周波数信号Ｓｄと、差周波数信号Ｓｄと同相直交の信号Ｓｄｘと、を発生可能である。第３回路７３は、第１周波数信号Ｓｆ１と差周波数信号Ｓｄとを混合可能である。第３回路７３から第２周波数ｆ２（（ωｐ＋ωｇ）／２π）の信号が出力される。
【0050】
図１０は、計算装置の特性を例示するグラフ図である。
図１０は、励起状態を利用した回転ゲート操作の回転角（回転位相）のシミュレーション結果を例示している。図１０の横軸は、比｜ωｇ／Ｋ｜である。縦軸は、回転位相Ｐｒである。回転角をθとしたとき、回転位相Ｐｒは、θ／πに対応する。この例では、初期状態は、（｜Ｅ０＞＋｜Ｅ１＞）／２１／２であり、実質的に｜α＞に対応する。差ξｎは、｜Ｅｎ－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）に対応する。「ｈ」はプランク定数である。ξ０及びξ１は、０である。図１０の例においては、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。
図１０は、励起状態を利用した回転ゲート操作の回転角（回転位相）のシミュレーション結果を例示している。図１０の横軸は、比｜ωｇ／Ｋ｜である。縦軸は、回転位相Ｐｒである。回転角をθとしたとき、回転位相Ｐｒは、θ／πに対応する。この例では、初期状態は、（｜Ｅ０＞＋｜Ｅ１＞）／２１／２であり、実質的に｜α＞に対応する。差ξｎは、｜Ｅｎ－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）に対応する。「ｈ」はプランク定数である。ξ０及びξ１は、０である。図１０の例においては、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。
【0051】
図１０に示すように、比｜ωｇ／Ｋ｜が高くなるにつれて、差ξ２～ξ１０に対応する回転が生じる。Ｘ回転ゲート操作Ｒｘ（θ）において、忠実度Ｆは、０．９９９よりも高い。
【0052】
実施形態において、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値は、例えば、非線形発振器１０のカー係数の５倍以上３０倍以下であることが好ましい。例えば、図１０に示すように、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差（ωｇ／２π）の絶対値がカー係数Ｋの０倍以上（例えば５倍以上）、３０倍以下のときに、大きな回転位相Ｐｒが、高い忠実度で得られる。
【0053】
上記のように、実施形態において、第１周波数ｆ１は、非線形発振器１０の発振周波数の２倍に設定可能である。第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値は、例えば、第１周波数ｆ１の０倍以上０．３倍以下であることが好ましい。例えば、図１０に示すように、大きな回転位相が得られる比｜ωｇ／Ｋ｜の範囲は、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差（ωｇ／２π）の絶対値が第１周波数ｆ１の０倍を超え（例えば０．０５倍以上）、０．３倍以下のときに、大きな回転位相が、高い忠実度で得られる。例えば、Ｋ／（２π）は、第１周波数ｆ１の実質的に１／１００と見積もられる。
【0054】
第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値は、例えば、非線形発振器１０の基底状態と、励起状態と、の差の絶対値に対応して良い。
【0055】
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んで良い。
（構成１）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記第１周波数の０．３倍以下である、計算装置。
（構成１）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記第１周波数の０．３倍以下である、計算装置。
【0056】
（構成２）
前記第１周波数と前記第２周波数との差の前記絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の３０倍以下である、構成１記載の計算装置。
前記第１周波数と前記第２周波数との差の前記絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の３０倍以下である、構成１記載の計算装置。
【0057】
（構成３）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の３０倍以下である、計算装置。
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の３０倍以下である、計算装置。
【0058】
（構成４）
前記第１周波数と前記第２周波数との前記差の前記絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数の絶対値に対応する、構成１～３のいずれか１つに記載の計算装置。
前記第１周波数と前記第２周波数との前記差の前記絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数の絶対値に対応する、構成１～３のいずれか１つに記載の計算装置。
【0059】
（構成５）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数の絶対値に対応する、計算装置。
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の絶対値は、前記非線形発振器の基底状態のエネルギーと、励起状態のエネルギーと、の差に対応する周波数の絶対値に対応する、計算装置。
【0060】
（構成６）
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第１動作において、前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第２周波数成分に応じて変化する、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第１動作において、前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第２周波数成分に応じて変化する、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【0061】
（構成７）
第２動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分を含む第２信号を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
第２動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分を含む第２信号を含む、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【0062】
（構成８）
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第２動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成７記載の計算装置。
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第２動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成７記載の計算装置。
【0063】
（構成９）
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、第３周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、
前記第３周波数は前記第２周波数とは異なる、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、第３周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、
前記第３周波数は前記第２周波数とは異なる、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【0064】
（構成１０）
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成９記載の計算装置。
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成９記載の計算装置。
【0065】
（構成１１）
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、前記第２周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、
前記第３周波数成分の大きさは、前記第２周波数成分の大きさとは異なる、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
第３動作において、前記電気信号は、前記第１周波数成分と、前記第２周波数を有する第３周波数成分と、を含む第３信号を含み、
前記第３周波数成分の大きさは、前記第２周波数成分の大きさとは異なる、構成１～５のいずれか１つに記載の計算装置。
【0066】
（構成１２）
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成１１記載の計算装置。
前記第１周波数は、前記非線形発振器の発振周波数の２倍であり、
前記非線形発振器の発振状態は、第１発振状態と第２発振状態とを含み、
前記第３動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比は、前記第１動作における前記第１発振状態の発生確率の、前記第２発振状態の発生確率に対する比とは異なる、構成１１記載の計算装置。
【0067】
（構成１３）
前記第２周波数は、前記第１周波数よりも低い、構成１～１２のいずれか１つに記載の計算装置。
前記第２周波数は、前記第１周波数よりも低い、構成１～１２のいずれか１つに記載の計算装置。
【0068】
（構成１４）
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器をさらに備えた、構成１～１３のいずれか１つに記載の計算装置。
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器をさらに備えた、構成１～１３のいずれか１つに記載の計算装置。
【0069】
（構成１５）
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第２周波数の第２周波数信号を発生可能な第２回路と、
を含む、構成１４記載の計算装置。
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第２周波数の第２周波数信号を発生可能な第２回路と、
を含む、構成１４記載の計算装置。
【0070】
（構成１６）
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号を発生可能な第２回路と、
前記第１周波数信号と前記差周波数信号とを混合可能な第３回路と、
を含む、構成１４記載の計算装置。
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号を発生可能な第２回路と、
前記第１周波数信号と前記差周波数信号とを混合可能な第３回路と、
を含む、構成１４記載の計算装置。
【0071】
（構成１７）
前記信号発生器は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を含み、
前記第１回路は、前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能であり、
前記第２回路は、前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号と、前記差周波数信号と同相直交の信号と、を発生可能であり、
前記第３回路は、前記第１周波数信号と、前記差周波数信号と、前記同相直交の前記信号と、を混合可能である、構成１４記載の計算装置。
前記信号発生器は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を含み、
前記第１回路は、前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能であり、
前記第２回路は、前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号と、前記差周波数信号と同相直交の信号と、を発生可能であり、
前記第３回路は、前記第１周波数信号と、前記差周波数信号と、前記同相直交の前記信号と、を混合可能である、構成１４記載の計算装置。
【0072】
（構成１８）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号を発生可能な第２回路と、
前記第１周波数信号と前記差周波数信号とを混合可能な第３回路と、
を含む、計算装置。
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、
前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能な第１回路と、
前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号を発生可能な第２回路と、
前記第１周波数信号と前記差周波数信号とを混合可能な第３回路と、
を含む、計算装置。
【0073】
（構成１９）
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を含み、
前記第１回路は、前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能であり、
前記第２回路は、前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号と、前記差周波数信号と同相直交の信号と、を発生可能であり、
前記第３回路は、前記第１周波数信号と、前記差周波数信号と、前記同相直交の前記信号と、を混合可能である、計算装置。
第１ジョセフソン接合及び第２ジョセフソン接合を含む回路部と、第１端子を含む導電部材と、を含む非線形発振器と、
前記電気信号を前記第１端子に印加可能な信号発生器と、
を備え、
前記第１端子に電気信号が入力され、
第１動作において、前記電気信号は、第１周波数を有する第１周波数成分と、第２周波数を有する第２周波数成分と、を含む第１信号を含み、
前記信号発生器は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を含み、
前記第１回路は、前記第１周波数の第１周波数信号を発生可能であり、
前記第２回路は、前記第１周波数と前記第２周波数との差の周波数の差周波数信号と、前記差周波数信号と同相直交の信号と、を発生可能であり、
前記第３回路は、前記第１周波数信号と、前記差周波数信号と、前記同相直交の前記信号と、を混合可能である、計算装置。
【0074】
（構成２０）
前記第１周波数と前記第２周波数との差の前記絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の１６倍以上２４倍以下である、構成２記載の計算装置。
前記第１周波数と前記第２周波数との差の前記絶対値は、前記非線形発振器のカー係数に対応する周波数の１６倍以上２４倍以下である、構成２記載の計算装置。
【0075】
図１１は、計算装置の特性を例示するグラフ図である。
図１１は、図１０のシミュレーションをより詳細に行った結果を例示している。図１１の横軸は、比｜ωｇ／Ｋ｜である。図１１においては、比｜ωｇ／Ｋ｜が０～４０の範囲が示されている。縦軸は、回転位相Ｐｒである。回転角をθとしたとき、回転位相Ｐｒは、θ／πに対応する。この例では、初期状態は、（｜Ｅ０＞＋｜Ｅ１＞）／２１／２であり、実質的に｜α＞に対応する。差ξｎは、｜Ｅｎ－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）に対応する。差ξｎは、周波数ξｎＫ／２πに対応する。「ｈ」はプランク定数である。ξ０及びξ１は、０である。図１１の例においては、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。
図１１は、図１０のシミュレーションをより詳細に行った結果を例示している。図１１の横軸は、比｜ωｇ／Ｋ｜である。図１１においては、比｜ωｇ／Ｋ｜が０～４０の範囲が示されている。縦軸は、回転位相Ｐｒである。回転角をθとしたとき、回転位相Ｐｒは、θ／πに対応する。この例では、初期状態は、（｜Ｅ０＞＋｜Ｅ１＞）／２１／２であり、実質的に｜α＞に対応する。差ξｎは、｜Ｅｎ－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）に対応する。差ξｎは、周波数ξｎＫ／２πに対応する。「ｈ」はプランク定数である。ξ０及びξ１は、０である。図１１の例においては、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。
【0076】
図１１に示すように、例えば、差ξ２～ξ８に対応する回転が生じる。例えば、比｜ωｇ／Ｋ｜が１６以上２４以下の範囲において、回転位相Ｐｒは約－０．６から約０．４の範囲で連続的に変化する。例えば、比｜ωｇ／Ｋ｜が実質的に差ξ６の近傍に設定されることで、回転位相Ｐｒは約－０．６から約０．４の範囲で連続的に変化する。差ξ６は、｜Ｅ６－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）である。例えば、比｜ωｇ／Ｋ｜が実質的に差ξ６に設定されることで、角度θが０～－π／２のＸ回転ゲート操作が得られる。このようなＸ回転ゲート操作Ｒｘ（θ）において、忠実度Ｆは、０．９９９よりも高い。このような特性が、図１０を詳しくシミュレーションした結果の図１１により確認される。
【0077】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第１実施形態に係る計算装置の動作を例示する模式図である。
これらの図は、図１１のシミュレーション条件における特性を例示している。すなわち、この例において、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。これらの図の横軸は、時間Ｋｔである。図１２（ａ）の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。図１２（ｂ）の縦軸は、｜α＞、｜－α＞、及び、それらの和の確率Ｐαである。比｜ωｇ／Ｋ｜は、２０であり、｜Ｅ６－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）の値である１９．２に近い。
これらの図は、図１１のシミュレーション条件における特性を例示している。すなわち、この例において、ｐ／Ｋは４であり、Ｋ・Ｔｇは１０である。これらの図の横軸は、時間Ｋｔである。図１２（ａ）の縦軸は、複数の固有状態のそれぞれの確率ＰＥである。図１２（ｂ）の縦軸は、｜α＞、｜－α＞、及び、それらの和の確率Ｐαである。比｜ωｇ／Ｋ｜は、２０であり、｜Ｅ６－Ｅ０｜／（ｈＫ／２π）の値である１９．２に近い。
【0078】
図１２（ａ）に示すように、互いに離れた準位間の遷移（例えば、エネルギーＥ０とエネルギーＥ６との間の遷移）が利用可能である。
【0079】
図１２（ｂ）に示すように、｜α＞から｜－α＞への遷移が可能である。例えば、ゲート時間（時間Ｋｔ）が１０のときにおいて、忠実度Ｆは、０．９９９４７である。θ／πは、－０．５００２４である。Ｘ回転ゲート操作Ｒｘ（－π／２）が実施される。第２周波数成分の最大値をｐｇｍａｘとしたとき、ｐｇｍａｘ／Ｋは、０．６８４５である。第２周波数成分は、周波数ｆｇ（すなわち、ωｇ／（２π））の成分である。
【0080】
このように、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値は、非線形発振器１０の基底状態のエネルギー（例えば固有エネルギー）と、６番目の励起状態のエネルギー（例えば固有エネルギー）と、の差に対応する周波数に対応することがより好ましい。エネルギーの差に対応する周波数は、｜Ｅｎ－Ｅ０｜／ｈに対応する。
【0081】
実施形態において、例えば、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差の絶対値は、例えば、非線形発振器１０のカー係数Ｋに対応する周波数の５倍以上３０倍以下であることが好ましい。カー係数Ｋに対応する周波数は、Ｋ／（２π）である。例えば、図１０及び図１１に示すように、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差（ωｇ／２π）の絶対値がカー係数Ｋに対応する周波数（Ｋ／（２π））の０倍以上（例えば５倍以上）、３０倍以下のときに、大きな回転位相Ｐｒが、高い忠実度で得られる。例えば、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との差（ωｇ／２π）の絶対値がカー係数Ｋに対応する周波数（Ｋ／（２π））の１６倍以上２４倍以下であることが好ましい。
【0082】
実施形態によれば、高速化が可能な計算装置が提供できる。
【0083】
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、計算装置に含まれる非線形発振器、導電部材及び信号発生器などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【0084】
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0085】
本発明の実施の形態として上述した計算装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての計算装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0086】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0087】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0088】
１０…非線形発振器、 １１ａ、１１ｂ…第１、第２ジョセフソン接合、 １２…回路部、 １３ａ、１３ｂ…第１、第２導電部、 １５…導電部材、 １５Ｔ…第１端子、 ２０…共振器、 ７０…信号発生器、 ７１～７３…第１～第３回路、 Φ…磁場、 １１０…計算装置、 Ｅ０～Ｅ７…エネルギー、 Ｅｉ…エネルギー固有値、 ＧＮＤ…グランド部、 Ｋｔ…時間、 Ｐα…確率、 ＰＥ…確率、 Ｐｒ…回転位相、 Ｓｄ…差周波数信号、 Ｓｄｘ…信号、 Ｓｅ…電気信号、 Ｓｆ１、Ｓｆ２…第１、第２周波数信号、 Ｓｇ１…第１信号、 ｆ…周波数、 ｆ１、ｆ２…第１、第２周波数、 ｐ／Ｋ…比、 ｔ…時間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】