(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-30
(54)【発明の名称】制御装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H03L 7/08 20060101AFI20230323BHJP
H03L 7/00 20060101ALI20230323BHJP
G06F 1/10 20060101ALI20230323BHJP
H05K 1/14 20060101ALN20230323BHJP
【ＦＩ】
H03L7/08 210
H03L7/08 220
H03L7/00 210
G06F1/10
H05K1/14 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022547286
(86)(22)【出願日】2021-02-04
(85)【翻訳文提出日】2022-10-03
(86)【国際出願番号】 FI2021050077
(87)【国際公開番号】W WO2021156545
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】20156207.1
(32)【優先日】2020-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519394241
【氏名又は名称】アイキューエム フィンランド オイ
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100205659
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 拓也
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100185269
【弁理士】
【氏名又は名称】小菅 一弘
(72)【発明者】
【氏名】サントス ヨルゲ
(72)【発明者】
【氏名】ラハテーンマキ パシ
【テーマコード（参考）】
5E344
5J106
【Ｆターム（参考）】
5E344AA15
5E344BB02
5E344BB06
5E344CD18
5E344EE06
5J106AA04
5J106CC01
5J106CC54
5J106CC59
5J106DD05
5J106FF03
5J106FF06
5J106FF07
5J106FF09
5J106GG01
5J106GG18
5J106GG19
5J106HH01
5J106HH02
5J106KK06
5J106KK35
(57)【要約】
複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する制御装置が開示される。この制御装置は、高周波基準クロック信号を提供する基準クロック信号装置と、それぞれが複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する複数のチャネル１６０を含む複数のモジュール１３０とを含む。
【選択図】図２
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する制御装置（１００）であって、－高周波基準クロック信号を提供する基準クロック入力装置と、
－各々が前記複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する複数のチャネル（１６０）を含む複数のモジュール（１３０）と、
－前記高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で前記複数のモジュール（１３０）に分配する第１の分配装置（１４０）と、
－前記複数のモジュール（１３０）の各々内で、前記高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法でそれぞれの前記モジュール（１３０）の複数のチャネル（１６０）に分配する第２の分配装置（１５０）と、
－前記複数のチャネル（１６０）の各々内で、前記複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために前記高周波基準クロック信号をアップコンバートするように構成された第１の位相ロックループ（１６２）と、
を含む、制御装置（１００）。
【請求項2】
前記基準クロック入力装置は、－初期基準クロック信号を提供する基準クロック信号入力部（１１０）と、
－前記基準クロック信号入力部（１１０）に結合され、前記高周波基準クロック信号を提供するために前記初期基準クロック信号をアップコンバートするように構成された初期位相ロックループ（１２０）と、
を含む、請求項１に記載の制御装置（１００）。
【請求項3】
前記基準クロック入力装置は、マザーボード装置（１０４）を含み、前記複数のモジュール（１３０）の各々は、回路基板（１３２）を含む、請求項１又は２に記載の制御装置（１００）。
【請求項4】
前記基準クロック入力装置は、マザーボード装置（１０４）を含み、前記複数のモジュール（１３０）は、前記マザーボード装置（１０４）にプラグ着脱可能に結合するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項5】
前記複数のモジュール（１３０）の各々は、それぞれの前記モジュール（１３０）の複数のチャネル（１６０）の各々を無線周波数（ｒｆ）遮蔽する複数のシールド（１９０）を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項6】
前記初期基準クロック信号は、５～５０ＭＨｚの周波数を有する、請求項２に従属する場合に請求項３～５のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項7】
前記高周波基準クロック信号は、１００～２５０ＭＨｚの周波数を有し、及び／又は、前記複数の位相コヒーレントな発振信号は、１～１５ＧＨｚの周波数を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項8】
前記複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの少なくとも１つの振幅及び／又は周波数は、それぞれのチャネルのデジタル制御信号によって調整可能である、請求項１～７のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項9】
前記複数の位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅の遠隔調整用の制御接続部を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の制御装置（１００）。
【請求項10】
複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する発振器装置（３００）であって、請求項１～９のいずれか一項に記載の制御装置（１００）と、高周波基準クロック信号を提供するために基準クロック信号を提供するように構成された基準クロック発振器（１０）とを含む、発振器装置（３００）。
【請求項11】
請求項１～９のいずれか一項に記載の制御装置（１００）と、量子コンピューティングシステム（２０）とを含む量子コンピューティング装置であって、前記制御装置（１００）は、前記量子コンピューティングシステム（２０）に結合されて、前記量子コンピューティングシステム（２０）のための複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する、量子コンピューティング装置。
【請求項12】
複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する方法（２００）であって、－高周波基準クロック信号を受信するステップ（２３０）と、
－前記高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で複数のモジュールに分配するステップ（２３０）と、
－前記複数のモジュールの各々内で、前記高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法でそれぞれの前記モジュールの複数のチャネルに分配するステップ（２４０）と、
－前記複数のチャネルの各々内で、前記複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために前記高周波基準クロック信号をアップコンバートするステップ（２５０）と、
を含む、方法。
【請求項13】
－初期基準クロック信号を受信するステップ（２１０）と、－前記高周波基準クロック信号を提供するために前記初期基準クロック信号をアップコンバートするステップ（２２０）と、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記初期基準クロック信号は、５～５０ＭＨｚの周波数を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記高周波基準クロック信号は、１００～２５０ＭＨｚの周波数を有し、及び／又は、前記複数の位相コヒーレントな発振信号は、１～１５ＧＨｚの周波数を有する、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの少なくとも１つの振幅及び／又は周波数を、それぞれのチャネルのデジタル制御信号によって調整するステップを含む、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、位相コヒーレントな発振信号を提供することに関する。特に、位相コヒーレントな発振信号は、量子コンピューティングシステムへの入力として使用することができる。
【背景技術】
【0002】
位相コヒーレンスは、多くの最新の技術にとってますます重要になっている。例えば、量子ナノエレクトロニクス及び量子コンピューティングなどの技術には、高度な極低温冷却技術（advanced cryogenic cooling techniques）によってのみ実現できる極低温で動作する特別な回路の使用が含まれる。例えば、数ＧＨｚ程度のマイクロ周波数の発振信号は、これらの回路への入力として使用することができる。したがって、このような信号を所望の周波数、振幅及び位相で生成することができる必要がある。
【0003】
特に、量子コンピューティングシステムなどの最新のシステムの特徴は、入力のために、位相情報が非常に予測可能でなければならないことである。いくつかの量子ビット（qubit）を提供する量子コンピューティングシステムの場合、量子重ね合わせ（quantum superposition）の位相自由度（phase degree of freedom）で保持される必要があるコヒーレンスは、量子ビットの内部のコヒーレンスだけでなく、相互に関連する量子ビットのコヒーレンスを含む。量子計算の実用化に必要な量子ビットの数の増加に伴い、システムは、システムのセットアップとオペレータによる使用を比較的簡単にするとともに、コスト及びスペースの両方で効果的な方法で拡張可能である必要がある。
【0004】
市場にはいくつかの位相コヒーレントなマイクロ波発振器があるが、これらの発振器は、コヒーレントチャネルの数が限られており、この数を簡単に拡大する方法がない。これらのオプションは、また大規模なシステムでは費用対効果が高くない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した従来技術の問題を回避するか又は少なくとも軽減するとともに、量子コンピューティングシステムなどの高度に位相コヒーレントなシステムへの入力として使用できる、位相コヒーレントな発振信号を提供する装置（arrangement）及び方法を開示することを目的とする。
【0006】
数十、数百、更に数千のチャネルなどの多数の信号チャネルで動作するように拡張可能なソリューションを提供することを別の目的とする。コヒーレントチャネルの数を費用対効果の高い方法で簡単に拡張することができるモジュラーソリューションを提供することを更なる目的とする。
【0007】
これら及び更なる有利な目的は、複数のチャネルに対して単一クロックソースを利用する装置によって達成することができる。
【0008】
本明細書において、１対の発振信号の「位相コヒーレンス（phase-coherence）」は、特にこの対の発振信号を提供する装置の構成から予測可能な２つの発振信号の位相関係を指してもよい。代替的に、この位相コヒーレンスは、決定論的な位相関係であると記載され得る。２つ以上の位相コヒーレントな発振信号は、同じ周波数を有する可能性があるが、異なる周波数を有する可能性もある。２つ以上の位相コヒーレントな発振信号は、同じ周波数を有する場合、一定の位相差、例えばゼロ位相差を有する可能性があるが、位相差が予測可能である限り、異なる一定の位相差を有する可能性もある。２つ以上の位相コヒーレントな発振信号は、異なる周波数を有する場合、位相差が位相コヒーレントな方法で時間的に変化するので、それらの位相関係も依然として予測することができる。２つの位相コヒーレントな発振信号間の周波数差に対応するオフセット周波数に対応する位相コヒーレンスは、量子コンピューティングアプリケーションにも有利に使用できる。
【0009】
本明細書において、「アップコンバージョン（upconversion）」及び「アップコンバート（upconvert）」などの表現は、信号の周波数を増加させること、又は第１の周波数を有する信号を利用して、第１の周波数よりも大きい第２の周波数を有する信号を提供することを指してもよい。上記過程は、アップコンバージョンの前後の信号の位相関係が決定論的であり、例えば、アップコンバージョンの前後の信号の位相差がゼロ又は一定であるように、位相コヒーレントな方法で達成され得る。本明細書で言及される任意のアップコンバージョンは、少なくとも２～５倍又はそれ以上、例えば１０～２０倍又はそれ以上の周波数の増加を含み得る。本明細書で言及される任意のアップコンバージョンは、周波数に対して１つ以上の整数乗算器（integer multiplier）を利用して実行されてもよい。また、除算器（divider）を使用してもよい。
【課題を解決するための手段】
【0010】
第１の態様によれば、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する制御装置が開示される。制御装置は、高周波基準クロック信号を提供する基準クロック入力装置を含む。高周波基準クロック信号は、基準クロック発振器から直接的又は間接的に提供することができる。制御装置は、各々が複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する複数のチャネルを含む複数のモジュールを更に含む。制御装置は、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で複数のモジュールに分配する第１の分配装置と、複数のモジュールの各々内で、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で各モジュールの複数のチャネルに分配する第２の分配装置とを含む。制御装置は、複数のチャネルの各々内で、複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために高周波基準クロック信号をアップコンバートするように構成された第１の位相ロックループを含む。最後に、制御装置はまた、複数の出力伝送線の各々が複数のチャネルのうちの１つを受信システムに結合するように、量子コンピューティングシステムなどの受信システムに結合するための複数の出力伝送線を含んでもよい。
【0011】
第２の態様によれば、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する方法が開示される。この方法は、高周波基準クロック信号を受信し、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で複数のモジュールに分配するステップを含む。基準クロック発振器は、高周波基準クロック信号を直接的又は間接的に提供するための基準クロック信号を提供するように構成されてもよい。この方法は、複数のモジュールの各々内で、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法でそれぞれのモジュールの複数のチャネルに分配するステップと、複数のチャネルの各々内で、複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために高周波基準クロック信号をアップコンバートするステップとを含む。最後に、この方法は、複数の位相コヒーレントな発振信号を出力するステップを含む。この方法は、複数の出力伝送線の各々が複数のチャネルのうちの１つを受信システムに結合するように、受信システムに結合するための複数の出力伝送線を介して、複数の位相コヒーレントな発振信号を量子コンピューティングシステムなどの受信システムに出力することができる。複数の位相コヒーレントな発振信号を提供するために、第１の態様の制御装置などの制御装置を使用することができる。
【0012】
両方の態様において、モジュールは、拡張性を提供することにより、効率的かつ位相コヒーレントな方法で制御装置のチャネルの総数を増やすことができる。この装置及び方法は、複数のチャネルの各々の位相ロックループが、高周波基準クロック信号などの単一の基準クロック信号に確定的に結合することを可能にする。高周波基準クロック信号は、基準クロック発振器から提供されてもよく、基準クロック発振器から直接的又は間接的に提供することができる初期基準クロック信号などの基準クロック信号に確定的に結合されてもよい。高周波基準クロック信号は、信号発生器用の専用クロックを利用するいくつかの従来のシステムと対照的に、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供するために使用することができる。異なる周波数を有する位相コヒーレントな発振信号の場合でも、周波数差は、初期基準クロック信号などの単一の基準クロック信号によるものである。その結果、時間的に変化する任意の位相差を確定的に予測することができる。両方の態様において、高周波基準クロック信号は、超低位相雑音基準クロック信号（ultra-low phase-noise reference clock signal）として提供できる。これにより、位相雑音（phase-noise）が最小化した複数の位相コヒーレントな発振信号を提供することができる。特に、高周波基準クロック信号は、量子コンピューティングのための超低位相雑音基準クロック信号であってもよい。開示された制御装置及び方法は、更に、位相雑音が最小化した複数の位相コヒーレントな発振信号を量子コンピューティングのために提供することができる。両方の態様により、位相コヒーレントな発振信号が量子コンピューティングシステムへの入力として使用するのに適しているのに十分に高い位相コヒーレンスを提供することができる。
【0013】
一実施形態では、基準クロック入力装置は、初期基準クロック信号を提供する基準クロック信号入力部と、基準クロック信号入力部に結合され、高周波基準クロック信号を提供するために初期基準クロック信号をアップコンバートするように構成された初期位相ロックループとを含む。
【0014】
一実施形態では、方法は、初期基準クロック信号を受信するステップと、初期位相ロックループなどを利用して、高周波基準クロック信号を提供するために初期基準クロック信号をアップコンバートするステップとを含む。
【0015】
高周波基準クロック信号を提供するために初期基準クロック信号をアップコンバートすることにより、超低位相雑音も有し得る、非常に高品質の高周波基準クロック信号を提供することができる。この目的のために、高周波基準クロック信号の周波数よりも低い周波数を提供する基準クロック発振器を利用することができる。これにより、初期基準クロック信号を提供するルビジウム発振器などを含め、５～５０ＭＨｚなどの低周波数、特に約１０ＭＨｚで利用可能な非常に高品質のいくつかの基準クロック発振器を使用することができる。
【0016】
一実施形態では、基準クロック入力装置は、マザーボード装置を含み、複数のモジュールの各々は、第２の回路基板を含む。これにより、モジュールを回路基板上の個々のユニットとして装置に導入することができ、モジュールの数及び位置を効率的に制御することができる。初期位相ロックループをマザーボード装置に配置することができる。初期位相ロックループをマザーボード装置に配置することができる。
【0017】
一実施形態では、基準クロック信号装置は、マザーボード装置を含み、複数のモジュールは、マザーボード装置にプラグ着脱可能に結合するように構成される。これにより、モジュールの数を容易に増やすことができる。結合が解除可能であり得ることにより、モジュールの数を容易に減らすことができる。プラグ着脱可能な結合は、ＰＣＩエクスプレスコネクタなどのエッジコネクタによって構成されてもよい。コネクタの物理的構造は、ＰＣＩエクスプレスコネクタに対応する可能性があるが、データ転送プロトコル及び／又はピン割り当てはＰＣＩエクスプレスインタフェースのものとは異なる可能性がある。初期位相ロックループをマザーボード装置に配置することができる。
【0018】
第１の分配装置は、高周波基準クロック信号をモジュールに分配することができ、一方、高周波基準クロック信号は、複数の位相コヒーレントな発振信号のいずれの周波数よりも小さい周波数を依然として有する。これは、結合がより小さい周波数、例えば数百ＭＨｚ以下で行われるので、プラグ着脱可能な結合のためにエッジコネクタが使用される場合に特に有利である。
【0019】
一実施形態では、複数のモジュールの各々は、それぞれのモジュールの複数のチャネルの各々を無線周波数（ｒｆ）遮蔽する複数のシールドを含む。これにより、チャネルを環境からだけでなく相互にも遮蔽することができるため、効率的な方法でチャネル固有のｒｆ遮蔽が可能になる。
【0020】
一実施形態では、初期基準クロック信号は、５～５０ＭＨｚの周波数を有する。この周波数は、初期基準クロック信号の公称周波数に対応してもよい。周波数の精度は、高く、５ｅ－１１（＋／－）又はそれ以上であってもよい。いくつかの実施形態では、位相コヒーレンスを維持するために、２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上の周波数の精度を有利に使用できることが発見されている。このような精度は、例えば、ルビジウム発振器からの基準クロック信号を利用して初期基準クロック信号を提供する場合に使用できる。いくつかの実施形態では、周波数は、１０ＭＨｚであってもよく、この周波数は、整数因子との互換性などにより、初期位相ロックループでのアップコンバージョンに特に利用可能であることが発見されている。この場合、精度も高く、５ｅ－１１（＋／－）又はそれ以上であってもよく、位相コヒーレンスを維持するために、２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上の精度を有利に使用することができる。本明細書において、周波数の「精度（accuracy）」は、初期基準クロック信号と高周波基準クロック信号との間の位相コヒーレンスを維持することができる公称周波数からの最大偏差を指してもよい。
【0021】
一実施形態では、高周波基準クロック信号は、１００～２５０ＭＨｚの周波数を有する。この周波数は、高周波基準クロック信号の公称周波数に対応してもよい。最小周波数１００ＭＨｚと最大周波数２５０ＭＨｚの両方が装置の互換性を著しく改善することが発見されている。周波数の精度は高くてもよく、いくつかの実施形態では、２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上の周波数の精度が顕著な利点をもたらすことが発見されている。
【0022】
一実施形態では、複数の位相コヒーレントな発振信号は、１～１５ＧＨｚの周波数を有する。この周波数は、位相コヒーレントな発振信号の公称周波数に対応してもよい。これらの周波数は、本開示による量子コンピューティングに特に効率的に使用できることが発見されている。
【0023】
一実施形態では、複数の位相コヒーレントな発振信号の少なくとも１つの振幅及び／又は周波数は、それぞれのチャネルのデジタル制御信号によって調整可能である。
【0024】
一実施形態では、制御装置は、複数の位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅の遠隔調整用の制御接続部を含む。制御接続部は、有線及び／又は無線接続部を含んでもよい。
【0025】
一実施形態では、方法は、複数の位相コヒーレントな発振信号の少なくとも１つの振幅及び／又は周波数を、それぞれのチャネルのデジタル制御信号によって調整するステップを含む。調整を遠隔で実行してもよい。
【0026】
複数の位相コヒーレントな発振信号に対する個々の調整可能性は、ソリューションの柔軟性を著しく改善する。
【0027】
第３の態様によれば、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する発振器装置が開示される。発振器装置は、第１の態様又はその実施形態のいずれかに記載の制御装置と、高周波基準クロック信号を提供するために基準クロック信号を提供するように構成された基準クロック発振器とを含む。基準クロック信号は、基準クロック入力装置に提供されてもよい。基準クロック信号は、高周波基準クロック信号として直接的に提供されてもよく、基準クロック入力装置によってアップコンバートされて高周波基準クロック信号を提供する初期基準クロック信号などとして間接的に提供されてもよい。
【0028】
一実施形態では、基準クロック発振器は、基準クロック信号を提供するために、２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上の精度を有する。精度は、基準クロック信号の周波数に対して定義される。
【0029】
第４の態様において、量子コンピューティング装置は、第１の態様又はその実施形態のいずれかに記載の制御装置と、量子コンピューティングシステムとを含み、制御装置は、量子コンピューティングシステムに結合されて、量子コンピューティングシステムに複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する。この装置はまた、高周波基準クロック信号を提供するために基準クロック入力装置に基準クロック信号を提供するように構成された基準クロック発振器を含んでもよい。
【0030】
上述した態様及び実施形態は、互いに任意の組み合わせで使用されてもよいことを理解されたい。いくつかの態様及び実施形態を組み合わせて、本発明の更なる実施形態を形成し得る。
【0031】
更なる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、例を示し、説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【0032】
添付の図面において、同一の参照記号は、同等の又は少なくとも機能的に同等の部品を指定するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【発明を実施するための形態】
【0034】
添付の図面に関連して以下に提供される詳細な説明は、本例の説明として意図されており、本例を構築又は利用できる唯一の形態を表すことは意図されない。しかしながら、同一又は同等の機能及び構造は、異なる例によって達成することができる。
【0035】
図１は、一例に係る第１の装置１を示す。第１の装置１は、量子コンピューティング装置などの、位相コヒーレントな発振信号を提供及び／又は利用する装置である。第１の装置１は、少なくとも、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する制御装置１００を含む。第１の装置１は、量子コンピューティングシステムなどの、複数の位相コヒーレントな発振信号のための受信システム２０を更に含んでもよい。第１の装置１はまた、基準クロック発振器１０を含んでもよい。基準クロック発振器１０及び制御装置１００は、例えば同じ支持体に解放可能又は解放不能に結合されてもよい。第１の装置１は、少なくとも基準クロック発振器１０及び制御装置１００を含む発振器装置３００であってもよい。第１の装置１は、複数の位相コヒーレントな発振信号を受信システム２０に提供するために、制御装置１００を受信システム２０に結合する結合装置３０を含んでもよい。
【0036】
基準クロック発振器１０は、初期基準クロック信号を提供するように構成される。基準クロック発振器１０は、出力周波数の精度が高く、例えば２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上であってもよい。基準クロック発振器１０は、初期基準クロック信号を提供する水晶発振器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、基準クロック発振器１０は、初期基準クロック信号を提供するルビジウム発振器を含む。基準クロック発振器１０は、制御装置１００と統合されてもよく、外部基準クロック発振器であってもよい。一例として、ＦＳ７２５スタンフォード・リサーチ・システムズが、基準クロック発振器に使用されてもよい。基準クロック発振器１０は、異なるオフセット周波数での低位相雑音を有してもよい。
【0037】
受信システム２０は、量子コンピューティングシステムなどの、位相コヒーレントな発振信号を利用するシステムである。量子コンピューティングシステムは、複数の量子ビットを提供するために構成されてもよい。受信システム２０は、極低温冷却（cryogenic cooling）を提供するクリオスタット（cryostat）を含むか又はこのようなクリオスタット内で動作する。
【0038】
結合装置３０は、解除可能な結合などによって、制御装置１００を受信システム２０に結合する複数の伝送線を含んでもよい。結合装置３０は、複数の位相コヒーレントな発振信号を変調する１つ以上のミキサー（図示せず）、例えば周波数ミキサーを更に含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のミキサーは、クリオスタット（cryostat）内に配置される。複数の位相コヒーレントな発振信号は、１つ以上の搬送波信号を含んでもよく、これにより搬送波信号を受信システム２０の量子ビットの制御信号などの変調信号と混合することができる。
【0039】
図２は、一例に係る制御装置１００を示す。制御装置１００は、高周波基準クロック信号を提供する基準クロック入力装置１０２を含む。高周波基準クロック信号は、基準クロック発振器１０から直接的又は間接的に提供されてもよい。この信号は、以上に開示されたように基準クロック発振器１０から提供することができる。高周波基準クロック信号の周波数は、例えば５０～１０００ＭＨｚであってもよい。いくつかの実施形態では、周波数は、少なくとも１００ＭＨｚ及び／又は最大２５０ＭＨｚであってもよく、上限及び下限の両方が、単独又は組み合わせで、制御装置１００の機能を改善することが発見されている。ここでの任意の周波数は、基準クロック発振器１０の公称周波数に対応してもよい。
【0040】
基準クロック入力装置１０２は、初期基準クロック信号を入力する基準クロック信号入力部１１０を含んでもよい。これにより、基準クロック発振器１０から高周波基準クロック信号を間接的に提供することができる。基準クロック発振器１０は、初期基準クロック信号を提供するために利用されてもよい。また、基準クロック入力装置１０２は、１００～２５０ＭＨｚの周波数などを有する高周波基準クロック信号を提供するために、基準クロック信号入力部１１０に結合された初期位相ロックループ１２０を含んでもよい。この目的のために、初期位相ロックループは、対応する周波数の発振器を含んでもよい。
【0041】
初期基準クロック信号の周波数は、例えば５～２５０ＭＨｚであってもよい。いくつかの実施形態では、周波数は、５～５０ＭＨｚであってもよい。特に、１０ＭＨｚの周波数は、拡張可能なアップコンバージョンに追加の利点をもたらすことが発見されている。周波数の精度は、２０ｐｐｍ（＋／－）又はそれ以上であり得る。ここでの任意の周波数は、基準クロック発振器１０の公称周波数に対応してもよい。
【0042】
いくつかの実施形態では、初期基準クロック信号は、初期位相ロックループ１２０に入力される場合、方形波（square-wave）信号であってもよい。基準クロック入力装置１０２は、例えば、基準クロック信号入力部１１０と初期位相ロックループ１２０との間に位置する、初期基準クロック信号の形状などの特性を調整する信号処理装置を含んでもよい。
【0043】
制御装置１００は、各モジュールが複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する複数のチャネル１６０を含む複数のモジュール１３０を含む。モジュール１３０の数に直接的な上限はない。その結果、モジュールの数は、４～１０などのように比較的少なくてもよく、１０～１００以上などのように多くてもよい。同様に、複数のモジュール１３０の各々のチャネル１６０の数は、４～１０などのように比較的少なくてもよく、１０～１００以上などのように多くてもよい。
【0044】
基準クロック入力装置１０２は、例えば初期位相ロックループ１２０及び／又は第１の分配装置１４０を支持し接続するマザーボード装置１０４を含んでもよい。マザーボード装置１０４は、マザーボードとして構成された１つ以上の回路基板を含むか又はこれらの回路基板によって形成されてもよい。初期位相ロックループ１２０は、マザーボード装置１０４上に配置することができる。同様に、基準クロック信号入力部１１０は、マザーボード装置１０４上に配置されて、例えば、基準クロック発振器１０からの伝送線など、初期基準クロック信号の伝送接続のためのプラグ着脱可能な結合を提供してもよい。代替的に又は追加的に、複数のモジュール１３０の各々は、各モジュールを支持し接続する少なくとも１つの第２の回路基板１３２を含んでもよい。これにより、各モジュール１３０の構成要素は、１つの支持体として接合され得る１つ以上のモジュール固有の回路基板に配置されてもよい。これにより、モジュール１３０を互いに、そしてマザーボード装置１０４から効率的に分離することができる。本明細書で言及される任意の回路基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。
【0045】
制御装置１００は、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で複数のモジュールに分配する第１の分配装置１４０を含む。第１の分配装置１４０は、例えば初期位相ロックループ１２０からモジュール１３０の各々への高周波基準クロック信号の信号経路を提供する配線を含んでもよい。２つ以上の信号経路は、それぞれのモジュール１３０に対して同じ位相を維持するために等しい長さであってもよい。しかしながら、位相コヒーレンスに対して、位相関係が決定論的である限り、位相を保存する必要がないため、信号経路は、異なる長さであってもよい。第１の分配装置１４０は、複数のモジュール１３０のためのプラグ着脱可能な結合部を含んでもよい。例えば、第１の分配装置１４０は、複数のモジュール１３０のための複数のプラグ／ソケット接続部１４２を含んでもよく、各プラグ／ソケット接続部は、挿入のために互いに適合する第１の端部及び第２の端部を含む。プラグ／ソケット接続部の第１の端部１３４、例えばプラグは、複数のモジュール１３０の各々に配置されてもよい。プラグ／ソケット接続部の第２の端部、例えばソケットは、基準クロック入力装置１０２、例えばそのマザーボード装置１０４上に配置されてもよい。プラグ／ソケット接続部は、ＰＣＩエクスプレスコネクタなどのエッジコネクタを含んでもよい。
【0046】
いくつかの実施形態では、高周波基準クロック信号は、モジュール１３０に提供される場合、方形波信号であってもよい。制御装置１００は、高周波基準クロック信号の形状などの特性を調整する信号処理装置を含んでもよい。信号処理装置は、基準クロック入力装置１０２、例えばマザーボード装置１０４上に配置されてもよい。信号処理装置はまた、第１の分配装置１４０又はその前に位置してもよい。
【0047】
複数のモジュール１３０は各々、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法でそれぞれのモジュール１３０の複数のチャネル１６０に分配する第２の分配装置１５０を含む。第２の分配装置１５０は、第１の分配装置１４０からそれぞれのモジュール１３０の各チャネル１６０への高周波基準クロック信号の信号経路を提供する配線を含んでもよい。２つ以上の信号経路は、それぞれのチャネル１６０に対して同じ位相を維持するために等しい長さであってもよい。しかしながら、位相コヒーレンスに対して、位相関係が決定論的である限り、位相を保存する必要がないため、信号経路は、異なる長さであってもよい。第２の分配装置１５０はまた、バッファ増幅器などの、高速基準クロック信号を処理する１つ以上の信号処理装置１５２を含んでもよい。例えば、複数のモジュール１３０の各々のバッファ増幅器により、制御装置１００に拡張可能なファンアウト（fan-out）を提供することができる。第２の分配装置１５０はまた、高周波基準クロック信号をローパスフィルタリングする１つ以上のローパスフィルタであってもよい。ローパスフィルタリングは、１ＧＨｚ未満、例えば４００～７００ＭＨｚのフィルタリング周波数で実行されてもよい。いくつかの実施形態では、このようなフィルタリングは、それぞれのモジュール１３０の複数のチャネル１６０の各々に対して別々に実行される。モジュール１３０は、差動基準クロック発振器（differential reference clock generator）に対応する高周波基準クロック信号からのフィルタリングを可能にするために、複数のチャネル１６０の各々に対して２つのローパスフィルタ１５４を含んでもよい。複数のチャネル１６０の各々のローパスフィルタリングは、それぞれのチャネル１６０の第１の位相ロックループ１６２の入力に直接的に結合されてもよい。ローパスフィルタリングは、チャネル１６０の出力が他のチャネル１６０の第１の位相ロックループ１６２に漏れ戻ることを軽減するために使用されてもよく、これは、例えば１ＧＨｚを超えるいくつかの周波数でのチャネル１６０間のクロストークを弱めることができる。
【0048】
複数のチャネル１６０の各々は、複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために高周波基準クロック信号をアップコンバートするように構成された第１の位相ロックループ１６２を含む。一実施形態では、複数の位相コヒーレントな発振信号の各々は、量子コンピューティングに特に適し、例えば搬送波信号として使用されるように１～１５ＧＨｚの周波数を有してもよい。複数のチャネル１６０の各々はまた、無線周波数増幅器などの、それぞれの位相コヒーレントな発振信号の振幅を増幅する増幅器１６４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、増幅器１６４は、電圧制御増幅器である。いくつかの実施形態では、増幅器１６４による増幅は、演算増幅器に電圧を供給し、次に増幅器１６４に電力を供給するデジタルアナログ変換器によって制御することができる。増幅器１６４は、それぞれの第１の位相ロックループ１６２の出力に結合されてもよい。
【0049】
複数の位相コヒーレントな発振信号の振幅及び／又は周波数は、個別に、チャネル固有の方法で調整可能であってもよく、及び／又は、集合的に、例えば全てのチャネルに対して一度に調整可能であってもよい。この目的のために、モジュール１３０は、複数のチャネル１６０の各々に対して１つ以上の調整インタフェース１８０、１８２を含んでもよい。第１の調整インタフェース１８０、例えばシリアル・ペリフェラル・インタフェース（Serial Peripheral Interface）（ＳＰＩ）が、位相コヒーレントな発振信号の周波数を調整するために提供されてもよい。調整を提供するために、第１の調整インタフェース１８０は、位相コヒーレントな発振信号を提供するチャネル１６０の第１の位相ロックループ１６２に結合されてもよい。第２の調整インタフェース１８２、例えば制御電圧入力部が、位相コヒーレントな発振信号の振幅を調整するために提供されてもよい。調整を提供するために、第２の調整インタフェース１８２は、位相コヒーレントな発振信号を提供するチャネル１６０の増幅器に結合されてもよい。いずれか又は両方の場合の調整は、デジタル制御信号を介して実行されてもよい。デジタル制御信号は、１つのチャネルなど、限られた数のチャネルのみの振幅及び／又は周波数が調整されるように、チャネル固有に提供されてもよい。
【0050】
制御装置１００は、受信システム２０に結合するための複数の伝送線１７０を含んでもよい。これは、複数の伝送線１７０の各々が複数のチャネル１６０のうちの１つを受信システム２０に結合するように実行されてもよい。結合は、直接的であってもよく、例えば、ミキサーなどの１つ以上の信号処理装置を含む結合装置３０を介して間接的であってもよい。複数の伝送線は、結合装置３０の一部を形成してもよい。
【0051】
制御装置１００は、複数の位相コヒーレントな発振信号を提供する複数のｒｆ接続部を含んでもよく、全ての接続部は、インピーダンス整合されてもよい。制御装置１００はまた、複数のモジュール１３０の各々の複数のチャネル１６０のためのｒｆシールドを含んでもよい。複数のモジュール１３０の各々は、ｒｆ遮蔽用の複数のシールド１９０を含んでもよい。ｒｆ遮蔽は、各モジュール１３０の複数のチャネル１６０の各々に対して別々に実行されてもよいため、これらのチャネルは互いに対してもシールドされる。各シールドは、例えば、それぞれのチャネル１６０のｒｆ遮蔽用のカバーを含んでもよい。シールドは、ｒｆ遮蔽を提供するために、少なくとも部分的に金属製、例えば、少なくとも部分的に金属薄板製であってもよい。例えば、複数のシールド１９０は、それぞれのチャネル１６０のｒｆ遮蔽用の複数の別個の遮蔽箱を含んでもよい。一実施形態では、複数のチャネル１６０の各々は、金属薄板を含むシールド１９０によってｒｆ遮蔽のために別々に覆われる。
【0052】
複数の位相コヒーレントな発振信号を提供するために、制御装置１００は、デマルチプレクサ（demultiplexer）、デジタルアナログ変換器及び電源供給ユニットなどの１つ以上の追加の装置及び／又は構成要素を含んでもよい。これらの装置及び／又は構成要素は、複数のモジュール１３０の一部として統合されてもよい。制御装置１００は、マイクロコントローラなどの１つ以上のコントローラ１９２を含んでもよい。例えば、中央コントローラは、マザーボード装置１０４上に配置されてもよい。コントローラ１９２は、例えばチャネル固有の調整によって、位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅を調整するように構成されてもよい。この目的のために、コントローラ１９２は、１つ以上のデマルチプレクサに結合されてもよい。コントローラ１９２は、それぞれの位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅を調整するチャネル固有のデジタル制御信号を提供するために使用することができる。この目的のために、例えば、複数のモジュールの各々は、デマルチプレクサを含んでもよい。制御装置１００は、コントローラ１９２を他の構成要素に結合する制御インタフェース１９４を含んでもよく、このインタフェース１９４はまた、複数のモジュール１３０の各々の複数のチャネル１６０の対応するＳＰＩと結合するように配置される、シリアル・ペリフェラル・インタフェース（Serial Peripheral Interface）（ＳＰＩ）を含んでもよい。インタフェース１９４は、第１の分配装置１４０を介して、例えばプラグ／ソケット接続部１４２を介して複数のモジュール１３０に結合されてもよい。
【0053】
以下、位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅を調整する更なる例が提供される。コントローラ１９２は、第２の分配装置１５０の信号処理装置１５２として提供されてもよいデマルチプレクサに結合されてもよい。コントローラ１９２は、チップセレクト（Chip Select）（ＣＳ）信号などの多重分離信号（demultiplexed signal）をデジタルアナログ変換器、又はＳＰＩなどの制御インタフェース１９４に結合された第１の位相ロックループ１６２に送るアドレス、例えばｎビットのアドレスを提供するために使用されてもよい。制御インタフェース１９４は、データ用の少なくとも１つの経路と、クロック値用の少なくとも１つの経路とを含んでもよく、これらの経路は、複数のデジタルアナログ変換器及び／又は第１の位相ロックループ１６２と直列に結合されてもよいが、多重分離信号によって示されるように、これらのうちの１つのみが一度に影響を受ける。デジタルアナログ変換器は、位相コヒーレントな発振信号の振幅を調整する増幅器１６４に入力電流などの十分な入力を提供できる演算増幅器などの前置増幅器に電圧を送るように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、位相コヒーレントな発振信号の振幅を調整する増幅器１６４による増幅は、デジタルアナログ変換器でプログラミングされ得る動作電圧に依存する。
【0054】
制御装置１００はまた、複数の位相コヒーレントな発振信号の周波数及び／又は振幅の遠隔調整用の制御接続部を含んでもよい。制御接続部は、コントローラ１９２に結合されてもよい。制御接続部は、遠隔調整用の有線及び／又は無線接続部を含んでもよい。遠隔調整のために、制御接続部は、コンピュータなどのデータ処理装置に結合されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制御接続部は、遠隔調整用のイーサネット（登録商標）及び／又はユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus）（ＵＳＢ）接続部を含む。制御装置１００はまた、例えば遠隔調整用の制御接続部を利用して、初期位相ロックループ１２０及び／又は第１の位相ロックループ１６２のいずれかの他のパラメータを調整するように構成されてもよい。
【0055】
複数のチャネルの各々の出力電力は、直流バイアスによって、例えば増幅器１６４を直流バイアスすることによって制御されてもよい。この目的のために、制御装置１００は、１つ以上のデジタルアナログ回路、例えば１６ビットのデジタルアナログ回路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、複数のモジュール１３０の各々は、上記目的のために、各モジュール１３０の複数のチャネル１６０の各々に対して別個のデジタルアナログ回路を含む。
【0056】
異なるチャネル間の位相コヒーレンスは、制御装置１００によって維持することができるが、制御装置１００は、或る時点での絶対位相のチャネル固有の定義、例えば任意の２つの位相コヒーレントな発振信号間の位相差が或る時点でゼロであるという定義のために構成されてもよい。その後、位相コヒーレントな発振信号の位相は、物理法則に従って時間的に変化し、それに応じてそれらの値を予測することができる。
【0057】
図３は、一例に係る方法２００を示す。方法２００は、量子コンピューティングシステムなどに複数の位相コヒーレントな発振信号を提供するために使用することができる。
【0058】
一実施形態では、方法２００は、初期基準クロック信号を受信するステップ２１０を含む。初期基準クロック信号は、例えば、本明細書に開示された例のいずれかに係る基準クロック発振器１０を利用して生成されてもよい。次いで、この方法は、高周波基準クロック信号を提供するために初期基準クロック信号をアップコンバートするステップ２２０を含む。この目的のために、制御装置１００、例えば本明細書に開示された例のいずれかに係る制御装置が、使用されてもよい。
【0059】
高周波信号が、直接的に提供されるか、又は前の実施形態で説明したようにアップコンバージョンを利用して間接的に提供されるか否かにかかわらず、方法２００は、高周波基準クロック信号を受信し、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法で複数のモジュールに分配するステップ２３０を含む。次いで、ステップ２４０では、複数のモジュールの各々内で、高周波基準クロック信号を位相コヒーレントな方法でそれぞれのモジュールの複数のチャネルに分配し、ステップ２５０では、複数のチャネルの各々内で、複数の位相コヒーレントな発振信号のうちの１つを提供するために高周波基準クロック信号をアップコンバートする。その後、ステップ２６０では、位相コヒーレントな発振信号を量子コンピューティングシステムなどの受信システム３０に出力してもよい。位相コヒーレントな発振信号を受信システム３０に導入する前に、例えば周波数混合によりこれらの発振信号を変調信号などの別の信号と混合することによって処理してもよい。これらの目的のいずれか又は全てのために、制御装置１００、例えば本明細書に開示された例のいずれかに係る制御装置が、使用されてもよい。１つ以上の位相コヒーレントな発振信号は、例えば量子コンピューティングシステム用の搬送波として利用されてもよい。
【0060】
アップコンバージョンのために、整数乗算器が使用されてもよい。これらの整数乗算器は、初期位相ロックループ１２０及び／又は第１の位相ロックループ１６２のいずれかによって利用されてもよい。これらの整数乗算器は、位相コヒーレントな発振信号の位相の安定性を向上させることが発見されている。また、除算器が使用されてもよいが、いくつかの実施形態では、複数の位相コヒーレント発振信号を提供する初期位相ロックループ１２０及び／又は第１の位相ロックループの各々でのアップコンバージョンは、除算器ではなく整数乗算器を利用して実行される。これにより、位相の安定性を向上させることができる。
【0061】
本明細書に開示された制御装置１００及び／又は方法２００はまた、レーダーシステム（radar system）、分光システム（spectroscopy system）又は電波天文学システム（radio astronomy system）などと併せて利用されてもよい。したがって、受信システム２０は、そのようなシステムであるか、又はそのようなシステムを単独で又は組み合わせて含んでもよい。
【0062】
本明細書で説明される様々な機能は、異なる順序で、及び／又は、互いに同時に実行されてもよい。明示的に禁止しない限り、任意の例を別の例と組み合わせてもよい。
【0063】
主題は、構造的特徴及び／又は動作に特有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲に定義される主題は、必ずしも上述した特定の特徴又は動作に限定されないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴及び動作は、請求項を実施する例として開示され、他の同等の特徴及び動作は、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【0064】
上述した利点及びメリットは、１つの実施形態に関連してもよく、いくつかの実施形態に関連してもよいことを理解されたい。実施形態は、記載された問題のいずれか又は全てを解決するもの、又は記載された利点及びメリットのいずれか又は全てを有するものに限定されない。更に、「１つ（an）」項目への参照は、１つ以上のその項目を指してもよいことを理解されたい。
【0065】
本明細書で使用される場合、「含む（comprising）」という用語は、特定された方法、ブロック又は要素を含むことを意味するが、そのようなブロック又は要素は、排他的リストを含まず、方法又は装置は追加のブロック又は要素を含んでもよい。
【0066】
「第１（first）」、「第２（second）」などの数値記述子は、この文脈では、単に類似した名前を持つ部品を区別する方法として使用される。数値記述子は、優先、製造又は任意の特定の構造における出現の順序など、任意の特定の順序を示すものとして解釈されるべきではない。
【0067】
「複数（plurality）」などの表現は、この文脈では、それによって参照されるエンティティが複数であること、つまりエンティティの数が２つ以上であることを示すために使用される。
【0068】
本発明は、特定のタイプの装置及び／又は方法と併せて説明されてきたが、本発明は特定のタイプの装置及び／又は方法に限定されないことを理解されたい。本発明は、多くの例、実施形態及び実装に関連して説明されてきたが、本発明は、そのように限定されず、特許請求の範囲内にある様々な変更及び同等の装置をカバーする。様々な例が、特定の程度の特殊性で、又は１つ以上の個々の実施形態を参照して以上に説明されたが、当業者は、本明細書の範囲から逸脱することなく、開示された例に対して多数の変更を実施することができる。また、技術の進歩に伴い、本発明の基本概念を様々な方法で実施することができることは、当業者には明らかである。したがって、本発明及びその実施形態は、上述した例に限定されず、その代わりに、特許請求の範囲内で変更することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】