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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】2024-11-22
(45)【発行日】2024-12-02
(54)【発明の名称】キュービット処理方法
(51)【国際特許分類】
G06N 10/40 20220101AFI20241125BHJP
【ＦＩ】
G06N10/40
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022554909
(86)(22)【出願日】2021-03-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-27
(86)【国際出願番号】 EP2021055819
(87)【国際公開番号】W WO2021180668
(87)【国際公開日】2021-09-16
【審査請求日】2023-11-15
(31)【優先権主張番号】20162973.0
(32)【優先日】2020-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】521435167
【氏名又は名称】クオンタム モーション テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001416
【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所
(72)【発明者】
【氏名】パトマキ ソフィア
(72)【発明者】
【氏名】モートン ジョーン
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン シモン
【審査官】大倉 崚吾
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４２９６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１０８５１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】BAART, T. A. et al.，"Nanosecond-timescale spin transfer using individual electrons in a quadruple-quantum-dot device"，arXiv [online]，2016年，p. 1-7，［2024年09月17日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://arxiv.org/abs/1606.00292v1＞，1606.00292v1
【文献】LI, R. et al.，"A Crossbar Network for Silicon Quantum Dot Qubits"，arXiv [online]，2017年，p. 1-24，［2024年09月17日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://arxiv.org/abs/1711.03807v1＞，1711.03807v1
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｎ １０／００－１０／８０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
キュービット・プロセッサ内において量子コンピュテーションを実施するための方法であって、第１の１キュービット操作を実施する第１のロケーションのセット内の第１のロケーションを構成するステップと、
第２の１キュービット操作を実施する前記第１のロケーションのセット内の第２のロケーションを構成するステップと、
２キュービット相互作用をイネーブルする第２のロケーションのセット内の第１のロケーションと第２のロケーションを構成するステップと、
時間ｔ１に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて第１のキュービットを受け取るステップと、
時間ｔ １ に、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取り、前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、ｎ＞２とするｎ個のキュービットを備えた第１のキュービットのグループ内に提供される、ステップと、
前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて前記第１のキュービットの状態に関して前記第１の１キュービット操作を実施するステップと、
前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットの状態に関して前記第２の１キュービット操作を実施するステップと、
前記第１のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションへ移行させるステップと、
前記第２のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションへ移行させるステップと、
前記第２のロケーションのセット内において前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間の前記２キュービット相互作用をイネーブルするステップと、
前記第１のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから読み出しロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと、
前記第２のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記読み出しロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと、
ｔ２＞ｔ１とする時間ｔ２に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて第２のキュービットのグループの第１のキュービットを受け取るステップと、
時間ｔ２に、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットのグループの第２のキュービットを受け取るステップと、
前記読み出しロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて前記第１のキュービットの前記状態を読み出すステップと、
前記読み出しロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットの前記状態を読み出すステップと、
を備える、方法。
【請求項2】
前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットは、時間ｔｔｒにおいて、前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから第３のロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行され、前記第１のキュービットのグループの前記第２のキュービットは、時間ｔｔｒにおいて、前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第３のロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行され、
ｔ２≧ｔｔｒ＞ｔ１である、
請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットの前記状態が、時間ｔｒにおいて読み出され、前記第１のキュービットのグループの前記第２のキュービットの前記状態が、時間ｔｒにおいて読み出され、
ｔｒ＞ｔ２である、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
時間ｔ３において、前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットを、前記第３のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから第４のロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと、時間ｔ３において、前記第１のキュービットのグループの前記第２のキュービットを、前記第３のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第４のロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと、
時間ｔ３において、前記第２のキュービットのグループの前記第１のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションへ移行させるステップと、
時間ｔ３において、前記第２のキュービットのグループの前記第２のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションへ移行させるステップと、
をさらに備え、
ｔ３＞ｔ２である、
請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記第１のロケーションのセットにおいて初期化操作を実施することをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
Ｎ個のロケーションのセットをさらに備え、Ｎ＞３であり、
前記読み出しロケーションのセットが第Ｎのロケーションのセットである、
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第１のキュービットのグループの各キュービットが直接的または間接的に前記第１のキュービットのグループの他の全てのキュービットと相互作用するように、前記第１のキュービットのグループの第ｉのキュービットと前記第１のキュービットのグループの第（ｉ＋１）のキュービットの間における相互作用をイネーブルするステップをさらに備え、１≦ｉ＜ｎである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットと前記第２のキュービットのグループの前記第１のキュービットは、相互作用しない、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記移行させるステップのそれぞれは、電子シャトリングを包含する、請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記キュービットは、電子スピン・キュービットまたは捕獲イオン・キュービットである、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記移行させるステップのそれぞれは、スワップ操作を包含する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
請求項１から１１の何れか一項に記載の方法を実施するためのキュービット・プロセッサであって、第１のロケーションのセットと、
第２のロケーションのセットと、
読み出しロケーションのセットと、
を備え、
各ロケーションのセットは、それぞれ第１のキュービットと第２のキュービットを受け取るべく構成された少なくとも第１のロケーションと第２のロケーションとを包含し、
前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションは、第１の１キュービット操作を実施するべく構成され、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションは、第２の１キュービット操作を実施するべく構成され、
前記第１のロケーションのセットは、
前記第１のロケーションにおいて第１のキュービットを、前記第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取り、
前記第１のキュービットの状態に関して前記第１の１キュービット操作を実施し、かつ、
前記第２のキュービットの状態に関して前記第２の１キュービット操作を実施するべく構成され、
前記第２のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションは、２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成され、
前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第１のロケーションのセットから前記第２のロケーションのセットへ移行され、前記第２のロケーションのセットは、前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間における前記２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成され、
前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第２のロケーションのセットから前記読み出しロケーションのセットへ移行され、
前記読み出しロケーションのセットは、前記第１のキュービットの前記状態と前記第２のキュービットの前記状態を読み出すべく構成される、
キュービット・プロセッサ。
【請求項13】
第３のロケーションのセットをさらに備え、前記第１のロケーションのセットと前記第３のロケーションのセットに同時に電圧を印加するように、電圧源は、前記第１のロケーションのセットおよび前記第３のロケーションのセットに電気的に接続される、請求項１２に記載のキュービット・プロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、キュービット処理方法および当該方法を実施するためのキュービット・プロセッサに関する。
【背景技術】
【0002】
量子コンピュテーションは、キュービットの取り回しおよび処理を含む。キュービットまたは量子ビットは、古典的なコンピューティングで使用される古典的な『ビット』に対応する、情報を入れる量子である。キュービットの処理に使用することが可能と考えられる量子コンピューティング・スキームはいくつもある。
【0003】
１つの量子コンピューティング・スキームは、量子ロジック・ゲートのシーケンスを使用してキュービットを取り回すことを含む。１つのその種のゲート・ベースのアプローチにおいては、パルス状のローカルおよびグローバル電磁波および静電ポテンシャルが、格子上に配された静的キュービットおよびキュービットのペアの状態をシーケンシャルに取り回す。格子を横切る一連の量子ロジック・ゲートを実装するべく電磁波およびポテンシャルのパラメータをコントロールすることによってキュービット状態の取り回しがコントロールされる。ゲートの構成は、時間にわたって変更される。通常、プロセスにおける最終段階がキュービット状態の読み出しであり、もっとも一般的には、格子内のすべてのキュービットを読み出す。
【0004】
近い将来の中間規模の量子コンピューティング、またはＮＩＳＱ時代においては、各デバイス上のキュービットの数および密度が増加する。たとえば、シリコン金属酸化膜半導体（ＳｉＭＯＳ）デバイスを使用して、この成長に物理的に適応可能な電子スピン・キュービットの稠密な２次元グリッドを作り出すことは可能である。
【0005】
しかしながら、デバイス上で一連の量子ロジック・ゲートを機能させる（たとえば、量子アルゴリズムを走らせる）ことは、当該デバイス上に、同時かつ複雑な高速パルスのシーケンスを引き渡すことを必要とし、キュービットの数の増加は、困難である。当該方法による多数のキュービットの処理は、リソース集約的であり、しかも技術的な難問でもある。そのため、その種のデバイスのスケールアップを実施することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ＮＩＳＱ時代における使用に適したプロセッサおよび処理方法を作り出すことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第１の態様は、キュービット・プロセッサ内において量子コンピュテーションを実施するための方法を提供する。前記方法は、第１の１キュービット操作を実施する第１のロケーションのセット内の第１のロケーションを構成するステップと；第２の１キュービット操作を実施する前記第１のロケーションのセット内の第２のロケーションを構成するステップと；２キュービット相互作用をイネーブルする第２のロケーションのセット内の第１のロケーションと第２のロケーションを構成するステップと；時間ｔ１に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて第１のキュービットを受け取るステップと；時間ｔ１に、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取るステップと；前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、ｎ＞２とするｎ個のキュービットを包含する第１のキュービットのグループ内に提供されるものとすることと；前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて前記第１のキュービットの状態に関して前記第１の１キュービット操作を実施するステップと；前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットの状態に関して前記第２の１キュービット操作を実施するステップと；前記第１のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のロケーションのセット内において前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間の前記２キュービット相互作用をイネーブルするステップと；前記第１のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから読み出しロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記読み出しロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと；ｔ２＞ｔ１とする時間ｔ２に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて第２のキュービットのグループの第１のキュービットを受け取るステップと；時間ｔ２に、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットのグループの第２のキュービットを受け取るステップと；前記読み出しロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて前記第１のキュービットの前記状態を読み出すステップと；前記読み出しロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットの前記状態を読み出すステップと；を備える。
【0008】
好都合なことに、この方法によるキュービットの処理は、キュービット処理方法の実施に要求されるリソースを低減する。各ロケーションのセットは、コンピレーション段階において、特定の１キュービットまたは２キュービット操作を実施するべく構成される。各ロケーションのセットの構成は、実行段階の間にわたり固定されたままであるが、前記第１および第２のキュービットを１つのロケーションのセットから他のそれへ物理的に移行させ、一連の処理ステップを実施することが可能である。このようにして、各キュービットのグループが同じ方法で処理される。言い換えると、ロケーションのセット内の特定のロケーションにおいて受け取られた各キュービットは、同じ操作を受ける。前記第１のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションは、第１および第２の１キュービット操作をそれぞれ実施するべく構成される。したがって、各キュービットのグループの第１のキュービットは、あらかじめ定義済みの第１の１キュービット操作に従って取り回されることになる。同様に、第２の１キュービット操作は、各キュービットのグループの第２のキュービットの状態に関して実施されることになる。第２のロケーションのセット内の第１および第２のロケーションは、２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成され、したがって、この方法を使用して処理される各キュービットのグループの第１および第２のキュービットのそれぞれは、前記構成に従って前記第２のロケーションのセット内において前記２キュービット相互作用を受ける。
【0009】
所定のロケーションまたはロケーションのセットにおいては、その後に続くコンピレーション段階においてデバイスがリセットされるまで、１つのタイプの操作だけが実施される。たとえば、ロケーションのセットを、各ロケーションにおいてＺ回転を実施するべく構成することができ、回転の量は、ロケーションのセット内の各ロケーションのために調整することができる。好ましくは、前記ロケーションが前記コンピレーション段階において所望のパラメータに対して調整され、実行段階の間にわたって一定にとどまる。
【0010】
前記第１のキュービットと前記第２のキュービットは、ｎを、２を超える数とするｎ個のキュービットを包含する第１のキュービットのグループ内に提供される。ＮＩＳＱ時代においては、キュービット・プロセッサが多数のキュービットを処理することができる。第１のキュービットのグループ内のキュービットの数は、前記キュービット処理方法が、古典的にシミュレートすることが可能でなかったシミュレーションを実施することが可能となるように、好ましくは５０を超え、より好ましくは１００を超えるものとする。通常、各ロケーションのセット内のロケーションの数は、前記第１のキュービットのグループ内のキュービットの数と同じか、またはそれより多くなる。各ロケーションは、好ましくは、キュービットへの操作を実施するべく構成することが可能な電極を包含する。オプションとして、前記第１のキュービットのグループを任意のロケーションのセット内においてサポートすることが可能であり、ユニットとして取り回し、ロケーションのセットの間で移行させることが可能である。これは、ロケーションのセットの間において高速なグローバル・コントロールを使用して前記移行ステップを実施することによってプロセスを簡素化することが可能である。
【0011】
前記キュービット処理方法は、時間ｔ２に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションにおいて、それぞれ、第２のキュービットのグループの第１のキュービットおよび第２のキュービットを受け取るステップを包含する。前記第１のキュービットのグループの前記第１および第２のキュービットは、時間ｔ１に、前記第１のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションのそれぞれにおいて受け取られ、ｔ２＞ｔ１である。このキュービット処理方法の利点は、第１のキュービットのグループの直後に前記プロセッサ内において第２のキュービットのグループの処理を開始することによって、前記キュービット・プロセッサ内において同時に複数のキュービットのグループの処理が可能なことである。これは、前記第１のキュービットのグループを空間に移行させることによって達成が可能である。同時に複数のキュービットのグループを処理することは、スループットを増加することが可能である。好ましくは、キュービットに操作を実施することが可能な操作段階の間に、前記第１および第２のキュービットのグループが少なくとも２つの占有されていないロケーションのセットによって分離される。オプションとして前記第１および第２のキュービットのグループが、１つの占有されていないロケーションのセットによって分離される。
【0012】
時間ｔｔｒにおいて、前記第１のキュービットのグループの前記第１および第２のキュービットを第２のロケーションのセットの前記第１および第２のロケーションのそれぞれから前記第３のロケーションのセットの前記第１および第２のロケーションへ移行させることができるが、通常それは、前記第１のロケーションのセットにおいて前記第１のキュービットのグループが受け取られた後であり、すなわち、ｔｔｒ＞ｔ１である。前記第３のロケーションのセットが、好ましくは、前記第２のロケーションのセットと前記読み出しロケーションのセットの間の中間のロケーションのセットになる。好ましくは、前記第２のロケーションのセットから前記第３のロケーションのセットへの前記第１のキュービットのグループの前記移行が、前記第１のロケーションのセットにおける前記第２のキュービットのグループの受け取りの前に生じ、すなわちｔｔｒ≦ｔ２である。好都合なことに、これは、前記プロセッサ内において、前記第１のキュービットのグループと前記第２のキュービットのグループの間に空のロケーションのセットを提供する。前記第１のキュービットのグループおよび前記第２のキュービットのグループは、最小限単一の占有されていないロケーションのセットによって分離することができる。この距離は、全体を通じて維持が可能であり、前記第１および第２のキュービットのグループを横切る意図しないキュービット相互作用を回避する。オプションとして、複数のキュービットのグループが、異なるロケーションのセット内の同じ相対的なロケーションを占有して、同時に、かつ独立して処理される。
【0013】
通常、前記キュービット・プロセッサ内にはＮ個のロケーションのセットがあり、Ｎ＞３である。Ｎの値は、コンピュータ・プログラム内の望ましいステップ数によって決定することができる。好ましくは、各ロケーションのセットにおいて１つのステップが実施され、したがって、Ｎ個のロケーションのセットは、Ｎ個のプログラミング・ステップに適応することが可能である。通常、前記キュービットの前記状態は、前記コンピュテーションの最後に読み出される。第Ｎのロケーションのセットは、したがって、好ましくは前記読み出しロケーションのセットを包含する。
【0014】
オプションとして、前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットの前記状態が、時間ｔｒにおいて読み出され；また、前記第１のキュービットのグループの前記第２のキュービットの前記状態が、時間ｔｒにおいて読み出され；ｔｒ＞ｔ２である。この例においては、時間ｔ２に前記第１のロケーションのセットにおいて受け取られる前記第２のキュービットのグループの処理が、前記第１のキュービットのグループの処理が完了する前に開始する。通常、前記キュービット処理方法の最終ステップは、前記グループ内の前記キュービットの前記状態の読み出しである。好都合なことに、前記キュービット・プロセッサによる前記複数のキュービットのグループの同時処理が、処理キャパシティを増加させる。
【0015】
各キュービットのグループは、当該グループが前記キュービット・プロセッサを、連続するロケーションのセットを、前記第１のロケーションのセットから前記読み出しロケーションのセットを通って抜けるとき、同じ方法で処理される。したがって、エラーがまったく生じなければ、前記キュービットのグループのそれぞれの第ｉのキュービットの前記状態は同じになる。各キュービットのグループは、通常、ｎ個のキュービットを包含し、１≦ｉ＜ｎである。それにもかかわらず、１つ以上のキュービットの前記状態に影響を与えるエラーの発生が予期される。現在のところ、エラーを完全に排除することは不可能であり、したがって、通常、量子コンピュテーションは、コンピュテーションへのエラーの影響を低減するべく複数回にわたって実施される。このキュービットを処理する方法は、都合よく、複数のキュービットのグループを前記キュービット・プロセッサ内において独立かつ同時に処理し、同じ一連の操作を迅速な連続で反復して複数回実施し、各キュービットの平均の状態を決定することを可能にする。
【0016】
好ましくは、前記キュービット・プロセッサ内の各ロケーションのセットが、キュービットのグループ内のキュービットの状態に関する操作を実施するべく構成することができる。操作は、オプションとして、待機からなるか、またはそれを包含する。各キュービットのグループは、通常、連続するロケーションのセットによって受け取られ、読み出しロケーションのセットにおいて終結する。複数のキュービットを同期して処理することができる。オプションとして、前記キュービット処理方法は、さらに：時間ｔ３において、前記第１のキュービットのグループの前記第１のキュービットを、前記第３のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから第４のロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと；時間ｔ３において、前記第１のキュービットのグループの前記第２のキュービットを、前記第３のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第４のロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと；時間ｔ３において、前記第２のキュービットのグループの前記第１のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションへ移行させるステップと；時間ｔ３において、前記第２のキュービットのグループの前記第２のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションへ移行させるステップと；を包含し、ｔ３＞ｔ２とする。好都合なことに、ロケーションのセットの間における複数のキュービットのグループの移行を、同期させて、かつグローバルに実施することが可能である。好ましくは、前記第４のロケーションのセットが、前記第３のロケーションのセットと前記読み出しロケーションのセットの間の中間のロケーションのセットになる。
【0017】
概して言えば、２キュービット相互作用を、前記キュービット処理方法内のロケーションのセットにおいてイネーブルすることができる。好ましくは、ｎキュービット処理方法が、さらに、前記第１のキュービットのグループの各キュービットが直接または間接的に前記第１のキュービットのグループの１つおきのキュービットと相互作用するように、前記第１のキュービットのグループの第ｉのキュービットと前記第１のキュービットのグループの第（ｉ＋１）のキュービットの間における相互作用をイネーブルするステップを包含する。ｎ個のキュービットを包含する第１のキュービットのグループについて、１≦ｉ＜ｎである。特定のペアのキュービットの間の相互作用が生じる位置は、前記ロケーションのセットの構成および前記ロケーションのセット内の前記ロケーションに依存することができる。第ｉのキュービットと第（ｉ＋１）のキュービットは、好ましくはグループ内の物理的に隣接するキュービットであり、相互作用のイネーブルは、最近傍ハイゼンベルグ交換等の最近傍相互作用がイネーブルされるように、それらのキュービットを空間的に近づけ、それらのキュービットの間のトンネル結合を増加させることを包含することができる。
【0018】
前記キュービット処理方法は、２つのキュービットの間の相互作用をイネーブルするステップを包含する。より一般的に述べれば、ｎキュービットのグループにおいて、前記ｎキュービットのグループ内の任意の隣接するキュービットのペアの間で相互作用をイネーブルすることができる。しかしながら、連続するキュービットのグループの間における時間的空間的分離が、好ましく、グループ間のキュービットの相互作用がないことを保証する。たとえば、前記第１のキュービットのグループ内の前記第１のキュービットと前記第２のキュービットのグループ内の前記第１のキュービットは、相互作用しない。好ましくは、異なるキュービットのグループに属するキュービットの間の相互作用を回避するために、前記第１および第２のキュービットのグループは、操作段階の間にわたって少なくとも１つの占有されていないロケーションのセットによって分離される。前記取り回しステップおよび移行ステップの実施に要する時間がロケーションのセットの間において等しくない場合には、それぞれの占有されているロケーションのセットの間に２つ以上の占有されていないロケーションのセットを有する必要が生じることがある。
【0019】
占有されていないロケーションのセットは、初期化することができる。オプションとして、占有されていないロケーションのセットのうちのいずれかまたはすべてをグローバルに『ゼロ』にリセットすることができる。前記キュービット処理方法は、さらに、前記第１のロケーションのセットに初期化操作を実施することを包含することができる。初期化操作の実施は、前記第１のロケーションのセットの前記第１および第２のロケーションのそれぞれからの前記第１のキュービットのグループの前記第１および第２のキュービットの前記移行の後であり、かつ前記第１のロケーションのセットの前記第１および第２のロケーションのそれぞれにおける前記第２のキュービットのグループの前記第１および第２のキュービットの前記受け取りの前に生じることができる。これは、不完全なキュービットの移行があった場合の望ましくないクロストークを都合よく防止することが可能である。オプションとして、前記第１のロケーションのセットの前記第１および第２のロケーションからの前記第１のキュービットのグループの前記第１および第２のキュービットの前記移行に続き、前記初期化操作の実施前に前記キュービットの状態を測定することが可能である。この場合においては、エラーが生じていない限り測定値がゼロになる。したがって、エラーの発生の監視およびエラー発生時におけるグローバル・リセットの実施にこれを都合よく使用することが可能である。
【0020】
オプションとして、前記キュービットを電子スピン・キュービットまたは捕獲イオン・キュービットまたは超電導キュービットとする。電子スピン・キュービットは、それらを取り回し、ほかの電子スピン・キュービットと結合させることが容易に可能であることから、量子コンピュテーション・プロセスに適している。捕獲イオン・キュービットは、量子コンピュテーションの誤り許容性を向上させることが可能な安定性を有益に提供する。超電導キュービットは、長いコヒーレンス時間を提供できる。長いコヒーレンス時間を都合よく提供し、かつ既存のテクノロジとの互換性があることから、前記キュービットを、好ましくは、シリコン・ベースのデバイス内の電子スピン・キュービットとする。
【0021】
ロケーションのセットの間においてキュービットを移行させるステップは、通常、選択されたキュービットのタイプに依存する。たとえば、前記移行させるステップは、電子シャトリングを包含することができ、電子スピン・キュービットまたは捕獲イオン・キュービットを『シャトリング』することができる。これは、局所的な電気的ポテンシャル・エネルギが移送電荷に修正されるプロセスを参照する。電子は、電気的ポテンシャル・エネルギの景観内の極小で落ち着き、それの現在のロケーション内の電気的ポテンシャル・エネルギを上昇させ、かつ意図しているロケーション内の電気的ポテンシャル・エネルギを降下させ、その間、その他の場所では高ポテンシャル・バリアを維持し、前記電子を案内することによって前方へシャトリングすることが可能である。このプロセスは、信頼性があり、誤りに対する許容性があることから有利である。それに加えて、電子シャトリングを使用する移行は、前記プロセッサを通じた複数のキュービットのグループの移動のグローバル・コントロールを可能にする。
【0022】
それに代えて、前記移行させるステップは、スワップ操作を包含することができる。スワップ操作においては、２つのキュービットが交換される。オプションとして、スワップ操作を、超電導キュービットの移行に使用することができる。この例においては、各ロケーションのセット内の各ロケーションにキュービットが存在することができ、それによりスループットを有益に増加することができる。
【0023】
本発明の他の態様は、キュービット・プロセッサを提供する。前記キュービット・プロセッサは、本発明の第１の態様に従った前記キュービット処理方法を実装することが可能である。前記キュービット処理方法のあらゆる特徴を前記キュービット・プロセッサ内において実装することができ、前記キュービット・プロセッサのあらゆる特徴を前記キュービット処理方法の実施に使用することができる。本発明の各態様は、類似する利点を共有する。前記キュービット・プロセッサは、第１のロケーションのセットと；第２のロケーションのセットと；読み出しロケーションのセットとを包含する。各ロケーションのセットは、それぞれ第１のキュービットと第２のキュービットを受け取るべく構成された少なくとも第１のロケーションと第２のロケーションとを包含する。前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションは、第１の１キュービット操作を実施するべく構成され、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションは、第２の１キュービット操作を実施するべく構成される。前記第１のロケーションのセットは：前記第１のロケーションにおいて第１のキュービットを、前記第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取り；前記第１のキュービットの状態に関して前記第１の１キュービット操作を実施し；かつ、前記第２のキュービットの状態に関して前記第２の１キュービット操作を実施するべく構成される。前記第２のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションは、２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成される。前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第１のロケーションのセットから前記第２のロケーションのセットへ移行される。前記第２のロケーションのセットは、前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間における前記２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成される。前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第２のロケーションのセットから前記読み出しロケーションのセットへ移行される。前記読み出しロケーションのセットは、前記第１のキュービットの前記状態と前記第２のキュービットの前記状態を読み出すべく構成される。
【0024】
好ましくは、前記キュービット・プロセッサがＳｉＭＯＳテクノロジを使用して製造され、低電力要件を伴う高密度キュービット・アレンジメントが可能である。好ましくは、前記キュービット・プロセッサが、ｎキュービットのグループを処理するべく構成され、通常、各ロケーションのセットが、前記ｎキュービットのグループに適応するべく少なくともｎ個のロケーションを有して構成される。前記ｎ個のロケーションのそれぞれは、電極を包含することができる。オプションとして、１つ以上の電極に電圧を印加し、１キュービットまたは２キュービット操作をもたらすことができる。処理ステップの数は、実装されるプログラムに依存する。通常、ステップの数Ｎは３より大きく、前記キュービット・プロセッサは、通常、少なくともＮ個のロケーションのセットを包含する。
【0025】
前記キュービット・プロセッサを製造するためのＳｉＭＯＳテクノロジの使用は、プロセッシング・チップ上におけるキュービットの稠密に詰められたアレンジメントを可能にできるスケーラブル・アーキテクチャを提供することが可能である。説明されているｎキュービット処理方法は、Ｎ×ｎの電極のアレンジメント、および好ましくは対応するＮ×ｎのロケーションのアレンジメントを必要とすることがある。これは、Ｎ個の異なるプロセスをシーケンシャルに実施することが可能な√ｎ×√ｎアレンジメントの代わりに取り得る方法である。Ｎ×ｎのロケーションのアレンジメントにおいては、Ｎ個のロケーションのセットが、Ｎ個の時間ステップに好ましく対応し、各ロケーションのセット内のｎ個のロケーションが、グループ内のキュービットの数に好ましく対応する。ＳｉＭＯＳテクノロジを使用してより大きなロケーション数が可能になり、好都合にも前記キュービット処理方法が必要とする信号発生器からの入力は、より少なくなる。前記キュービット処理の間における前記キュービットのグループのコントロールは、都合よく簡素化される。
【0026】
前記キュービット・プロセッサは、オプションとして、第３のロケーションのセットを包含し；電圧源が、前記第１のロケーションのセットおよび前記第３のロケーションのセットと、前記第１のロケーションのセットと前記第３のロケーションのセットに同時に電圧が印加されるように電気的に接続される。前記第３のロケーションのセットが、好ましくは、前記第２のロケーションのセットと前記読み出しロケーションのセットの間の中間のロケーションのセットになる。説明されているキュービット処理方法の利点は、それぞれの時点において前記プロセッサ内の複数のキュービットのグループを処理する能力である。前記プロセッサに沿った１つのロケーションのセットから次のロケーションのセットへのキュービットの移行は、都合よくグローバルに実施することができる。たとえば、同一の電圧源を使用して前記第１のキュービットのグループおよび前記第２のキュービットのグループの両方を次のロケーションのセットへ、前記第１および第２のキュービットのグループが前記プロセッサ内において空間的に分離されることがあるとしてさえ、移行させることができる。好ましくは、各占有されているロケーションのセットを分離する少なくとも２つの占有されていないロケーションのセットが存在する。好都合なことに、電圧源を各占有されているロケーションのセットと電気的に接続し、前記キュービット・プロセッサを通じた複数のキュービットのグループの移動をコントロールすることができる。
【0027】
前記キュービット・プロセッサは、量子コンピュテーションの一部としてキュービット処理方法を走らせる前にセットアップすることができる。これは、通常、各ロケーションのセット内の各ロケーションが特定の取り回しまたは操作を実施するべく構成されることが可能となるように、各ロケーションにおいて前記電極を局所的に調整することを含む。１つのロケーションの電極を、シングル・キュービット操作を実施するべく構成することができるか、またはロケーションのセット内の隣接するロケーションのペアの電極を、２つのキュービットの間における相互作用をイネーブルするべく構成することができる。好ましくはキュービット・プロセッサが、コンピュテーションを実施する前に構成される。コンピュテーション段階の間においては、各ロケーションのセット、および前記ロケーションのセット内の各ロケーションが、受け取った連続するキュービットのグループのそれぞれに関して同一の操作を実施するように、前記キュービット・プロセッサの構成が、好ましくは固定されたままとなる。
【0028】
好ましくは、前記キュービット処理方法が、コンピレーション段階、ランタイム段階、および読み出し段階を包含する。前記コンピレーション段階の間は、前記第１のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションは、第１および第２の１キュービット操作をそれぞれ実施するべく構成される。一例においては、前記第１の１キュービット操作がＸ回転であり、前記第２の１キュービット操作がＺ回転である。他の例においては、前記第１および第２の１キュービット操作が同一タイプの操作になる。前記第２のロケーションのセット内の前記第１および第２のロケーションもまた、前記コンピレーション段階の間に、交換相互作用等の２キュービット相互作用をイネーブルするべく構成される。
【0029】
オプションとして、前記コンピレーション段階において、前記キュービット・プロセッサ内のロケーションのセット内のロケーションの電極に印加される電圧を調整することが可能である。この調整は、オプションとして、ロケーションのセット内の個別のロケーションのキュービット・ロジック・ゲートのレート、およびロケーションのセットの間の電子のトンネリング・レートをコントロールする。特定のロケーションのセット上において、電圧調整が、前記ロケーションのセット内の個別のロケーションにおけるキュービット対キュービットの結合強度をコントロールすることができる。ランタイム段階の間は、キュービットを受け取るステップ、操作を実施するステップ、キュービットを移行させるステップ、および相互作用をイネーブルするステップを実施することができる。これらの操作は、前記コンピレーション段階の間に設定された各ロケーションのセット内の各ロケーションの構成に従って実施される。前記コンピレーション段階の前記調整セットアップは、ランタイム段階の間のキュービットおよび前記キュービットによって伝達される量子情報のコントロールを提供することができる。
【0030】
オプションとして、前記ランタイム段階は、ロケーションの２次元グリッド内の第ｋのロケーションのセットにおけるｎ個のキュービットの状態を同期的に受け取るステップと；前記第ｋのロケーションのセットにおける前記キュービットの前記状態に関して、待機からなるとし得る同期された取り回しを実施するステップと；前記第ｋのロケーションのセットからその後に続く第（ｋ＋１）のロケーションのセット上へｎ個のキュービットの状態を同期的に移行させるステップとを包含する。
【0031】
通常、前記取り回しが１キュービット・ロジック・ゲートのセットを実現するように、交番するロケーションのセットが互いから分離される。中間のロケーションのセット上においては、取り回しが２キュービット・ロジック・ゲートを実現するように、特定の隣接するキュービットが互いに結合されることがある。
【0032】
好ましくは、すべてのロケーションのセットのための上記のランタイム・ステップが完了すると、前記読み出し段階の間に、ｎ個のキュービットの状態が最後のロケーションのセット、すなわち前記読み出しロケーションのセットにおいて読み出される。
【0033】
本発明のさらなる態様は、キュービット・プロセッサ内において量子コンピュテーションを実施するための方法を提供する。前記方法は、第１のロケーションのセット内の第１のロケーションにおいて第１のキュービットを受け取るステップと；前記第１のロケーションのセット内の第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取るステップと；前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションの前記第１のキュービットの状態に関して操作を実施するステップと；前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションの前記第２のキュービットの状態に関して操作を実施するステップと；前記第１のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから第２のロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のキュービットを、前記第１のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記第２のロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のロケーションのセット内の前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間における相互作用をイネーブルするステップと；前記第１のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第１のロケーションから読み出しロケーションのセット内の第１のロケーションへ移行させるステップと；前記第２のキュービットを、前記第２のロケーションのセット内の前記第２のロケーションから前記読み出しロケーションのセット内の第２のロケーションへ移行させるステップと；前記読み出しロケーションのセット内の前記第１のロケーションにおいて前記第１のキュービットの前記状態を読み出すステップと；前記読み出しロケーションのセット内の前記第２のロケーションにおいて前記第２のキュービットの前記状態を読み出すステップと；を包含する。
【0034】
本発明の他の態様は、キュービット・プロセッサを提供する。前記キュービット・プロセッサは、本発明の第１の態様に従った前記キュービット処理方法を実装することが可能である。前記キュービット処理方法のあらゆる特徴を前記キュービット・プロセッサ内において実装することができ、前記キュービット・プロセッサのあらゆる特徴を前記キュービット処理方法の実施に使用することができる。本発明の各態様は、類似する利点を共有する。前記キュービット・プロセッサは、第１のロケーションのセットと；第２のロケーションのセットと；読み出しロケーションのセットとを包含する。各ロケーションのセットは、少なくとも第１のロケーションと第２のロケーションとを包含する。前記第１のロケーションのセットは：前記第１のロケーションにおいて第１のキュービットを、前記第２のロケーションにおいて第２のキュービットを受け取り；かつ、前記第１のキュービットの状態および前記第２のキュービットの状態に関して操作を実施するべく構成される。前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第１のロケーションのセットから前記第２のロケーションのセットへ移行される。前記第２のロケーションのセットは、前記第１のキュービットと前記第２のキュービットの間における相互作用をイネーブルするべく構成される。前記第１のキュービットおよび前記第２のキュービットは、前記第２のロケーションのセットから前記読み出しロケーションのセットへ移行される。前記読み出しロケーションのセットは、前記第１のキュービットの前記状態と前記第２のキュービットの前記状態を読み出すべく構成される。
【0035】
以下、次に挙げる添付図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】第１の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図2】第２の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図3】第３の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図4A】時間ｔａにおける第４の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図4B】時間ｔｂ＞ｔａにおける第４の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図5】第５の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図6A】時間ｔ１における第６の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図6B】時間ｔ２における第６の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図6C】時間ｔ３における第６の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図6D】時間ｔ４における第６の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略図である。
【図7】第７の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した概略図である。
【図8A】第８の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した第１の概略図である。
【図8B】第８の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した第２の概略図である。
【図9】第９の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作のフローチャートである。
【図10A】第１０の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した第１の概略図である。
【図10B】第１０の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した第２の概略図である。
【図10C】第１０の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作を図解した第３の概略図である。
【図11】第１１の実施形態に従ったキュービット・プロセッサにおける操作のフローチャートである。
【図12】第１２の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略の上面図である。
【図13A】第１３の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略の上面図である。
【図13B】第１３の実施形態に従ったキュービット・プロセッサを図解した概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
図１は、第１の実施形態における第１、第２、第３、および第Ｎのロケーションのセット１０１、１０２、１０３、および１０７を略図的に示している。各ロケーションのセット１０１－１０３、１０７は、キュービットのグループ１０８を支持し、かつグループ内のキュービットの状態を取り回すべく構成される。この実施形態においては、各ロケーションのセット１０１－１０３、１０７が、当該ロケーションのセット内のキュービットに対してあらかじめ決定済みの操作を実施するべく構成される。量子コンピューティング・スキームにおける一連の操作をキュービットに対して実施するために、キュービットのグループが、１つのロケーションのセットから次のロケーションのセットへシャトリングされる。この実施形態においては、Ｎ個のロケーションのセットを含めることによってＮ個のステップを包含するキュービット処理方法を実装することが可能である。第ｎのステップは、１≦ｎ≦Ｎとする第ｎのロケーションのセットにおいて実施される。第Ｎのロケーションのセット１０７は、読み出しロケーションのセットであり、読み出し装置１０９によって当該グループ内の各キュービットの状態を読み出すことが可能である。
【0038】
図２は、第２の実施形態に従った６つの隣接するロケーションのセット２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を略図的に示している。この実施形態においては、操作の実施に要する時間が各ロケーションのセット２０１－２０６について同じになる。キュービット処理方法は、操作ステップとシャトリング・ステップを交番することによって進む。操作ステップの間においては、当該ロケーションのセットのためのあらかじめ決定済みの操作に従ってキュービットのグループが取り回される。シャトリング・ステップの間においては、キュービットのグループが第ｎのロケーションのセットから第（ｎ＋１）のロケーションのセットへシャトリングされ、１≦ｎ≦Ｎ－１であり、合計でＮ個のロケーションのセットが存在する。このキュービットの処理方法は、複数のキュービットのグループを連続的に処理することを都合よく可能にする。
【0039】
図２は、示されている６個のロケーションのセット２０１－２０６の間における電気的接続を図解している。第１と第４のロケーションのセット２０１、２０４は、第１の電圧源２１１によって同期してコントロールされる。同様に、第２と第５のロケーションのセット２０２、２０５、第３と第６のロケーションのセット２０３、２０６は、それぞれ、第２および第３の電圧源２１２、２１３によって同期してコントロールされる。電圧源２１１－２１３のそれぞれは、高速パルス発生器であり、ロケーションのセットと２つおきに電気的に接続される。電圧源のそれぞれによって印加される電圧は、図７を参照して説明を後述するとおり、キュービットのグループを第ｎのロケーションのセットから第（ｎ＋１）のロケーションのセットへシャトリングするべく修正することが可能である。単一の電圧源を用いた２つおきのロケーションのセットの同時コントロールは、キュービットのグループを２つおきのロケーションのセットに投入し、かつ同時にシャトリングすることを可能にする。たとえば、図２を参照するが、第１のロケーションのセット内の第１のキュービットのグループと第４のロケーションのセット内の第２のキュービットのグループを、それぞれ、第１と第４のロケーションのセットのためのあらかじめ決定済みの操作に従って取り回すことが可能である。操作ステップに続いて、第１および第２の電圧源に印加される電圧をコントロールすることによって、第１と第２のキュービットのグループを、それぞれ、第２と第５のロケーションのセットへシャトリングさせることが可能である。シャトリング・ステップに続いて、第１と第２のキュービットのグループを、それぞれ、第２と第５のロケーションのセットのためのあらかじめ決定済みの操作に従って取り回すことが可能である。
【0040】
代替実施形態においては、１つのロケーションのセットからその後に続くロケーションのセットへのキュービットのグループの移行は、スワップ操作を使用して実施される。この例においては、各ロケーションのセット内の各ロケーションが占有されているとすることができる。キュービットは、あらかじめ構成済みのアレンジメントに従って特定のロケーション内において取り回され、その後、スワップ操作が実施される。スワップ操作の間においては、第ｎの取り回し操作を受けた第ｎのロケーションのセット内のキュービットを、第ｎと第（ｎ＋１）のロケーションのセットを結合することによって第（ｎ＋１）のロケーションのセット内のキュービットと交換することが可能であり、１≦ｎ≦Ｎ－１であり、合計でＮ個のロケーションのセットが存在する。この方法においては、データ・キュービットのグループが、プロセッサを通って第１のロケーションのセットから第Ｎのロケーションのセットへ進み、そこでそれらの状態が読み出され、補助キュービットが逆方向へ進み、プロセッサ全体を通じたスワップを可能にする。スワップ操作は、任意タイプのキュービットの移行に使用することができるが、特に、超電導キュービットを使用する実装において有利となり得る。シャトリング要件と同様に、第１と第２のキュービットのグループは、少なくとも２つのロケーションのセットに分けられて、隣接するロケーションのセットが結合されるときのグループ間キュービットの相互作用が回避される。
【0041】
キュービット処理方法は、通常、代表的な統計結果の確立に多くの反復を必要とする。説明されるとおりのキュービット・プロセッサ内における連続するキュービットのグループの同時処理は、多くの反復の実施を可能にする。
【0042】
各ロケーションのセットのための操作およびシャトリングの時間が一定であれば、最大で１つおきのロケーションのセットが占有されることがあり、したがって、１つのロケーションのセットから次のロケーションのセットへキュービットのグループを移行させるステップを実施する各電圧源を１つおきのロケーションのセットと電気的に接続することが可能である。他の実施形態においては、各ロケーションのセットのための操作およびシャトリングの時間が一定でないとすることができる。この場合においては、Ｎ個のロケーションのセットを、各ブロックのための操作およびシャトリングのステップの実施に要する時間が同じになるブロックに分割することが可能である。各ロケーションのセットのための操作およびシャトリングの時間が一定でない場合には、各占有されているロケーションのセットの間に２より多くの占有されていないロケーションのセットを有する必要が生じることがある。この場合においては、ブロック内の各ロケーションのセットが、異なる電圧源と電気的に接続されることになる。複数のロケーションのセットのコントロールに１つの電圧源を同時に使用することは、キュービット処理方法において必要とされる数、コントロールの複雑性、およびリソースの相互接続を都合よく減ずる。
【0043】
他の実施形態においては、特定のロケーションのセットにおける操作が、ほかのロケーションのセットにおける操作の実施に要するより有意に、たとえば一桁以上長いことがある。たとえば、第１のロケーションのセットにおける初期化操作または第Ｎのロケーションのセットにおける読み出し操作が、実施に長い時間を要することがある。この例においては、キュービット・プロセッサが、単一のキュービットのグループのサポートだけが可能であるとすることができる。しかしながら、プロセッサを通じたグループの移行に必要とされるリソース、および、同様に処理の複雑性は、それにもかかわらず低減されることになる。キュービット・プロセッサによって同時に１つだけのキュービットのグループが処理される場合には、移行ステップの実施に電圧源をＮ個ではなく３つだけ使用することができる。
【0044】
図３は、第３の実施形態に従ったキュービット・プロセッサ回路の例示的な部分である。４つのロケーションのセット３０１、３０２、３０３、３０４が示されており、各ロケーションのセット３０１－３０４内のそれぞれのロケーションにある５つの電極３０５、３０６、３０７、３０８、３０９を含む。各ロケーションのセット３０１－３０４は、ｎキュービットのグループを受け取ることができ、各電極３０５－３０９がキュービット（単数形）を受け取ることができる。この実施形態においては、各キュービットのグループ内に５つのキュービットが存在し、すなわちｎ＝５である。第１のロケーションのセット３０１には、５つのシングル・キュービット量子ロジック・ゲート３１１、３１２、３１３、３１４、３１５が存在する。第２のロケーションのセット３０２においては、第１と第２の電極、および第４と第５の電極が、それぞれ結合されて２キュービット量子ロジック・ゲート３２１、３２２を形成している。第２のロケーションのセット３０２は、第１のロケーションのセット３０１からの、第１のロケーションのセットにおいてシングル・キュービット操作を受けた第１と第２のキュービットが、第２のロケーションのセット３０２において互いに相互作用するように構成される。類似する相互作用が、第２のロケーションのセット３０２内の第４と第５のキュービットの間において生じる。第３のロケーションのセット３０３および第４のロケーションのセット３０４内にそれぞれ略図的に図解されている２キュービット量子ロジック・ゲート３２３、３２４は、キュービット処理方法の間に各キュービットが、直接または間接的に残りのキュービットと相互作用することを確保する。これは、概して、隣接するキュービット、すなわち、１＜ｉ＜ｎについての第ｉのキュービットと第（ｉ－１）および第（ｉ＋１）のキュービットの間における相互作用をイネーブルすることによって達成される。代替実施形態においては、２つの電極を結合して２キュービット相互作用をイネーブルすることが、キュービット・プロセッサ内の任意のロケーションのセット内において生じることができる。
【0045】
図４Ａおよび４Ｂは、第４の実施形態に従ったキュービット・プロセッサ回路の一部を略図的に図解している。この例においては、キュービットが電子スピン・キュービットであり、電子が、量子ドット内に閉じ込められ、量子情報が電子のスピン状態に収められる。３つのロケーションのセット４０１、４０２、４０３が示されている。図４Ａにおいては、５つのキュービットを包含するｎキュービット４０５、４０６、４０７、４０８、４０９（すなわち、ｎ＝５）のグループが、第１のロケーションのセット４０１のためにプリセットされたコントロール・パラメータに従って取り回される。この実施形態においては、第１のロケーションのセット内のロケーションの各電極が、シングル・キュービット量子ロジック・ゲート４１１、４１２、４１３、４１４、４１５として構成される。第１のロケーションのセット４０１における操作ステップの間に、キュービットのグループ内の各キュービット４０５－４０９が、したがって、シングル・キュービット操作を受ける。第１のロケーションのセット４０１における操作ステップの後であり、かつ第１のロケーションのセット４０１から第２のロケーションのセット４０２へのシャトリング・ステップの前の時間ｔａにおける各キュービット４０５－４０９の状態が、Ψｉ
ｔａとして表されており、１≦ｉ≦５である。シャトリング時間Δｔｓにわたり、５つのキュービット４０５－４０９が、第２のロケーションのセット４０２へ、水平のラインによって示されているとおり、移行される。
【0046】
図４Ｂにおいては、キュービット４０５－４０９のグループが第２のロケーションのセット４０２内にある。第２のロケーションのセットは、１つの１キュービット量子ロジック・ゲート４２２と、２つの２キュービット量子ロジック・ゲート４２１、４２３を包含している。キュービット４０５－４０９のグループは、操作時間Δｔｇの間に、１キュービットおよび２キュービット・ゲート４２１、４２２、４２３によって取り回される。時間ｔｂにおけるキュービット４０５－４０９のそれぞれの状態が、Ψｉ
ｔｂとして表されており、１≦ｉ≦５である。実施される操作は、キュービット処理プログラムを走らせる前にプリセットされるコントロール・パラメータの調整に依存する。調整のレベルが陰影によって略図的に示されている。たとえば、１キュービット量子ロジック・ゲートのために回転の角度を調整することが可能であり、あるいは２キュービット量子ロジック・ゲートのためにキュービットキュービットの相互作用の強度を調整することが可能である。コントロール・パラメータは、特定のプログラムの実行の間にわたって固定されたままであるが、異なるプログラムの実施に向けて再調整することが可能である。
【0047】
図５は、第５の実施形態に従ったキュービット・プロセッサ回路の例示的な部分であり、分離構成と結合構成のロケーションのセットが交番する。４つのロケーションのセット３５１、３５２、３５３、３５４が示されており、各ロケーションのセット３５１－３５４内のそれぞれのロケーションにある５つの電極３５５、３５６、３５７、３５８、３５９を含む。第１と第３のロケーションのセット３５１、３５３は、分離構成である。第１のロケーションのセット３５１には、５つの１キュービット量子ロジック・ゲート３６１、３６２、３６３、３６４、３６５が存在する。第３のロケーションのセット３５３もまた、５つの１キュービット量子ロジック・ゲート３８１、３８２、３８３、３８４、３８５を有する。中間のロケーションのセット、すなわち第２および第４のロケーションのセット３５２、３５４は、結合構成であり、２キュービット・ロジック・ゲートを具現するべく隣接するキュービットが互いに結合される。第２のロケーションのセット３５２においては、第１と第２の電極３５５、３５６のキュービット、および第３と第４の電極３５７、３５８のキュービットが結合されて２キュービット量子ロジック・ゲート３７１、３７２を形成している。第４のロケーションのセット３５４においては、第２と第３の電極３５６、３５７、および第４と第５の電極３５８、３５９のキュービットがそれぞれ結合されて、２キュービット量子ロジック・ゲート３９１、３９２が構成されている。第４のロケーションのセット３５４内の２キュービット量子ロジック・ゲート３９１、３９２は、第２のロケーションのセット３５２内の２キュービット量子ロジック・ゲート３７１、３７２からオフセットされている。この２キュービット・ゲートのアレンジメントは、キュービット・プロセッサ内におけるキュービットの間の直接または間接的相互作用をもたらす。代替実施形態においては、隣接する電極の任意のペアを結合して２キュービット・ゲートを具現することができる。
【0048】
図５において、第１から第４までの時間、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４は、時間的に連続するポイントにおけるプロセッサ内のキュービットのグループの位置を略図的に示している。時間ｔ１１では、キュービットのグループが、第１のロケーションのセット３５１から第２のロケーションのセット３５２へ移行される。時間ｔ１２では、キュービットのグループ内の隣接するキュービットの間の第２のロケーションのセット３５２における相互作用がイネーブルされる。時間ｔ１３では、キュービットのグループが、第２のロケーションのセット３５２から第３のロケーションのセット３５３へ移行される。時間ｔ１４では、キュービットのグループ内の各キュービットが、第３のロケーションのセット３５３において１キュービット操作を受ける。
【0049】
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄは、第６の実施形態に従ったキュービット・プロセッサ回路の一部を略図的に図解している。分離構成と結合構成が交番する４つのロケーションのセット４５１、４５２、４５３、４５４が示されている。キュービット処理方法のランタイム段階の間の時間的に異なるポイントにおける５つのキュービット４５５、４５６、４５７、４５８、４５９を包含するキュービットのグループのキュービット・プロセッサ内における位置決めが図解されている。キュービット・プロセッサの処理パラメータ、すなわちキュービットの歳差周波数および最近傍接続性が、ランタイム段階に先行するコンピレーション段階において調整される。最近傍接続性の選択的調整が、１キュービットおよび２キュービット・ロジック・ゲートを形成する。
【0050】
図６Ａには、第１の移行ステップが図示されている。時間ｔ１におけるキュービットが図解されており、キュービットの状態が、１≦ｉ≦５に関してΨｉ
ｔ１として表されている。第１のロケーションのセット４５１は、５つの１キュービット量子ロジック・ゲート４６１、４６２、４６３、４６４、４６５を含む分離アレンジメントで構成される。キュービットのグループ４５５－４５９内の、第１のロケーションのセット４５１の１キュービット・ゲート４６１－４６５における１キュービット操作を受けた各キュービットは、水平のラインによって示されるとおり、時間Δｔｓにわたって第２のロケーションのセット４５２へ移行される。
【0051】
図６Ｂにおいて、キュービットのグループ内のキュービット４５５－４５９は、時間ｔ２＞ｔ１における、結合アレンジメントで構成された第２のロケーションのセット４５２内にある。操作時間Δｔｇにわたって、キュービット４５５－４５９のグループが取り回される。第１の２キュービット量子ロジック・ゲート４７１において第１と第２のキュービット４５５、４５６の間、および第２の２キュービット量子ロジック・ゲート４７２において第３と第４のキュービット４５７、４５８の間の相互作用がイネーブルされる。２キュービット量子ロジック・ゲート４７３の一部が示されているが、第５のキュービット４５９が隣接するキュービット（図示せず）と相互作用する。時間ｔ２におけるキュービットの状態が、１≦ｉ≦５に関してΨｉ
ｔ２として表されている。
【0052】
図６Ｃは、図６Ａに示されているものに類似の、第２の移行ステップを図解している。時間ｔ３＞ｔ２におけるキュービットの状態が、１≦ｉ≦５に関してΨｉ
ｔ３として表されている。キュービット４５５－４５９は、図６Ｂに図解されているとおり、第２のロケーションのセット４５２内において２キュービット操作を受けている。時間Δｔｓの間に、キュービットのグループ４５５－４５９が、第２のロケーションのセット４５２から第３のロケーションのセット４５３へ移行される。
【0053】
図６Ｄは、時間ｔ４＞ｔ３における第３のロケーションのセット４５３のキュービットのグループ４５５－４５９を図解しており、１≦ｉ≦５に関するΨｉ
ｔ４としてキュービットの状態が表されている。第３のロケーションのセット４５３は、分離構成である。第３のロケーションのセット４５３には、５つの１キュービット量子ロジック・ゲート４８１、４８２、４８３、４８４、４８５が存在する。操作時間Δｔｇの間に、キュービットのグループ内の各キュービット４５５－４５９は、１キュービット操作を受ける。
【0054】
図７は、第７の実施形態に従ったキュービットのシャトリングを略図的に図解している。グラフは、ある距離にわたる電気的ポテンシャル・エネルギ（任意単位）の変化を図示する。電気的ポテンシャル・エネルギは、２つのロケーションのセット５０１、５０２内の２つの捕獲ロケーションを横切る。この実施形態において、電子を『捕獲』し、１つのロケーションのセットから他のロケーションのセットへ電子を運ぶべく電子ポテンシャルの景観を変更することが可能である。電気的ポテンシャル・エネルギは、シャトリング時間Δｔｓの間の時間的な４つのポイントｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｓ４において図解されており、ｔｓ１＜ｔｓ２＜ｔｓ３＜ｔｓ４である。時間ｔｓ１においては、電子が第１のロケーションのセット５０１内に捕獲される。電子は、ロケーションのセット５０１と５０２の間においてバイアスを逆にすることによって第１のロケーションのセット５０１から第２のロケーションのセット５０２へシャトリングされる。これは、シャトリング・ステップの間に、第１のロケーションのセット５０１内の捕獲ロケーションにおける電極の電気的ポテンシャル・エネルギの上昇と、第２のロケーションのセット５０２内の捕獲ロケーションにおける電極の電気的ポテンシャル・エネルギの降下をもたらす。その間、周囲の電極の電気的ポテンシャル・エネルギは、ロケーションのセット内の特定のロケーションに電子が閉じ込められるように、捕獲スレッショルドより上に維持される。第２のロケーションのセット５０２のためのバイアス電圧が増加し、第１のロケーションのセット５０１のためのそれが減少することから、電気的ポテンシャルとともに電子が移動し、電子が低い電気的ポテンシャルを捜し出して１つのロケーションのセットから次へとシャトリングされる。バイアスのシフトは、単一のキュービットのグループのために最小の移動ポテンシャルを局所的に作り出す。時間ｔｓ４において、電子が、第２のロケーションのセット５０２内に捕獲される。
【0055】
図８Ａおよび８Ｂは、１つのキュービットキュービットのシャトリング操作を略図的に図解している。この例においては、各ロケーションのセット６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６における操作ステップのための処理時間が同じである。したがって、各キュービットのグループは、直前のキュービットのグループから３つのロケーションのセットの後にキュービット・プロセッサに入ることが可能である。この実施形態においては、６つの連続するロケーションのセット６０１－６０６が示されている。各ロケーションの各電極が、正方形によって略図的に示されており、電極の電子のポテンシャルが陰影の濃さによって示されている。より暗い陰影は、より高い電気的ポテンシャル・エネルギに対応する。キュービット６１１、６１２は、電極上の円によって示されている。この実施形態においては、各ロケーションのセット６０１－６０６は、低い電気的ポテンシャル・エネルギを含む電極を包含する『捕獲』ロケーションを包含する。各捕獲ロケーションは、高い電気的ポテンシャル・エネルギを含む電極を包含する閉じ込めロケーションによって取り囲まれている。図８Ａにおいて、第１と第４のロケーションのセット６０１、６０４のポテンシャルは、それぞれの捕獲ロケーション６２１、６２４の電極のポテンシャル井戸が、捕獲スレッショルドより下に落ち、電子６１１、６１２が捕獲されるようにオフセットされる。
【0056】
シャトリング・プロセスにおいては、第２と第５のロケーションのセット６０２、６０５の電気的ポテンシャル・エネルギが下げられ、その一方で第１と第４のロケーションのセット６０１、６０４の電気的ポテンシャル・エネルギが上げられる。このようにして電子が、キュービット・プロセッサに沿って並列に移行される。図８Ｂにおいては、電子が、それぞれ第２と第５のロケーションのセット６０２、６０５内の捕獲ロケーション６２２、６２５にシャトリングされている。捕獲ロケーション６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６を取り囲む閉じ込めロケーション６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６、６４１、６４２、６４３、６４４、６４５、６４６における電極の電気的ポテンシャル・エネルギは、電子を捕獲するには高すぎ、したがって、これらの電極は、ロケーションのセット内の選択されたロケーションへ電子を案内する。
【0057】
図９は、キュービット処理方法における単一キュービットを含む操作を説明したフローチャートである。第ｎのロケーションのセット内のあるロケーションでキュービットが受け取られる（７０１）。これは、オフセット電圧を印加して第ｎのロケーションのセットのポテンシャル井戸を下げ、捕獲ロケーションに電子を捕獲することによって達成される。キュービットが捕獲された後、キュービットの状態に関する操作が実施される（７０２）。当該操作は、たとえば、ＸまたはＺ回転とすることができ、この操作をコントロールするパラメータは、キュービット・プロセッサのコンピレーション段階においてあらかじめ決定される。キュービットの状態の取り回しの後、キュービットは、第ｎのロケーションのセット内の当該ロケーションから、第（ｎ＋１）のロケーションのセット内の対応するロケーションへ移行される（７０３）。
【0058】
図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃは、２つのキュービットを含むシャトリング操作を略図的に図解している。図１０Ａにおいては、第２のロケーションのセット８０２のポテンシャルが、第２のロケーションのセット８０２内にｎ個のキュービットのグループが捕獲されるようにオフセットされ、これにおいて、ｎ＝２である。第２のロケーションのセット８０２内の電極は、２つのキュービット８３１、８３２が捕獲ロケーション８４３、８４４内に捕獲され、閉じ込めロケーション８５４、８５５、８５６によって分離されるように構成される。各キュービット８３１、８３２は、第２のロケーションのセット８０２内においてシングル・キュービット操作を受けるが、それに要する時間は、Δｔｇ２である。
【0059】
図１０Ｂは、シャトリング・プロセスにおける第２のロケーションのセット８０２から第３のロケーションのセット８０３への電子の移動を図解している。このシャトリング・プロセスに要する時間は、Δｔｓ２である。第３のロケーションのセット８０３内においては、第２のロケーションのセット８０２内の閉じ込めロケーション８５５によって分離された２つのキュービット８３１、８３２が結合される。これは、第２のロケーションのセット８０２内の閉じ込めロケーション８５４－８５６の電極および第３のロケーションのセット８０３内の閉じ込めロケーション８５７、８５８、８５９の電極を、第２のキュービット８３２が、第２のロケーションのセット８０２内の捕獲ロケーション８４４から第３のロケーションのセット８０３内の捕獲ロケーション８４６へ斜めにシャトリングされるように構成することによって達成される。第１のキュービット８３１は、第２のロケーションのセット８０２内の捕獲ロケーション８４３から第３のロケーションのセット８０３内の捕獲ロケーション８４５へ水平にシャトリングされる。第３のロケーションのセット８０３内においては、第１と第２のキュービット８３１、８３２の間のトンネル結合が、それらが隣接ロケーション内にあることから増加する。これは、第３のロケーションのセット８０３内における第１と第２のキュービット８３１、８３２の間の２キュービット相互作用をイネーブルする。この例においては、２キュービット相互作用が、時間Δｔｇ３＝Δｔｇ２にわたって生じる。
【0060】
図１０Ｃには、時間Δｔｓ３＝Δｔｓ２を要する第２のシャトリング・プロセスにおける電子の移動が示されており、第１のキュービットのグループが第３のロケーションのセット８０３から第４のロケーションのセット８０４へシャトリングされる。第４のロケーションのセット８０４においては、第２のキュービット８３２が、斜めにシャトリングされて第１のキュービット８３１から離れ、第１と第２のキュービット８３１、８３２が、第４のロケーションのセット８０４内において、時間Δｔｇ４＝Δｔｇ２にわたってシングル・キュービット操作を受ける。第１のキュービットのグループが第３のロケーションのセット８０３から第４のロケーションのセット８０４へシャトリングされるときと同時に、第１のロケーションのセット８０１において第３のキュービット８３３および第４のキュービット８３４を包含する第２のキュービットのグループが受け取られる。
【0061】
この例においては、シャトリング時間Δｔｓｉ（これにおいて、ｉは、キュービットのグループの移行元のロケーションのセットを示す）が、各ロケーションのセットについて等しい。同様に操作時間Δｔｇｉ（これにおいて、ｉは、操作が実施されるロケーションのセットを示す）が、各ロケーションのセットについて等しい。通常、操作時間は、シャトリング時間より有意に長く、Δｔｇｉ＞＞Δｔｓｉである。たとえば、操作時間を１×１０－６秒台とすることができ、シャトリング時間を１×１０－９秒台とすることができる。ほかの実施形態においては、操作時間および／またはシャトリング時間がロケーションのセットの間において異なることができ、また第１と第２のキュービットのグループを、２つより多くの占有されていないロケーションのセットに分離することができる。
【0062】
キュービットのグループを次々にシャトリングする一方、基礎となる電気的ポテンシャルの景観を固定したままにするために、電圧源が特定のロケーションのセットへのグローバル・オフセットの印加に使用される。このシャトリング・プロセスは、高速であり、要する時間は、通常、約１ナノ秒である。そのため、図１０Ｃの第１のロケーションのセット８０１内に捕獲された第２のキュービットのグループの第３と第４のキュービット８３３、８３４は、図１０Ａ、１０Ｂ、および１０Ｃの第１のキュービットのグループの第１と第２のキュービット８３１、８２３について図解されているとおりの同じパターンの相互作用を受けることになる。
【0063】
図１１は、キュービット処理方法における２つのキュービットを含む操作を説明したフローチャートである。第１のキュービットのグループが第１のロケーションのセットにおいて受け取られる（９０１）。それに続いて、あらかじめ決定済みのパラメータに従ってキュービットの状態が取り回される（９０２）。その後、第１のキュービットのグループは、第１のロケーションのセットから第２のロケーションのセットへ移行され（９０３）、そのポイントにおいて、それらの状態が再び取り回される（９０４）。第２のロケーションのセット内における操作段階の後、第１のキュービットのグループは、第３のロケーションのセットへ移行される（９０５）。この実施形態においては、第１と第２のロケーションのセットにおける操作がシングル・キュービット操作であり、第３のロケーションのセットに２キュービット操作が存在する。電気的ポテンシャルの景観は、通常、２つのキュービットをきわめて接近させてトンネル結合を増加させることによって２キュービット相互作用をイネーブル（９０６）するような形になる。たとえば、第１のキュービットを水平に移動することができ、第２のキュービットを、第１のキュービットと隣接するように、水平および垂直に移動することができる。２つのキュービットの相互作用の後、第１のキュービットのグループは、第３のロケーションのセットから第４のロケーションのセットへ移行される（９０７）。同時に、第１のロケーションのセットにおいて、第２のキュービットのグループが受け取られる（９０８）。第２のキュービットのグループは、第１のキュービットのグループと同じ操作ステップ、移行ステップ、および相互作用ステップ９０２－９０７を、わずかな時間的遅延を伴って受ける。このアレンジメントを使用し、同じ方法で複数のキュービットのグループを取り回し、処理することが可能である。
【0064】
図１２は、ＳｉＭＯＳテクノロジを使用して製造された電子スピン・キュービットのためのキュービット・プロセッサの実装の上面図を略図的に図解している。下側シリコン層、中間絶縁層、および上側シリコン層を包含するシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板が、シリコン・ナノワイヤ（ＳｉＮＷ）の隆起した『グリッド』１００１が残るように選択的にエッチングされる。上側シリコン層は、グリッドが作成され、かつＳＯＩ基板（図示せず）の下側シリコン層および中間絶縁層によって支持されるように選択的にエッチングされる。
【0065】
グリッドは、水平ＳｉＮＷ １００２および垂直ＳｉＮＷ １００３と呼ばれる直交するナノワイヤの２次元アレイを包含する。二酸化ケイ素ＳｉＯ２等の誘電体材料がＳｉＮＷのトップに配されて静電バリアを形成する。４つの表面電極１０１１、１０１２、１０１３、１０１４が、水平と垂直のＳｉＮＷ １００２、１００３の間の交点におけるグリッドの実質的に平坦な領域上に備えられる。３つの交換電極１００４、１００６、１００８が、水平ＳｉＮＷ １００２の実質的に平坦な領域上に備えられる。交換電極１００４、１００６、１００８の下側の各交換領域は、２つの閉じ込め領域と結合することが可能であり、閉じ込め領域は、表面電極１０１１－１０１４の下側になる。図１２において、第１と第２の表面電極１０１１、１０１２は、第１の交換電極１００４を挟んで対向する側に位置決めされる。
【0066】
垂直ＳｉＮＷ １００３のそれぞれは、２つのエッジ１０２０、１０３０、１０４０、１０５０を有する。２０個のエッジ電極１０２１、１０２２、１０２３、１０２４、１０２５、１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５、１０４１、１０４２、１０４３、１０４４、１０４５、１０５１、１０５２、１０５３、１０５４、１０５５が、垂直ＳｉＮＷ １００３のそれぞれのエッジ１０２０、１０３０、１０４０、１０５０の上に備えられる。第１のエッジ１０２０上の各エッジ電極１０２１－１０２５は、第２のエッジ１０３０上の他のエッジ電極１０３１－１０３５の反対側に配され、エッジ電極のペアを形成する。同様に、第３のエッジ１０４０上の各エッジ電極１０４１－１０４５は、第４のエッジ１０５０上の他のエッジ電極１０５１－１０５５の反対側に配され、エッジ電極のペアを形成する。各ペアのエッジ電極は、１０ナノメートルで離隔される。エッジ電極の隣接ペアは、１０ナノメートルで離隔される。代替実施形態においては、ＳｉＮＷを横切るエッジ電極の間の離隔を最大で２００ナノメートルとすることができ、またＳｉＮＷに沿ったエッジ電極の間の離隔を最大で２００ナノメートルとすることができる。各エッジ電極１０２１－１０２５、１０３１－１０３５、１０４１－１０４５、１０５１－１０５５は、量子ドットを、それぞれのエッジ電極の下のシリコン・グリッド１００１内に誘導可能となるように構成される。これらの量子ドットは、キュービットを受け取ることが可能なロケーションを定義する。
【0067】
表面電極１０１１－１０１４は、ポリシリコンから形成される。金から形成されたそれぞれの導電性ビア１０１５、１０１６、１０１７、１０１８、または垂直相互接続アクセスが、表面電極１０１１－１０１４のそれぞれと電気的に接続されている。バイアス・ポテンシャルを表面電極１０１１－１０１４に印加して、それぞれの表面電極１０１１－１０１４の下のシリコン・グリッド１００１内に閉じ込め領域を誘導することが可能である。交換電極１００４、１００６、１００８もまた、導電性材料を包含し、対応する、導電性材料を包含する導電性ビア１００５、１００７、１００９と電気的に接続されている。バイアス・ポテンシャルを交換電極１００４、１００６、１００８に印加して、これらの交換電極の下の領域をドープし、垂直ＳｉＮＷ １００３の間において量子情報を交換する手段を提供することが可能である。
【0068】
同様に、エッジ電極１０２１－１０２５、１０３１－１０３５、１０４１－１０４５、１０５１－１０５５は、導電性材料を包含し、対応する、導電性材料を包含する導電性ビア１０６１、１０６２、１０６３、１０６４、１０６５、１０７１、１０７２、１０７３、１０７４、１０７５、１０８１、１０８２、１０８３、１０８４、１０８５、１０９１、１０９２、１０９３、１０９４、１０９５と電気的に接続されている。図１２において、これらの導電性ビアは、各エッジ電極の一端に位置決めされている。しかしながら、導電性ビアの位置決めは、デバイスの電気的パフォーマンスに影響を与えない。バイアス・ポテンシャルをエッジ電極１０２１－１０２５、１０３１－１０３５、１０４１－１０４５、１０５１－１０５５に印加して、ＳｉＮＷのエッジに量子ドットを誘導することが可能である。
【0069】
代替実施形態においては、交換電極１００４、１００６、１００８、表面電極１０１１－１０１４、エッジ電極１０２１－１０２５、１０３１－１０３５、１０４１－１０４５、１０５１－１０５５、および導電性ビア１００５、１００７、１００９、１０１５－１０１８、１０６１－１０６５、１０７１－１０７５、１０８１－１０８５、１０９１－１０９５を、任意の導電性材料から形成することが可能である。
【0070】
エッジ電極１０２１－１０２５、１０３１－１０３５、１０４１－１０４５、１０５１－１０５５、および表面電極１０１１－１０１４は、キュービット処理方法の間におけるシリコン・グリッド１００１内のキュービットのサポートに使用することが可能であり、交換電極１００４、１００６、１００８は、２キュービット相互作用のイネーブルに使用することが可能である。
【0071】
図１２に示されている実装においては、以前の図に関して説明されているとおり、ロケーションのセットが水平ＳｉＮＷ １００２と平行である。ロケーションのセット内の各ロケーションは、電極を包含する。キュービット処理方法の間におけるキュービットの移動は、実質的に垂直である。たとえば、第１のキュービットは、（ａ）第１のエッジ１０２０の第１のエッジ電極１０２１から第１の表面電極１０１１へ、その後（ｂ）第１のエッジ１０２０の第２のエッジ電極１０２２へ、その後（ｃ）第１のエッジ１０２０の第３のエッジ電極１０２３へ、その後（ｄ）第２のエッジ１０３０の第４のエッジ電極１０３４へ、その後（ｅ）第３の表面電極１０１３へ、その後（ｆ）第２のエッジ１０３０の第５のエッジ電極１０３５へ移動することができる。第２のキュービットは、（ａ）第４のエッジ１０５０の第１のエッジ電極１０５１から第２の表面電極１０１２へ、その後（ｂ）第４のエッジ１０５０の第２のエッジ電極１０５２へ、その後（ｃ）第４のエッジ１０５０の第３のエッジ電極１０５３へ、その後（ｄ）第３のエッジ１０４０の第４のエッジ電極１０４４へ、その後（ｅ）第４の表面電極１０１４へ、その後（ｆ）第３のエッジ１０４０の第５のエッジ電極１０４５へ移動することができる。
【0072】
第１と第２のキュービットは、グループとしてキュービット・プロセッサを通って移動することになるキュービットのグループの一部を形成する。第１のキュービットのためのステップ（ａ）－（ｆ）は、第２のキュービットのためのステップ（ａ）－（ｆ）と同時に生じる。ステップ（ａ）においては、第１のキュービットおよび第２のキュービットのそれぞれが、エッジ電極から第１および第２の表面電極１０１１、１０１２へそれぞれ移行される。この時点において、第１と第２のキュービットの間において２キュービット相互作用がイネーブルされる。２キュービット相互作用は、第１の交換電極１００４によってもたらされる。シングル・キュービット操作は、水平ＳｉＮＷ １００２と平行な任意のエッジ電極のペアにおいて実施することができる。ステップ（ｅ）においては、第１と第２のキュービットが、それぞれ、第３と第４の表面電極１０１３、１０１４へ移行される。
【0073】
代替実施形態においては、隣接する水平ＳｉＮＷの間に任意数のエッジ電極を位置決めすることができる。さらにまた、各表面電極の間に交換電極を位置決めすることができる。交換電極は、選択的なバイアシングによってコントロールされ、関係する交換相互作用を提供する２キュービット・ゲートのロケーションをコントロールすることが可能である。
【0074】
【0075】
図１３Ａにおいては、ＳｉＮＷグリッド２００１が、水平ＳｉＮＷ ２００２および垂直ＳｉＮＷ ２００３を備える。二酸化ケイ素ＳｉＯ２を包含する第１の誘電体層２１０１が、ＳｉＮＷグリッド２００１上に備えられる。水平ＳｉＮＷ ２００２の実質的に平面状の領域上に備えられる交換電極２００４は、第１と第２の表面電極２０１１、２０１２のそれぞれの下の閉じ込め領域の間における交換相互作用をもたらすべく構成することが可能である。交換電極２００４は、導電性ビア２００５と電気的に接続されており、第１と第２の表面電極２０１１、２０１２は、導電性ビア２０１５、２０１６とそれぞれ電気的に接続されている。
【0076】
金属のエッジ電極２０２１および導電性ビア２０３１が、図１２に関して説明されているとおり、垂直ＳｉＮＷ ２００３のエッジに沿って提供される。第２の誘電体層２１０２が、ＳｉＮＷ ２００２、２００３、交換電極２００４、表面電極２０１１、２０１２、およびエッジ電極２０２１の上に重なってグリッド２００１上に備えられる。トップ電極２０４１が、垂直ＳｉＮＷ ２００３の上に重なって備えられる。
【0077】
この実施形態においては、水平および垂直のＳｉＮＷ ２００２、２００３の幅が実質的に同じであるが、第２の誘電体層２０１２およびトップ電極２０４１がＳｉＮＷ ２００２、２００３の上に重なって位置決めされていることから、上面図においてはこれが不明瞭である。
【0078】
図１３Ｂは、図１３Ａに示されているラインＡに沿ったプロセッサの断面図を示している。第１の誘電体層２１０１は、垂直ＳｉＮＷ ２００３の上に重ねて配される。ＳｉＮＷ ２００３は、２つのエッジ２０２０、２０３０を有する。２つの金属のエッジ電極２０２１は、ＳｉＮＷ ２００３のそれぞれのエッジ２０２０、２０３０上に重ねて位置決めされる。２つの導電性ビア２０３１のそれぞれは、２つの金属のエッジ電極２０２１のうちの１つと電気的に接触している。第２の誘電体層２１０２は、ＳｉＮＷ ２００３および金属のエッジ電極２０２１の上に重ねて配される。
【0079】
認識されるとおり、方法の実施に必要となるリソースが低減されるＮＩＳＱ時代に使用するための向上したキュービット処理方法およびキュービット・プロセッサが提供されている。量子コンピューティングのためのＳｉＭＯＳデバイス内に稠密なキュービット・アーキテクチャを実装することが可能である。提供されるキュービットの大規模アレイのコントロールの簡素化は、これらのデバイスのスケールアップを実現可能にする。
【符号の説明】
【0080】
１０１、１０２、１０３、１０７、３０１、３０２、３０３、３０４、３５１－３５４、４０１、４０２、４０３、５０１、５０２、６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６ ロケーションのセット
３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３５５－３５８ 電極
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３２１、３２２、３６１、３６１、３６２、３６３、３６４、３６５、３７１、３７２、３８１、３８２、３８３、３８４、３８５、３９１、３９２、４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４２１、４２３、４６１、４６２、４６３、４６４、４６５ ロジック・ゲート
４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４５５、４５６、４５７、４５８、４５９、６１１、６１２、８３１、８３２ キュービット
６２２、６２５、８４３、８４４ 捕獲ロケーション
６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６、６４１、６４２、６４３、６４４、６４５、６４６、８５４、８５５、８５６ 閉じ込めロケーション
１００４、１００６、１００８ 交換電極
１００５、１００７、１００９、１０１５、１０１６、１０１７、１０１８、１０６１、１０６２、１０６３、１０６４、１０６５、１０７１、１０７２、１０７３、１０７４、１０７５、１０８１、１０８２、１０８３、１０８４、１０８５、１０９１、１０９２、１０９３、１０９４ 導電性ビア
１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、２０１１、２０１２ 表面電極
１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、２０２０、２０３０ エッジ
３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３５５－３５８ 電極
３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３２１、３２２、３６１、３６１、３６２、３６３、３６４、３６５、３７１、３７２、３８１、３８２、３８３、３８４、３８５、３９１、３９２、４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４２１、４２３、４６１、４６２、４６３、４６４、４６５ ロジック・ゲート
４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４５５、４５６、４５７、４５８、４５９、６１１、６１２、８３１、８３２ キュービット
６２２、６２５、８４３、８４４ 捕獲ロケーション
６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６、６４１、６４２、６４３、６４４、６４５、６４６、８５４、８５５、８５６ 閉じ込めロケーション
１００４、１００６、１００８ 交換電極
１００５、１００７、１００９、１０１５、１０１６、１０１７、１０１８、１０６１、１０６２、１０６３、１０６４、１０６５、１０７１、１０７２、１０７３、１０７４、１０７５、１０８１、１０８２、１０８３、１０８４、１０８５、１０９１、１０９２、１０９３、１０９４ 導電性ビア
１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、２０１１、２０１２ 表面電極
１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、２０２０、２０３０ エッジ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】