特許 7566353 量子ゲート装置

(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】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】量子ゲート装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/195 20060101AFI20241007BHJP

   H03K 17/92 20060101ALI20241007BHJP

   H10N 60/10 20230101ALI20241007BHJP

   H10N 60/12 20230101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

H03K19/195 ZAA

H03K17/92

H10N60/10 K

H10N60/12 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022524325

(86)(22)【出願日】2021-04-08

(86)【国際出願番号】 JP2021014961

(87)【国際公開番号】W WO2021235132

(87)【国際公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-11-08

(31)【優先権主張番号】P 2020087283

(32)【優先日】2020-05-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和２年５月６日に、ウェブサイト（ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ａｂｓ／２００５．０２６３０ｖ１ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｐｄｆ／２００５．０２６３０ｖ１．ｐｄｆ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｆｏｒｍａｔ／２００５．０２６３０ｖ１ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ａｂｓ／２００５．０２６３０ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｐｄｆ／２００５．０２６３０．ｐｄｆ ｈｔｔｐｓ：／／ａｒｘｉｖ．ｏｒｇ／ｆｏｒｍａｔ／２００５．０２６３０）で公開

(73)【特許権者】

【識別番号】503360115

【氏名又は名称】国立研究開発法人科学技術振興機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】野口 篤史

(72)【発明者】

【氏名】長田 有登

(72)【発明者】

【氏名】中村 泰信

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１６５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－７３１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２７９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第１０４５２９９１（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ １９／１９５

Ｈ０３Ｋ １７／９２

Ｈ１０Ｎ ６０／１０

Ｈ１０Ｎ ６０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

a) 超伝導線から成る環状の回路中にジョセフソン素子を少なくとも1個備え、第１共振周波数で共振する第１超伝導回路と、
b) 超伝導線から成る環状の回路中にジョセフソン素子を少なくとも1個備え、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数で共振する第２超伝導回路と、
c) キャパシタと、該キャパシタの両極にそれぞれ設けられた超伝導線から成り、前記第１超伝導回路と前記第２超伝導回路を接続する接続部と、
d) 前記第１超伝導回路と前記第２超伝導回路のいずれか一方又は両方に磁界を印加する磁界印加手段と、
e) 前記第１超伝導回路及び前記第２超伝導回路により形成される量子化された複数のエネルギー状態のうち、量子ゲートの動作に寄与する2つのエネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である制御周波数を有する電磁波である制御電磁波を該第１超伝導回路と該第２超伝導回路のいずれかに照射する量子ゲート制御用電磁波照射部と、
f) 前記複数のエネルギー状態のうちの3つのエネルギー状態において最も高い第１エネルギー状態と2番目にエネルギーが高い第２エネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である第１周波数と、該第２エネルギー状態と最もエネルギーが低い第３エネルギー状態の間の本来のエネルギー差に対応する周波数である第２周波数の間の周波数であって、前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数とは10MHz以上異なる不要相互作用抑制周波数を有する電磁波である不要相互作用抑制電磁波を該第１超伝導回路と該第２超伝導回路のいずれかに照射する不要相互作用抑制電磁波照射部と
を備えることを特徴とする量子ゲート装置。

【請求項2】

前記不要相互作用抑制電磁波照射部が、前記量子ゲート制御用電磁波照射部による前記制御電磁波の照射の開始から量子ゲートの操作を終了するまで、前記不要相互作用抑制電磁波の照射を継続するものであることを特徴とする請求項１に記載の量子ゲート装置。

【請求項3】

前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態から成るエネルギー状態の組のうち、本来のエネルギー差が等しい2組において、該2組のエネルギー差の相違の大きさが-0.1MHz～0.1MHzの範囲内となるように、不要相互作用抑制電磁波の出力が調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の量子ゲート装置。

【請求項4】

前記第１超伝導回路が、1個の第１ジョセフソン素子と、ジョセフソンエネルギーが第１ジョセフソン素子のジョセフソンエネルギーのｎ倍よりも高いn個の第２ジョセフソン素子を超伝導体から成る配線で直列に接続した第２ジョセフソン素子群を、超伝導体から成る配線により環状に接続した部分超伝導回路を有し、該部分超伝導回路とキャパシタを超伝導体から成る配線で環状に接続したものであって、
前記第２超伝導回路が、1個のジョセフソン素子とキャパシタを超伝導体から成る配線により環状に接続したものである
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の量子ゲート装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の量子ゲート装置を備えることを特徴とする量子コンピュータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子コンピュータの構成要素である量子ゲート装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、量子コンピュータの研究開発が盛んに行われている。従来のコンピュータでは2値（一般に「0」及び「1」）のいずれかで表されるデータを最小単位として計算がなされるのに対して、量子コンピュータでは、量子力学で取り扱われる重ね合わせ状態で計算を行うことによって、計算能力が高くなることが期待されている。そして、演算後の重ね合わせ状態に対して測定（観測）を行うことにより、離散的な固有状態のうちの1つが計算結果として得られる。量子力学で用いられる別の表現で表すと、波の状態で計算を行い、粒子の状態で計算結果を得ることとなる。

【0003】

従来のコンピュータでは、データを入力して論理積（AND）、論理和（OR）、論理否定（NOT）等の論理演算を行い、その結果を出力するという、論理ゲートと呼ばれる操作が行われている。量子コンピュータにおいても同様に、データを入力して所定の論理演算を行うという、量子ゲートと呼ばれる操作が行われる。そのような操作を行う装置を量子ゲート装置と呼ぶ。

【0004】

非特許文献１には、量子ゲート装置の構成要素となる部分超伝導回路が記載されている。非特許文献１に記載の部分超伝導回路は、本願の図７に示した第１超伝導回路（これを「第１超伝導回路９１」と呼ぶ）と同様に、1個の第１ジョセフソン素子９１１と、n（nは2以上の整数。図７ではn=2の例を示す。）個の第２ジョセフソン素子９１２１、９１２２…を超伝導体から成る線である超伝導線で直列に接続した第２ジョセフソン素子群９１２を、超伝導線により環状に接続したものである。本願の図７に示した第１超伝導回路９１は、部分超伝導回路９１３とキャパシタ（本明細書では「第１キャパシタ」と呼ぶ）９１４を超伝導線で環状に接続することにより構成されている。ここで第１ジョセフソン素子９１１及び第２ジョセフソン素子９１２１、９１２２…はいずれも、2個の超伝導体で絶縁体から成る薄膜を挟んだものである。第２ジョセフソン素子９１２１、９１２２…にはいずれも、第１ジョセフソン素子９１１よりも、ジョセフソンエネルギーがn倍（ここでnは、第２ジョセフソン素子９１２１、９１２２…の個数nと同じ）よりも高いものを用いる。第１超伝導回路９１はコイルとキャパシタとを有するＬＣ共振回路と等価な回路となっている。第１超伝導回路９１の共振周波数をω₁とする。

【0005】

そして非特許文献２には、本願の図７に示すように、超伝導回路（第１超伝導回路９１）と、一般にトランズモン（transmon）と呼ばれる別の超伝導回路（図７では第２超伝導回路９２）を組み合わせることにより、量子ゲート装置９０（図７参照）を構成することが記載されている。第２超伝導回路９２は、ジョセフソン素子９２１とキャパシタ（本明細書では「第２キャパシタ」と呼ぶ）９２４を超伝導線により環状に接続して成る。第２超伝導回路９２もＬＣ共振回路と等価な回路となっている。第２超伝導回路９２の共振周波数をω₂とする。

【0006】

量子ゲート装置９０は、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２を、中間にキャパシタ（本明細書では「接続キャパシタ」と呼ぶ）９３４を設けた超伝導線で接続した回路を有する。量子ゲート装置９０はさらに、部分超伝導回路９１３に静磁界を印加する磁界印加部９４と、第１超伝導回路９１に第１の所定の周波数の電磁波を照射する第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５と、第２超伝導回路９２に第２の所定の周波数の電磁波を照射する第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６を有する。以下、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５及び第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６が発する電磁波を「制御電磁波」と呼ぶ。第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５は、高周波電源９５１と、第１超伝導回路９１に対向して設けられ接地との間に高周波電圧が印加される電磁波照射電極９５２１から成る。第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６は、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５と同様の高周波電源９６１と電磁波照射電極９６２１から成る。電磁波照射電極９５２１（９６２１）は、図７に示した等価回路では第１超伝導回路９１（第２超伝導回路９２）に接続されたキャパシタ９５２（９６２）の一方の電極として表されている。磁界印加部９４による磁界の印加は量子ゲート装置９０の動作中に常時行うのに対して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５及び第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６からの制御電磁波の照射は、後述のように所定のタイミングで行う。また、量子ゲート装置９０は、第１超伝導回路９１のエネルギー状態及び位相（後述）を測定する第１測定部９７１と、第２超伝導回路９２のエネルギー状態及び位相を測定する第２測定部９７２とを有する。第１測定部９７１と第２測定部９７２を合わせて「測定部９７」と呼ぶ。

【0007】

第１超伝導回路９１は、基底状態（「g1」とする）と第１励起状態（e1）の2つの状態を用いて表される1ビットの情報を有する量子ビットとして機能する。第２超伝導回路９２は、基底状態（g2）と第１励起状態（e2）の2つの状態を用いて表される1ビットの情報を有する量子ビットとして機能する。量子ゲート装置９０全体では、これら2つの量子ビットが相互作用することにより形成される「g1g2」、「e1g2」、「g1e2」及び「e1e2」という4つのエネルギー状態が存在する。「g1g2」と「e1g2」のエネルギー差は(h/2π)ω₁、「g1g2」と「g1e2」のエネルギー差は(h/2π)ω₂、「g1g2」と「e1e2」のエネルギー差は(h/2π)×(ω₁+ω₂)となる（hはプランク定数）。図８には、ω₁<ω₂の場合における各エネルギー状態を示す。

【0008】

位相は、2つの状態|g>（量子ゲート装置９０では第１超伝導回路９１のg1又は第２超伝導回路９２のg2）と|e>（第１超伝導回路９１のe1又は第２超伝導回路９２のe2）の重ね合わせの状態である量子ビットをA|g>+(cosφ+isinφ)B|e>という波として表すときに用いる位相φをいう。ここでA及びBはいずれも実数であって、A²+B²=1の条件を満たす。このとき、|g>が観測される確率はA²、|e>が観測される確率はB²であり、いずれも位相φには依存しない。

【0009】

量子ゲート装置９０で操作可能な量子ゲートの1つとして、アイスワップゲート（iSWAP gate）と呼ばれるものがある。アイスワップゲートでは、まず、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５から第１超伝導回路９１に前述した周波数ω₁又はω₂を有する制御電磁波を照射することによって、エネルギー状態を「g1e2」と「e1g2」のいずれか一方にする。この状態を初期状態とする。次に、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５から第１超伝導回路９１に、「g1e2」と「e1g2」のエネルギー差Δ_SW=(h/2π)|ω₂-ω₁|に相当する差周波数|ω₂-ω₁|を有する制御電磁波を照射すると、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２が共鳴して相互作用する。これにより、初期状態が「g1e2」である場合には「ie1g2」（iは虚数単位）、「-g1e2」、「-ie1g2」のように変化して「g1e2」に戻り、初期状態が「e1g2」である場合には「ig1e2」、「-e1g2」、「-ig1e2」のように変化して「e1g2」に戻る、という動作を繰り返す。ここで「i」、「-」、「-i」はそれぞれ、位相が90°、180°、270°変化したことを意味する。そして、制御電磁波の照射開始から所定時間経過後に制御電磁波の照射を停止したうえで、測定部９７で測定を行う。その結果、エネルギー状態は照射前の「g1e2」から「ie1g2」に、又は照射前の「e1g2」から「ig1e2」に変化する（図８中に実線で示した矢印を参照）。この操作は2つのデータを交換（スワップ）することを意味しているため、アイスワップゲートと呼ばれる。なお、アイスワップゲートは第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２の位相差には影響を与えない。また、アイスワップゲートでは第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６は使用しない。

【0010】

また、量子ゲート装置９０で操作可能な別の量子ゲートとして、ＣＺゲート（CZ gate）と呼ばれるものがある。ＣＺゲートでは、「e1e2」を初期状態として、さらに、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２のうちのいずれか一方が第２励起状態(「f1」又は「f2」と表記)であって他方が基底状態であるエネルギー状態のいずれかを利用する。以下では、第１超伝導回路９１が基底状態、第２超伝導回路９２が第２励起状態である「g1f2」のエネルギー状態を利用した場合を例として説明する。まず、第１量子ゲート制御用電磁波照射部９５から第１超伝導回路９１に周波数ω₁の制御電磁波を照射すると共に、第２量子ゲート制御用電磁波照射部９６から第２超伝導回路９２に周波数ω₂の制御電磁波を照射することにより、エネルギー状態を初期状態「e1e2」とする。次に、量子ゲート制御用電磁波照射部９５から第１超伝導回路９１に、「g1f2」と「e1e2」のエネルギー差Δ_CZに相当する周波数の制御電磁波を照射すると、「e1e2」と「g1f2」の2つのエネルギー状態が共鳴した状態となる。この共鳴が生じている間に、「e1e2」から「g1f2」に励起して「e1e2」に戻るということが1回生じる度に位相が反転、すなわち180°変化する。そして、制御電磁波を所定時間照射して位相の反転を奇数回生じさせた後に制御電磁波を停止すると、照射前の「e1e2」から位相が反転した状態となる。このような位相が反転した状態を「-e1e2」と書き表す。この反転状態は、測定部９７で測定することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【文献】Atsushi Noguchi（野口篤史）他3名、"Single-photon quantum regime of artificial radiation pressure on a surface acoustic wave resonator"、[online]、2018年8月9日、arXiv、[2020年4月28日検索]、インターネット＜URL: https://arxiv.org/pdf/1808.03372.pdf＞

【文献】Atsushi Noguchi、"Quantum gate with a radiation pressure interaction between superconducting qubits"、[online]、2019年4月23日、国立研究開発法人理化学研究所創発物性科学研究センター、[2020年4月28日検索]、インターネット＜URL: https://www.cems.riken.jp/sq20th/SQ20th_booklet_190423_online.pdf＞

【文献】Pranav Mundada 他3名、"Suppression of Qubit Crosstalk in a Tunable Coupling Superconducting Circuit"、PHYSICAL REVIEW APPLIED、（米国）、米国物理学会、2019年11月11日、第12巻、第5号、第054023-1～054023-10頁

【文献】Matthew Ware 他5名、"Cross-resonance interactions between superconducting qubits with variable detuning"、[online]、2019年5月27日、arXiv、[2020年4月28日検索]、インターネット＜URL:https://arxiv.org/pdf/1905.11480.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記の説明では、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２の間に生じる相互作用を考慮することなく求められた各エネルギー状態におけるエネルギーの値に基づいて、制御電磁波の周波数を定めていた。しかし、実際には、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２の間にＺＺ相互作用と呼ばれる余分な相互作用（非特許文献３、４参照）が存在する。そのため、一方の超伝導回路の各エネルギー状態におけるエネルギーの値は、他方の超伝導回路のエネルギー状態に依存してしまう。例えば、「g1g2」と「e1e2」のエネルギー差は、第１超伝導回路９１と第２超伝導回路９２の相互作用を考慮しなければ前述のように(h/2π)×(ω₁+ω₂)となるが、実際にはエネルギーJのＺＺ相互作用が生じることにより、(h/2π)×(ω₁+ω₂-J)となる（図９）。また、第２超伝導回路９２がg2とe2の重ね合わせ状態にあるときには、第１超伝導回路９１のエネルギー状態をg1及びe1だけでは定めることができず、第１超伝導回路９１は、ＺＺ相互作用が無い場合のg1とe1のエネルギー差による共鳴周波数とは異なる2つの共鳴周波数を有することとなる。このような2つの共鳴周波数が存在すると、単一の周波数を有する制御電磁波で量子ビットの動作を正しく制御することはできず、2つの共鳴周波数数のずれに起因した位相が生じてしまう。

【0013】

また、このようなＺＺ相互作用に起因する問題は、非特許文献２に記載の量子ゲート装置に限らず、超伝導体から成る環状の回路中にジョセフソン素子を少なくとも1個備える超伝導回路を2個（又はそれ以上）組み合わせた量子ゲート装置において同様に生じ得る。そのような超伝導回路として、例えば2個のジョセフソン素子を超伝導線で環状に接続した部分超伝導回路（非特許文献１に記載の部分超伝導回路における第２ジョセフソン素子群を、1個のみのジョセフソン素子に置き換えたものに相当）を有し、該部分超伝導回路とキャパシタを超伝導線で環状に接続した超伝導回路（非特許文献４の図１参照）が挙げられる。

【0014】

本発明が解決しようとする課題は、ジョセフソン素子を有する超伝導回路を2個以上組み合わせた量子ゲート装置において、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる量子ゲート装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決するために成された本発明に係る量子ゲート装置は、
a) 超伝導線から成る環状の回路中にジョセフソン素子を少なくとも1個備え、第１共振周波数で共振する第１超伝導回路と、
b) 超伝導線から成る環状の回路中にジョセフソン素子を少なくとも1個備え、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数で共振する第２超伝導回路と、
c) キャパシタと、該キャパシタの両極にそれぞれ設けられた超伝導線から成り、前記第１超伝導回路と前記第２超伝導回路を接続する接続部と、
d) 前記第１超伝導回路と前記第２超伝導回路のいずれか一方又は両方に磁界を印加する磁界印加手段と、
e) 前記第１超伝導回路及び前記第２超伝導回路により形成される量子化された複数のエネルギー状態のうち、量子ゲートの動作に寄与する2つのエネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である制御周波数を有する電磁波である制御電磁波を該第１超伝導回路と該第２超伝導回路のいずれかに照射する量子ゲート制御用電磁波照射部と、
f) 前記複数のエネルギー状態のうちの3つのエネルギー状態において最も高い第１エネルギー状態と2番目にエネルギーが高い第２エネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である第１周波数と、該第２エネルギー状態と最もエネルギーが低い第３エネルギー状態の間の本来のエネルギー差に対応する周波数である第２周波数の間の周波数であって、前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数とは10MHz以上異なる不要相互作用抑制周波数を有する電磁波である不要相互作用抑制電磁波を該第１超伝導回路と該第２超伝導回路のいずれかに照射する不要相互作用抑制電磁波照射部と
を備えることを特徴とする。

【0016】

上記「本来のエネルギー差」とは、第１超伝導回路と第２超伝導回路の間のＺＺ相互作用による影響が無い状態における2つのエネルギー状態のエネルギー差をいう。

【0017】

本発明に係る量子ゲート装置では、磁界印加手段によって第１超伝導回路及び第２超伝導回路のいずれか一方又は両方に磁界を印加しつつ、量子ゲート制御用電磁波照射部を用いて、第１超伝導回路及び第２超伝導回路により形成される量子化された複数のエネルギー状態のうち、量子ゲートの動作に寄与する2つのエネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である制御周波数を有する制御電磁波を第１超伝導回路と第２超伝導回路のいずれかに所定時間照射することにより、量子ゲートの動作を行う。例えば、本発明に係る量子ゲート装置における第１超伝導回路及び第２超伝導回路が、上述した非特許文献２に記載の第１超伝導回路９１及び第２超伝導回路９２である場合には、前記2つのエネルギー状態は、「g1e2」と「e1g2」、あるいは「e1e2」と「g1f2」が相当する。「g1e2」と「e1g2」の場合にはアイスワップゲート又は後述のスワップゲートとして動作し、「e1e2」と「g1f2」の場合にはＣＺゲートとして動作する。

【0018】

本発明に係る量子ゲート装置ではさらに、不要相互作用抑制電磁波照射部により、前記複数のエネルギー状態のうちの3つのエネルギー状態において最も高い第１エネルギー状態と2番目にエネルギーが高い第２エネルギー状態の本来のエネルギー差に対応する周波数である第１周波数と、該第２エネルギー状態と最もエネルギーが低い第３エネルギー状態の間の本来のエネルギー差に対応する周波数である第２周波数の間の周波数（但し、後述の理由により、第１周波数及び第２周波数との相違が10MHz未満である周波数は使用しない）である不要相互作用抑制周波数を有する不要相互作用抑制電磁波を、第１超伝導回路と第２超伝導回路のいずれかに照射する。例えば、本発明に係る量子ゲート装置における第１超伝導回路及び第２超伝導回路が、上述した非特許文献２に記載の第１超伝導回路９１及び第２超伝導回路９２である場合において、第１エネルギー状態を「g1f2」、第２エネルギー状態を「e1e2」、第３エネルギー状態を「f1g2」とすると、第１周波数は「g1f2」と「e1e2」の本来のエネルギー差に対応する周波数となり、第２周波数は「e1e2」と「f1g2」の本来のエネルギー差に対応する周波数となる。このような不要相互作用抑制電磁波の照射により、余分なＺＺ相互作用が残留することを抑え、それら3つのエネルギー状態が本来のエネルギーの値からずれてしまうことを抑えることができる。

【0019】

但し、前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態に対応する周波数を有する電磁波を不要相互作用抑制電磁波として照射すると、それら2つのエネルギー状態間で不所望な相互作用が生じる。そのため、そのような周波数に近い周波数を有する電磁波は不要相互作用抑制電磁波として使用しない。通常、量子ゲートでは数百MHz～数GHz程度の周波数に対応するエネルギー差を有する2つのエネルギー状態を利用することから、不要相互作用抑制周波数が任意の2つのエネルギー状態に対応する周波数と10MHz以上異なっていれば、不所望な相互作用を防ぐことができる。なお、ここでいう「前記複数のエネルギー状態」には第１～第３エネルギー状態も含まれるため、「前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態に対応する周波数」には第１周波数及び第２周波数も含まれる。従って、第１周波数及び第２周波数に近い（それらとの相違が10MHz未満である）電磁波も、不要相互作用抑制電磁波として使用しない。

【0020】

前記不要相互作用抑制電磁波照射部は、前記量子ゲート制御用電磁波照射部による前記制御電磁波の照射を行っている間のみならず、前記制御電磁波の照射の開始から量子ゲートの操作を終了する（第１超伝導回路及び第２超伝導回路のエネルギー状態及び／又は位相の測定を行う）まで、前記不要相互作用抑制電磁波の照射を継続するものであることが好ましい。これにより、量子ゲートの操作中のみならず、量子ゲートの操作の終了から演算結果を出力するまでの間、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる。

【0021】

本発明に係る量子ゲート装置では、前記複数のエネルギー状態の各々のエネルギーは、不要相互作用抑制電磁波の出力の相違によって変化する。そこで、前記複数のエネルギー状態のうちの任意の2つのエネルギー状態から成るエネルギー状態の組のうち、本来のエネルギー差が等しい2組において、該2組のエネルギー差の相違の大きさが0に近く、具体的には-0.1MHz～0.1MHzの範囲内となるように、不要相互作用抑制電磁波の出力を調整することが望ましい。例えば、本発明に係る量子ゲート装置における第１超伝導回路及び第２超伝導回路が、上述した非特許文献２に記載の第１超伝導回路９１及び第２超伝導回路９２である場合には、「g1e2」と「g1g2」の本来のエネルギー差と、「e1e2」と「e1g2」の本来のエネルギー差は、いずれもω₂となり等しい。そこで、（不要相互作用抑制電磁波の照射がなければＺＺ相互作用により本来のエネルギー差からずれる状態での）実験又はＺＺ相互作用を加味した計算によって、不要相互作用抑制電磁波の出力を変えながら「g1e2」と「g1g2」のエネルギー差と「e1e2」と「e1g2」のエネルギー差を求め、両者の差が-0.1MHz～0.1MHzの範囲内となる不要相互作用抑制電磁波の出力を求めればよい。

【0022】

本発明に係る量子ゲート装置には、非特許文献２に記載の量子ゲート装置に前記不要相互作用抑制電磁波照射部を加えたものを好適に用いることができる。すなわち、本発明に係る量子ゲート装置において、
前記第１超伝導回路が、1個の第１ジョセフソン素子と、ジョセフソンエネルギーが第１ジョセフソン素子のジョセフソンエネルギーのｎ倍よりも高いn個の第２ジョセフソン素子を超伝導体から成る配線で直列に接続した第２ジョセフソン素子群を、超伝導体から成る配線により環状に接続した部分超伝導回路を有し、該部分超伝導回路とキャパシタを超伝導体から成る配線で環状に接続したものであって、
前記第２超伝導回路が、1個のジョセフソン素子とキャパシタを超伝導体から成る配線により環状に接続したものである
ことが好ましい。なお、第２超伝導回路におけるジョセフソン素子のジョセフソンエネルギーと、第１超伝導回路における第１ジョセフソン素子及び第２ジョセフソン素子のジョセフソンエネルギーとの大小関係は問わない。

【0023】

このように非特許文献２に記載の量子ゲート装置に不要相互作用抑制電磁波照射部を加えた構成を用いる場合には、量子ゲート制御用電磁波照射部は、少なくとも第１超伝導回路に制御電磁波を照射するものであれば、該量子ゲート装置をアイスワップゲートとして動作させることができる。一方、該量子ゲート装置をＣＺゲート及び／又は後述のスワップゲートとして動作させる場合には、量子ゲート制御用電磁波照射部には、第１超伝導回路と第２超伝導回路にそれぞれ、互いに異なる周波数の制御電磁波を照射するものを用いる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ジョセフソン素子を有する超伝導回路を2個以上組み合わせた量子ゲート装置において、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明に係る量子ゲート装置の一実施形態を示す概略図。

【図2A】本実施形態の量子ゲート装置が有する第１ジョセフソン素子を示す図。

【図2B】本実施形態の量子ゲート装置が有する第２ジョセフソン素子を示す図。

【図3】本実施形態の量子ゲート装置を作製した例を示す顕微鏡写真（上段）、上段の顕微鏡写真で撮影された領域の一部を拡大して撮影した顕微鏡写真（中段）、及び中段の顕微鏡写真で撮影された領域の一部を拡大して撮影した顕微鏡写真（下段）。

【図4】本実施形態の量子ゲート装置が取り得るエネルギー状態、3つの量子ゲート（スワップゲート、アイスワップゲート及びＣＺゲート）の動作、並びに不要相互作用抑制電磁波の照射について説明するための図。

【図5】本実施形態の量子ゲート装置において、不要相互作用抑制電磁波の出力を変化させながら「g1e2」と「g1g2」のエネルギー差Δ₂(g1)、及び「e1e2」と「e1g2」のエネルギー差Δ₂(e1)を測定する実験を行った結果を示すグラフ。

【図6】本発明に係る量子ゲート装置の変形例を示す概略図。

【図7】従来の量子ゲート装置の一例を示す概略図。

【図8】従来の量子ゲート装置におけるスワップゲート及びＣＺゲートの動作の例を示す図。

【図9】従来の量子ゲート装置においてＺＺ相互作用を考慮したエネルギー状態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１～図６を用いて、本発明に係る量子ゲート装置の実施形態を説明する。

【0027】

(1) 本実施形態の量子ゲート装置の構成
図１は、本実施形態の量子ゲート装置１０の構成の概略を等価回路で示す図である。この量子ゲート装置１０は、第１超伝導回路１１と、第２超伝導回路１２と、接続部１３と、磁界印加部１４と、量子ゲート制御用電磁波照射部（第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５及び第２量子ゲート制御用電磁波照射部１６）と、測定部１７と、不要相互作用抑制電磁波照射部１８とを有する。

【0028】

第１超伝導回路１１は、第１ジョセフソン素子１１１と、第２ジョセフソン素子群１１２と、第１キャパシタ１１４とを有する。第１ジョセフソン素子１１１は、絶縁体から成る第１薄膜１１１Ｊを有する接合部を2個の超伝導体１１１Ｓ１、１１１Ｓ２で挟んで成るものである（図２Ａ）。第２ジョセフソン素子群１１２は、n個（nは2以上の整数）の第２ジョセフソン素子１１２１、１１２２、…１１２ｎを超伝導体から成る配線１１５で直列に接続するものである。なお、図１ではn=2である場合を例として示したが、nは3以上の整数であってもよい。各第２ジョセフソン素子１１２ｋ（kは1～nの範囲内の各整数）は、第１薄膜１１１Ｊと同種の絶縁体から成る第２薄膜１１２Ｊを2個の超伝導体１１２Ｓ１、１１２Ｓ２で挟んだものである（図２Ｂ）。ここで第１薄膜１１１Ｊ及び第２薄膜１１２Ｊの厚み及び面積は、第１ジョセフソン素子１１１におけるトンネル抵抗の値が各第２ジョセフソン素子１１２ｋにおけるトンネル抵抗の値のn倍よりも大きくなるように設定する。これにより、各第２ジョセフソン素子１１２ｋのジョセフソンエネルギーは第１ジョセフソン素子１１１のジョセフソンエネルギーのn倍よりも大きくなる。

【0029】

第１ジョセフソン素子１１１と第２ジョセフソン素子群１１２は、超伝導線１１５によって環状に接続され、それにより部分超伝導回路１１３が形成されている。さらに、部分超伝導回路１１３と第１キャパシタ１１４は超伝導線１１５によって並列に接続されている。

【0030】

以上のように構成されている第１超伝導回路１１はＬＣ共振回路と等価な回路となっている。第１超伝導回路１１の共振周波数をω₁とする。

【0031】

第２超伝導回路１２はトランズモンであり、1個のジョセフソン素子１２１と1個の第２キャパシタ１２４が、超伝導線１２５により環状に接続されたものである。第２超伝導回路１２もまた、ＬＣ共振回路と等価な回路である。第２超伝導回路１２の共振周波数をω₂とする。

【0032】

接続部１３は、接続部キャパシタ１３４とその両極にそれぞれ設けられた超伝導線１３５から成る。第１超伝導回路１１と第２超伝導回路１２は接続部１３により接続されている。

【0033】

磁界印加部１４は、部分超伝導回路１１３内に静磁界を印加するものである。印加する静磁界の大きさは、第１ジョセフソン素子１１１及び各第２ジョセフソン素子１１２ｋが有する超伝導体１１１Ｓ１、１１１Ｓ２、１１２Ｓ１、１１２Ｓ２及び超伝導線１１５が有する超伝導体の超伝導状態が破壊される磁界よりも小さければ特に問わないが、小さい方が好ましい。例えば、磁束量子の5倍以下の磁束を部分超伝導回路１１３内に生成する強度であることが望ましく、磁束量子の1倍以下の磁束を部分超伝導回路１１３内に生成する強度であることがより望ましい。好ましい静磁界の大きさは、例えば10μT程度である。

【0034】

第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５は、量子ゲート制御用電源１５１と電磁波照射電極１５２１から構成される。電磁波照射電極１５２１は、図１に示した等価回路では第１超伝導回路１１に接続されたキャパシタ１５２の一方の電極として表される。量子ゲート制御用電源１５１は、電磁波照射電極１５２１と接地の間に、量子ゲートとしての動作に用いる所定の周波数（制御周波数）を有する高周波電圧を印加することにより、第１超伝導回路１１に該制御周波数を有する制御電磁波を照射するものである。

【0035】

第２量子ゲート制御用電磁波照射部１６は、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５と同様に、量子ゲート制御用電源１６１と電磁波照射電極１６２１から構成される。電磁波照射電極１６２１は、図１に示した等価回路では第２超伝導回路１２に接続されたキャパシタ１６２の一方の電極として表される。量子ゲート制御用電源１６１は、電磁波照射電極１６２１と接地の間に所定の制御周波数（第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５における制御周波数とは異なる）を有する高周波電圧を印加することにより、第２超伝導回路１２に該制御周波数を有する制御電磁波を照射するものである。

【0036】

不要相互作用抑制電磁波照射部１８は、不要相互作用抑制電磁波用電源１８１と電磁波照射電極１５２１から構成される。電磁波照射電極１５２１は、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５と不要相互作用抑制電磁波照射部１８で共用している。不要相互作用抑制電磁波用電源１８１は、電磁波照射電極１５２１と接地の間に、制御周波数とは異なる所定の周波数（不要相互作用抑制周波数）を有する高周波電圧を印加することにより、第１超伝導回路１１に該不要相互作用抑制周波数を有する不要相互作用抑制電磁波を照射するものである。なお、量子ゲート制御用電源１５１と不要相互作用抑制電磁波用電源１８１は実装上、複数の周波数を同時に発生させることができる電源を採用すれば共用することが可能である。

【0037】

制御周波数及び不要相互作用抑制周波数の詳細は、量子ゲート装置１０の動作の説明と共に後述する。

【0038】

測定部１７は、第１超伝導回路１１のエネルギー状態及び位相を測定する第１測定部１７１と、第２超伝導回路１２のエネルギー状態及び位相を測定する第２測定部１７２とを有する。

【0039】

図３に、実際に作製した量子ゲート装置１０の顕微鏡写真を示す。図３では、量子ゲート装置１０の全体を撮影した顕微鏡写真を上段に示し、その一部を拡大して撮影した顕微鏡写真を中段に示し、さらにその一部を拡大して撮影した顕微鏡写真を下段に示した。図３中で背景の淡灰色よりも濃い灰色の線で囲まれた部分は、シリコンから成る基板の表面が現れているところであり、淡灰色の部分はニオビウムから成り、白色の部分はアルミニウムから成る。ニオビウム及びアルミニウムは超伝導体である。この顕微鏡写真には現れていないが、各ジョセフソン素子が有する絶縁体製の薄膜には、アルミニウムを酸化させたアルミナを用いている。なお、本発明では、超伝導体及び絶縁体はこれらの例には限定されず、任意の材料を用いることができる。

【0040】

図３には、量子ゲート制御用電源１５１及び不要相互作用抑制電磁波用電源１８１は示されておらず、それら2つの電源が共通に接続される電極１５２２が示されている。同様に、図３には、量子ゲート制御用電源１６１は示されておらず、該電源が接続される電極１６２２が示されている。また、図３には、第１キャパシタ１１４及び第２キャパシタ１２４の符号が付されていないが、第１キャパシタ１１４は超伝導線１１５と接地との間に形成され、第２キャパシタ１２４は超伝導線１２５と接地との間に形成されている。

【0041】

(2) 本実施形態の量子ゲート装置の動作
以下、本実施形態の量子ゲート装置の動作を説明する。

【0042】

(2-1) 量子ゲート装置１０が取り得るエネルギー状態
量子ゲート装置１０を冷却装置によって前記超伝導転移温度以下に冷却すると共に、磁界印加部１４から部分超伝導回路１１３内に静磁界を印加する。そのうえで、量子ゲート制御用電磁波照射部１５から後述する所定の制御周波数を有する制御電磁波を所定時間照射することにより、量子ゲート装置１０は図４に示す複数のエネルギー状態のうちの1つを取る。図４には、第１超伝導回路１１のエネルギー状態である基底状態「g1」、第１励起状態「e1」及び第２励起状態「f1」のうちの1つと、第２超伝導回路１２のエネルギー状態である基底状態「g2」、第１励起状態「e2」及び第２励起状態「f2」のうちの1つを組み合わせた「g1g2」、「e1g2」、「g1e2」、「f1g2」、「e1e2」及び「g1f2」という6つのエネルギー状態を示した。

【0043】

図４中には併せて、図３に示した量子ゲート装置１０において実験により求めた上記6つのエネルギー状態の各々における本来の（ＺＺ相互作用の影響が無い状態における）エネルギーを、「g1g2」を基準（値0）として周波数の単位で示した。下記の各周波数の値に(h/2π)を乗ずれば、エネルギーの値となる。それら周波数の値は、「e1g2」では3633MHz（=ω₁）、「g1e2」では4473MHz（=ω₂）、「f1g2」では7134MHz（=2ω₁+α₁（α₁は後述））、「e1e2」では8106MHz（=ω₁+ω₂）、「g1f2」では8778MHz（=2ω₂+α₂（α₂は後述））である。図４に示した例では、ω₂よりもω₁の方が小さいため、「g1e2」よりも「e1g2」の方が小さく、「g1f2」よりも「f1g2」の方が小さくなっている。「g1e2」と「e1g2」の本来の差Δ_SW（=ω₂-ω₁）は840MHz、「g1f2」と「e1e2」の本来の差Δ_CZ（=ω₂-ω₁+α₂）は672MHz、「e1e2」と「f1g2」の本来の差δ（=ω₂-ω₁-α₁）は972MHzである。α₁は、第１超伝導回路１１が単独で存在する場合におけるエネルギー状態g1, e1, f1につき、f1状態とe1状態のエネルギー間隔と、e1状態とg1状態のエネルギー間隔の差で定義される。同様に、α₂は、第２超伝導回路１２が単独で存在する場合におけるエネルギー状態g2, e2, f2につき、f2状態とe2状態のエネルギー間隔と、e2状態とg2状態のエネルギー間隔の差で定義される。α₁は-132MHz、α₂は-168MHzである。

【0044】

このようなエネルギー状態を取る量子ゲート装置１０において、以下の操作を行うことにより、量子ゲート装置１０をアイスワップゲート、ＣＺゲート又はスワップゲートという3つのうちのいずれかの量子ゲートとして動作させる場合における不要相互作用の抑制について説明する。以下では、初期状態は「g1g2」であるものとする。

【0045】

(2-2) 各量子ゲートの動作及び不要相互作用の抑制
(2-2-1) アイスワップゲート
まず、不要相互作用抑制電磁波照射部１８により、不要相互作用抑制周波数を有する不要相互作用抑制電磁波を第１超伝導回路１１に照射する。本実施形態では、「g1f2」、「e1e2」及び「f1g2」の3つのエネルギー状態に着目した。そして、それら3つのうち最もエネルギーが高い「g1f2」（前記第１エネルギー状態）と「e1e2」（前記第２エネルギー状態）の本来のエネルギー差に対応する周波数（前記第１周波数）であるΔ_CZ=672MHzと、「e1e2」と「f1g2」（前記第３エネルギー状態）の本来のエネルギー差に対応する周波数（前記第２周波数）であるδ=972MHzの間の周波数であって、それら3つのエネルギー状態を含む任意の2つのエネルギー状態間における本来のエネルギー差（例えばΔ_SW=840MHz）のいずれに対しても10MHz以上異なる周波数である930MHzを不要相互作用抑制周波数とした。

【0046】

次に、この不要相互作用抑制電磁波に重畳して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５により、本来の制御周波数である周波数ω₁を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に照射することにより、エネルギー状態を「e1g2」にする。続いて、不要相互作用抑制電磁波に重畳して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５により、本来の制御周波数であるΔ_SWに対応する周波数（(ω₂-ω₁)、図４の例では840MHz）を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に照射する。これにより、第１超伝導回路１１と第２超伝導回路１２が共鳴して相互作用し、エネルギー状態は「g1e2」から「ie1g2」、「-g1e2」、「-ie1g2」のように変化して「g1e2」に戻る、という動作を繰り返す。ここで「i」、「-」、「-i」はそれぞれ、位相が90°、180°、270°変化したことを意味する。そして、制御電磁波の照射開始から所定時間経過後に制御電磁波の照射を停止する。その後、測定部１７で測定を行うと、エネルギー状態は照射前の「g1e2」から「ie1g2」に変化している。

【0047】

あるいは、エネルギー状態が「g1e2」である状態から、不要相互作用抑制電磁波に重畳して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５により、本来の制御周波数であるΔ_SWに対応する周波数を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に所定時間照射すると、測定部１７で測定されるエネルギー状態は照射前の「e1g2」から「ig1e2」に変化する。

【0048】

このように、エネルギー状態が「g1e2」から「ie1g2」に、又は「e1g2」から「ig1e2」に変化する、すなわち2つのデータを交換する（スワップ）ことを意味する動作がなされる。

【0049】

このアイスワップゲートの動作の全体に亘って継続して不要相互作用抑制電磁波が第１超伝導回路１１に照射されることにより、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる。そのため、本来の制御周波数を有する制御電磁波を照射した際に不要な位相が付与されることを防ぐことができる。

【0050】

(2-2-2) ＣＺゲート
まず、アイスワップゲートの場合と同様に、不要相互作用抑制電磁波照射部１８により、周波数ω_sを有する不要相互作用抑制電磁波を第１超伝導回路１１に照射する。この不要相互作用抑制電磁波の照射は、以下に述べるＣＺゲートの動作の全体に亘って継続して行う。

【0051】

次に、この不要相互作用抑制電磁波に重畳して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５により周波数ω₁を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に照射すると共に、第２量子ゲート制御用電磁波照射部１６により周波数ω₂を有する制御電磁波を第２超伝導回路１２に照射することにより、エネルギー状態を「e1e2」にする。続いて、不要相互作用抑制電磁波に重畳して、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５により、「g1e2」と「e1g2」の本来のエネルギー差Δ_CZに対応する周波数（(ω₂-ω₁+α₂)、図４の例では672MHz）を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に照射する。これにより、第１超伝導回路１１と第２超伝導回路１２が共鳴して相互作用し、エネルギー状態は「e1e2」と「g1f2」の2つの状態を交互に取る。また、位相は、「e1e2」から「g1f2」に励起して「e1e2」に戻るということが1回生じる度に反転、すなわち180°変化する。そして、制御電磁波の照射開始から所定時間経過後に制御電磁波の照射を停止する。その後、測定部１７で測定を行うと、測定部１７で測定される第１超伝導回路１１及び第２超伝導回路１２の状態は照射前の「e1e2」から「-e1e2」に変化する。これは、制御電磁波の照射の前後でエネルギー状態は変わらず、位相が180°変化したことを意味する。

【0052】

ＣＺゲートにおいても、動作の全体に亘って継続して不要相互作用抑制電磁波が第１超伝導回路１１に照射されることにより、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる。

【0053】

(2-2-3) スワップゲート
スワップゲートは、エネルギー状態を「g1e2」から「e1g2」に、又は「e1g2」から「g1e2」に変化させる量子ゲートの操作をいう。

【0054】

まず、アイスワップゲート及びＣＺゲートの場合と同様に、不要相互作用抑制電磁波照射部１８により、周波数ω_sを有する不要相互作用抑制電磁波を第１超伝導回路１１に照射する。この不要相互作用抑制電磁波の照射は、以下に述べるスワップゲートの動作の全体に亘って継続して行う。

【0055】

次に、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５によって本来の制御周波数である周波数ω₁を有する制御電磁波を第１超伝導回路１１に所定時間照射することにより、エネルギー状態を「g1g2」と「e1g2」の量子重ね合わせ状態とする。あるいは、第２量子ゲート制御用電磁波照射部１６によって本来の制御周波数である周波数ω₂を有する制御電磁波を第２超伝導回路１２に所定時間照射することにより、エネルギー状態を「e1g2」と「e1e2」の量子重ね合わせ状態としてもよい。このような量子重ね合わせ状態において、第１量子ゲート制御用電磁波照射部１５によって周波数(ω₂-ω₁)の電磁波と周波数(ω₂-ω₁+α₂)の電磁波を同時に第１超伝導回路１１に照射する。これにより、第１超伝導回路１１と第２超伝導回路１２が共鳴して相互作用し、エネルギー状態は「g1e2」と「e1g2」の間で変化し、スワップゲートとして動作する。

【0056】

スワップゲートにおいても、動作の全体に亘って継続して不要相互作用抑制電磁波が第１超伝導回路１１に照射されることにより、余分なＺＺ相互作用による影響を抑えることができる。

【0057】

(2-3) 不要相互作用抑制電磁波の出力
これまでに述べたように、不要相互作用抑制電磁波の照射によって「e1e2」のエネルギーが低下することが抑えられるが、その度合いは不要相互作用抑制電磁波の出力に依存する。そのことを確認するために、不要相互作用抑制電磁波の出力を変化させながら、「g1e2」と「g1g2」のエネルギー差（Δ₂(g1)とする）、及び「e1e2」と「e1g2」のエネルギー差（Δ₂(e1)とする）を測定する実験を行った。図５に測定結果を示す。

【0058】

不要相互作用抑制電磁波を照射しないとき、すなわち図５において横軸の不要相互作用抑制電磁波の出力の値が0であるときには、Δ₂(g1)及びΔ₂(e1)は、仮にＺＺ相互作用が無ければ共に(h/2π)ω₂となるが、実際にはΔ₂(g1)よりもΔ₂(e1)の方が小さくなる。これは、ＺＺ相互作用が存在することで「e1e2」のエネルギーが低下していることによる。この状態から不要相互作用抑制電磁波の出力を大きくしてゆくと、Δ₂(g1)とΔ₂(e1)の差が小さくなってゆく。そして、該出力がW_O（図５参照）となるときにΔ₂(g1)とΔ₂(e1)が等しくなる。そこからさらに不要相互作用抑制電磁波の出力を大きくしてゆくと、Δ₂(g1)よりもΔ₂(e1)の方が大きくなる。

【0059】

量子ゲート装置１０を動作させる際には、Δ₂(g1)とΔ₂(e1)の差ができるだけ小さくなるように、不要相互作用抑制電磁波の出力を調整することが望ましい。例えば、Δ₂(g1)-Δ₂(e1)が-0.1MHz～+0.1MHzとなるように不要相互作用抑制電磁波の出力を調整する。

【0060】

不要相互作用抑制電磁波の強度と同様に、不要相互作用抑制電磁波の周波数ωsについても、Δ₂(g1)とΔ₂(e1)の差ができるだけ小さく（例えば、Δ₂(g1)-Δ₂(e1)が-0.1MHz～+0.1MHzと）なるように調整することが望ましい。また、不要相互作用抑制電磁波の強度と周波数ωsの双方を調整することによって、不要相互作用抑制電磁波の強度をできるだけ小さくしつつ、Δ₂(g1)とΔ₂(e1)の差ができるだけ小さくなるようにすることが、より望ましい。

【0061】

(3) 変形例
本発明は上記の実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

【0062】

例えば、上記実施形態では量子ゲート（アイスワップゲート、ＣＺゲート又はスワップゲート）として動作させるための制御電磁波を照射する前に、エネルギー状態を所定の初期状態とするための制御電磁波を照射しているが、所定の初期状態とするための制御電磁波の照射は必須ではなく、任意の初期状態から量子ゲートとして動作させるための制御電磁波を照射するようにしてもよい。また、所定の初期状態とするための制御電磁波の照射を行わない場合や、そのような制御電磁波の照射を行う場合であっても量子ゲート装置１０をアイスワップゲートとしてのみ動作させる場合には、第２量子ゲート制御用電磁波照射部１６を省略してもよい。

【0063】

第１超伝導回路１１及び第２超伝導回路１２の構成も上記のものには限定されない。図６に、第１超伝導回路１１の代わりに、2個のジョセフソン素子（第１ジョセフソン素子１１１Ａ及び第２ジョセフソン素子１１２Ａ）を超伝導線１１５Ａで環状に接続した部分超伝導回路１１３Ａと第１キャパシタ１１４Ａを超伝導線１１５Ａで並列に接続した第１超伝導回路１１Ａを用いた量子ゲート装置１０Ａを示す。第１ジョセフソン素子１１１Ａと第２ジョセフソン素子１１２Ａのジョセフソンエネルギーの異同は問わない。また、この変形例では、磁界印加部１４Ａは部分超伝導回路１１３Ａ内に交流磁界を印加する。この量子ゲート装置１０Ａは、非特許文献４に示された構成に不要相互作用抑制電磁波照射部１８を加えたものに相当する。

【符号の説明】

【0064】

１０、１０Ａ、９０…量子ゲート装置
１１、９１…第１超伝導回路
１１１、１１１Ａ、９１１…第１ジョセフソン素子
１１１Ｊ…第１薄膜
１１２、９１２…第２ジョセフソン素子群
１１２１、１１２２、１１２ｋ、１１２Ａ、９１２１、９１２２…第２ジョセフソン素子
１１２Ｊ…第２薄膜
１１３、１１３Ａ、９１３…部分超伝導回路
１１４、１１４Ａ…第１キャパシタ
１１５、１１５Ａ、１２５、１３５…超伝導線
１２、９２…第２超伝導回路
１２１、９２１…ジョセフソン素子
１２４…第２キャパシタ
１３…接続部
１３４…接続部キャパシタ
１４、９４…磁界印加部
１５、９５…第１量子ゲート制御用電磁波照射部
１５１、１６１…量子ゲート制御用電源
１５２、１６２、９５２…キャパシタ
１５２１、１６２１、９５２１…電磁波照射電極
１５２２、１６２２…電極
１６、９６…第２量子ゲート制御用電磁波照射部
１７、９７…測定部
１７１、９７１…第１測定部
１７２、９７２…第２測定部
１８…不要相互作用抑制電磁波照射部
１８１…不要相互作用抑制電磁波用電源
９５１、９６１…高周波電源

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】