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▶ テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイの特許一覧
(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】2023-08-31
(54)【発明の名称】電圧を供給するための方法および装置
(51)【国際特許分類】
H03K 3/38 20060101AFI20230824BHJP
G02F 1/01 20060101ALI20230824BHJP
G02F 2/00 20060101ALI20230824BHJP
H04B 10/80 20130101ALI20230824BHJP
H10N 60/10 20230101ALI20230824BHJP
H03K 17/92 20060101ALI20230824BHJP
G02B 6/42 20060101ALN20230824BHJP
【ＦＩ】
H03K3/38 Z
G02F1/01 C
G02F2/00
H04B10/80
H10N60/10 K
H03K17/92
G02B6/42
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022574481
(86)(22)【出願日】2021-06-16
(85)【翻訳文提出日】2023-01-31
(86)【国際出願番号】 FI2021050455
(87)【国際公開番号】W WO2021255343
(87)【国際公開日】2021-12-23
(31)【優先権主張番号】20205636
(32)【優先日】2020-06-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512068592
【氏名又は名称】テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイ
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＮＯＬＯＧＩＡＮ ＴＵＴＫＩＭＵＳＫＥＳＫＵＳ ＶＴＴ ＯＹ
(74)【代理人】
【識別番号】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(72)【発明者】
【氏名】ニッシラ ヤーニ
(72)【発明者】
【氏名】ケンッピネン アンッティ
【テーマコード（参考）】
2H137
2K102
4M113
5J050
5K102
【Ｆターム（参考）】
2H137AA05
2H137AA17
2H137AB12
2H137BA44
2H137BA48
2H137BA49
2H137BA53
2H137BB01
2H137BB12
2H137BC32
2H137BC33
2K102AA21
2K102AA40
2K102BA02
2K102BA40
2K102BB01
2K102BB04
2K102BC04
2K102BD03
2K102DA04
2K102DB04
2K102DC08
2K102DD03
2K102EA18
2K102EA23
2K102EB06
2K102EB16
2K102EB20
2K102EB22
2K102EB24
2K102EB29
2K102EB30
4M113AA00
4M113AC44
4M113AD18
5J050DD17
5K102PB11
(57)【要約】
電圧波形（ＶＳ１（ｔ）、ＶＦ１（ｔ））を生成するための方法は、－１つ以上の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を含む光信号（ＣＬＢ１）を提供することと、－光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）を介して光パルス（ＯＰＡＴ１）を複数の光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）に分配することと、－光パルス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）に変換するために光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）を用いることと、－電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）によりジョセフソン接合（ＪＪ１）を駆動することによって、電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））を生成することと、を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電圧波形（ＶＳ１（ｔ）、ＶＦ１（ｔ））を生成する方法であって、－１つ以上の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を含む光信号（ＣＬＢ１）を提供することと、
－光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）を介して光パルス（ＯＰＡＴ１）を複数の光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）に分配することと、
－光パルス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）に変換するために光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）を使用することと、
－駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）によりジョセフソン接合（ＪＪ１）を駆動することによって電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））を生成することと、
を含む、方法。
【請求項2】
複数のジョセフソン接合（ＪＪ１）の電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））を合成することによって合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
１つ以上の第１のジョセフソン接合（ＪＪ１）によって生成された電圧パルス（Ｖ１（ｔ））から第１の出力信号（ＶＦ１）を形成することと、１つ以上の第２のジョセフソン接合（ＪＪ１）によって生成された電圧パルス（Ｖ２（ｔ））から第２の異なる出力信号（ＶＦ２）を形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
ジョセフソン接合（ＪＪ１）の複数のチェーン（ＣＨＡＩＮ１）が、合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））を形成するために直列接続されており、各チェーン（ＣＨＡＩＮ１）は、直列接続された少なくとも４つのジョセフソン接合（ＪＪ１）を含み、各寄与するチェーン（ＣＨＡＩＮ１）のすべてのジョセフソン接合（ＪＪ１）は、前記チェーン（ＣＨＡＩＮ１）に接続された光電変換ユニット（ＯＥＵ１）から得られる電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）によって駆動され、各寄与するチェーン（ＣＨＡＩＮ１）の最大長さは１００μｍより短く、寄与するチェーンは、合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））に対して寄与するチェーンである、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）からジョセフソン接合（ＪＪ１）に電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）を転送するための最大距離（ＬＬＩＮ１）が３ｍｍより小さくなるように、光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）の空間位置が選択されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）は、光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）から電気伝送ライン（ＬＩＮ１）を介してジョセフソン接合（ＪＪ１）に伝送され、各電気伝送ライン（ＬＩＮ１）の長さの公称長（Ｌ０）からの偏差が３ｍｍより小さくなるように、電気伝送ライン（ＬＩＮ１）の長さ（ＬＬＩＮ１）は実質的に等しい、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））をローパスフィルタ（ＦＩＬ１）でフィルタリングすることによって、フィルタリングされた電圧波形（ＶＦ１（ｔ））を形成することを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項8】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）および光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）は同じ基板（ＳＵＢ１）上に実装されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項9】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、各光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）は光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）上に実装されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項10】
光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）はシリコン導波路である、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項11】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、ジョセフソン接合（ＪＪ１）および光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）は第１の基板上に実装され、光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）は第２の異なる基板上に実装されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項12】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）はプラズモニック光検出器である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項13】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）はユニトラベリングキャリアフォトダイオード（ＵＴＣ－ＰＤ）である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項14】
各光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は１つ以上の光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）を含み、光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）は、単一および／または複数の光子を検出するようにアレンジされた超伝導ナノワイヤ検出器である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項15】
ジョセフソン接合（ＪＪ１）は２つ以上のグループに分割され、第１のグループは直列に接続された第１のジョセフソン接合（ＪＪ１）を含み、第２のグループは直列に接続された第２のジョセフソン接合（ＪＪ１）を含み、第１のグループのジョセフソン接合（ＪＪ１）の数は、第２のグループのジョセフソン接合（ＪＪ１）の数と異なり、前記方法は、第２のグループのジョセフソン接合（ＪＪ１）の動作が有効な状況において、第１のグループのジョセフソン接合（ＪＪ１）の動作を有効にすることおよび無効にすることを含む、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項16】
光信号（ＣＬＢ１）は、第１の波長（λ１）の第１の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１）と、第２の異なる波長（λ２）の第２の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ２）とを含み、前記方法は、光信号（ＣＬＢ１）から第１の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１）をスペクトル的に分離することと、分離された第１の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１）を１つ以上の第１の光電変換ユニット（ＯＥＵ１）に導くこととを含み、前記方法は、第２の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ２）を１つ以上の第２の光電変換ユニット（ＯＥＵ２）に導くことを含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項17】
以下の方法、すなわち、－複数の二次パルス（ＬＢ０）を形成するために一次パルス（ＬＢ００）を分配することと、
－光パルス発生器（ＯＰＧ１）の異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）に沿って伝播するように二次パルス（ＬＢ０）を導くことと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）に沿って伝播する二次パルス（ＬＢ０）を変調することによって、変調光信号（ＬＢ１）を形成することと、
－異なる遅延時間（ΔｔＤ１、ΔｔＤ２）だけ、変調光信号（ＬＢ１）を遅延させることまたは二次パルス（ＬＢ０）を遅延させることと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）からの遅延変調信号（ＬＢ１）を合成することによって、光信号（ＬＢ２）を形成することと、
を含む、方法によって光信号（ＣＬＢ１）を形成することを含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項18】
１つ以上の光分配器（ＣＳＰＬ１）およびシリコンフォトニック光伝送ライン（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）を用いることによって、光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を複数の光電変換器（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）に分配することを含む、請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項19】
光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）は、導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）上に直接統合されている、請求項１～１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項20】
光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）は、極低温室（ＶＥＳ１）内の１つ以上のスペクトル選択的光分配器（ＣＤＩＣ１）によって複数の光伝送ライン（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）に分配される、請求項１～１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項21】
光信号（ＣＬＢ１）は、異なる波長（λ１、λ２）の複数の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を含み、異なる光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）は、１つ以上のスペクトル選択的光分配器（ＣＤＩＣ１）によって、光信号（ＣＬＢ１）から複数の異なる光伝送ライン（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）にデマルチプレクスされる、請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項22】
光信号（ＣＬＢ１）の光パルスのパルス繰り返しレートは、５０ＧＨＺより高い、請求項１～２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項23】
以下の方法、すなわち、－１０ＧＨｚ以下の繰り返しレートで一次パルス（ＬＢ００）を供給することと、
－複数の二次パルス（ＬＢ０）を形成するために各一次パルス（ＬＢ００）を分配することと、
－光パルス発生器（ＯＰＧ１）の異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）に沿って伝播するように二次パルス（ＬＢ０）を導くことと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）に沿って伝播する二次パルス（ＬＢ０）を変調することによって、変調光信号（ＬＢ１）を形成することと、
－異なる遅延時間（ΔｔＤ１、ΔｔＤ２）だけ、変調光信号（ＬＢ１）を遅延させることまたは二次パルス（ＬＢ０）を遅延させることと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２）からの遅延変調信号（ＬＢ１）を合成することによって、光信号（ＬＢ２）を形成することと、
を含む、方法によって光信号（ＣＬＢ１）を形成することを含む、請求項１～２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
ジョセフソン接合（ＪＪ１）の電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））から電圧波形（ＶＳ１（ｔ））を生成すること、および電圧波形（ＶＦ１（ｔ））を電圧基準として使用すること、を含む、請求項１～２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項25】
電圧波形（ＶＳ１（ｔ）、ＶＦ１（ｔ））を生成するための装置（１０００）であって、－光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１）を含む光信号（ＣＬＢ１）を供給する光パルス発生器（ＯＰＧ１）と、
－光パルス（ＯＰＡＴ１）を電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）に変換する複数の光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）と、
－光パルス（ＯＰＡＴ１）を異なる光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）に分配するための１つ以上の光分配器（ＣＳＰＬ１）および複数の光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）と、
－電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）から電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））を生成する複数のジョセフソン接合（ＪＪ１）であって、ジョセフソン接合（ＪＪ１）は直列に接続されて、ジョセフソン接合（ＪＪ１）の電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））から合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））を形成する、複数のジョセフソン接合（ＪＪ１）と、
を備える、装置（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電圧波形を供給（ｐｒｏｖｉｄｅ）することに関する。
【背景技術】
【0002】
量子化された任意電圧波形は、従来のジョセフソン任意波形シンセサイザー（ＪＡＷＳ）を用いて生成することができうる。従来のジョセフソン任意波形シンセサイザーは、電気パターン発生器から得られる電気パルスパターンで駆動される。発生する電圧レベルは、電気パルスの既知の繰り返しレートに基づいて正確に決定しうる。電気パルスの繰り返しレートは、原子時計の周波数にトレース可能でありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
目的は、電圧波形を生成するための方法を提供することである。目的は、電圧波形を生成するための装置を提供することである。目的は、電圧源装置を提供することである。目的は、基準電圧を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一態様によれば、電圧波形（ＶＳ１（ｔ）、ＶＦ１（ｔ））を生成する方法であって、－１つ以上の光パルスシーケンス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を含む光信号（ＣＬＢ１）を提供することと、－光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）を介して光パルス（ＯＰＡＴ１）を複数の光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）に分配することと、－光パルス（ＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２）を電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）に変換するために光電変換ユニット（ＯＥＵ１、ＯＥＵ２）を使用することと、－駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）によりジョセフソン接合（ＪＪ１）を駆動することによって電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））を生成することと、を含む、方法が提供される。
【0005】
さらなる態様は、特許請求の範囲に定義される。
【0006】
本発明の様々な実施形態に求められる保護範囲は、独立請求項によって規定される。独立請求項の範囲に該当しない本明細書に記載された実施形態がある場合、それは本発明の様々な実施形態を理解するために有用な例として解釈されるものである。
【0007】
電圧源装置は、光パルスを供給する光パルス発生器と、光パルスを極低温室に導く光フィードスルーと、光導波路を介して光パルスを複数の光電変換器に分配する１つ以上の光分配器と、を備えうる。光電変換器は、光パルスを駆動電流パルスに変換しうる。駆動電流パルスは、短い電気伝送ライン（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）を経由して複数のジョセフソン接合に伝送されうる。ジョセフソン接合は、個々の電圧パルスの積分が量子化され、前記積分は時間的に決定されるように、駆動電流パルスを電圧パルスに変換しうる。複数のジョセフソン接合は、合成された電圧パルスの大きさを増加させるために、直列に接続されうる。
【0008】
本方法は、複数のジョセフソン接合の電圧パルスを合成することによって合成電圧信号（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）を形成することを含みうる。複数のジョセフソン接合の電圧パルスを組み合わせることで、例えば、電圧レベルの向上をもたらしてよく、および／または、合成電圧信号のパルスのパルス繰り返しレートの向上をもたらしてもよい。
【0009】
高精度でリップルのない電圧レベルを提供するために，合成された電圧パルスは任意にローパスフィルタリングを行いうる。一実施形態では、フィルタリングされた出力電圧は一定に保たれうる。生成された電圧パルスは、正確な基準電圧レベルを提供するために、ローパスフィルタリングされうる。
【0010】
電圧源装置は、選択可能なおよび／または任意の電圧波形を提供しうる。本装置は、光学的に駆動される超高速極低温任意波形源として動作しうる。
【0011】
本装置は、選択可能な電圧波形を提供するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。本装置は、ユーザが選択可能な電圧波形を提供するようにアレンジされうる。本装置は、任意の電圧波形を提供するようにアレンジされうる。
【0012】
光パルスを複数の光電変換器に分配することにより、伝送ラインの長さが減少または最小化されるように、光電変換器の位置を選択することを可能にしうる。光パルスの駆動パルスへの変換を空間的に分散して行うことにより、多数のジョセフソン接合を駆動することを可能にしえて、および／または、電気伝送ラインの帯域幅の制限を実質的に回避しうる。
【0013】
本装置は、超伝導素子、光学素子、光電子素子の組み合わせを含みうる。ジョセフソン接合への超高速パルスの光学的に統合された分散配信は、基本的に理想的な電気信号発生器を有効にしえて、ほぼ理想的な性能を提供しうる。出力電圧レベルは、高精度でありうる。
【0014】
出力電圧レベルは、国際単位系（ＳＩ）で定義される電圧規格の実現に基づいて正確に決定されうる。出力電圧レベルは、光パルスのパルス繰り返しレートから正確に決定されうる。一実施形態において、光パルスのパルス繰り返しレートは、原子時計の周波数にトレース可能でありうる。
【0015】
０Ｈｚから数十ギガヘルツまでの広い帯域で、任意の波形を提供しうる。極低温での光信号伝送（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）は、ヴィーデマン・フランツ（Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ－Ｆｒａｎｚ）の法則で記述される基本的な問題である高周波電気ケーブルの熱伝導を避けることができるため、優れたエネルギー効率をもたらしうる。一実施形態では、シングルチップとシングル光ファイバーを用いた最も単純なセットアップで、すでに最大５００の独立した電圧出力を実現しうる。これは、極低温室に電気信号を伝送（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）するために多数の電気同軸ケーブルを必要としうる、最先端の極低温信号伝送とは強い対照をなしている。
【0016】
一実施形態では、信号生成は、室温の装置で便利に制御することができ、すなわち、極低温で演算ロジックを使用する必要はない。
【0017】
一実施形態では、装置は、多数の信号出力が、例えば量子コンピュータを制御するために使用されうるようにアレンジされうる。
【0018】
量子力学的エネルギーレベルの間隔（ｓｐａｃｉｎｇ）がマイクロ波光子のエネルギーに相当するような典型的な量子エレクトロニクス応用では、１０ＧＨｚ以上の帯域幅が必要となりうる。
【0019】
例えば室温計測用途では、大きな最大出力電圧も使用されうる。
【0020】
一実施形態において、導波路と光電変換器とは、同じ基板上に実装されうる。電圧源装置は、光学的に統合された量子化された任意電圧波形源として動作しうる。
【0021】
生成電圧レベルは、巨視的な量子現象に基づいており、生成された光パルスの繰り返しレートから生成電圧を決定することを可能にしうる。光パルスの繰り返しレートは、例えば原子時計にトレース可能でありうる。生成された電圧レベルは、国際標準にトレース可能でありうる。一実施形態では、装置によって生成された電圧レベルは、電圧の標準として使用されうる。
【0022】
本装置は、１つ以上の光パルスパターンを複数の光電変換器に分配するための複数の光導波路を含みうる。本装置の光電変換器は、光パルスを電気駆動電流パルスに変換しうる。本装置は、ジョセフソン接合を電気駆動電流パルスで駆動したときに量子化電圧パルスを提供するために、複数のジョセフソン接合を含みうる。すなわち、ジョセフソン接合は、電気駆動電流パルスを量子化された電圧パルスに変換しうる。ジョセフソン接合から得られる量子化電圧パルスは、極低温での電気波形を提供するために、合成され、任意にフィルタリングされうる。１つまたは複数の光パルスパターンを選択することで、所望の任意の電気波形を提供しうる。
【0023】
光パルスシーケンスを１つまたは複数の光導波路を経由して導くことにより、合成電圧信号（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａｌ）の高いパルス繰り返しレートに到達することを可能にしえて、および／または、電気伝送ラインを介して電気信号を高周波で伝送することによって生じる損失および分散を低減しうる。
【0024】
一実施形態では、１つまたは複数の第１のジョセフソン接合から得られる第１の電圧パルスと、１つまたは複数の第２のジョセフソン接合から得られる第２の電圧パルスとを組み合わせて、正および負のパルスの両方を形成しうる。例えば、実質的に正弦波状の波形を提供するために正パルスおよび負パルスをフィルタリングしうる。例えば、第１の光電変換ユニットは、１つ以上の第１のジョセフソン接合を駆動するための、第１の極性を有する駆動電流パルスを提供するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。第１の光電変換ユニットは、１つまたは複数の第２のジョセフソン接合を駆動するための、第２の逆極性を有する駆動電流パルスを供給するようにアレンジされうる。
【0025】
特に、シリコンフォトニクス（ＳｉＰｈ）素子および光電変換器を用いることで、帯域制限のある電気伝送ラインの役割を最小限に抑えることによって、より高い周波数および／またはより大きな電圧に到達することを可能にしうる。
【0026】
本装置は、ジョセフソン接合の短いチェーン（ｓｈｏｒｔ ｃｈａｉｎ）を駆動するための光電変換器を含みうる。ジョセフソン接合の短いチェーンは、より高い電圧を供給するため、および／または、ダイナミックレンジを向上させるために、直列に接続されうる。小型の光電変換器は、電気伝送ラインの長さを最小にするために使用されうる。
【0027】
ジョセフソン接合では、大きな電気的損失が発生しうる。複数のジョセフソン接合は、ジョセフソン接合のチェーンを形成するために直列に接続されてよく、ジョセフソン接合のチェーンは、光電変換器から得られる電流パルスで駆動されてよい。ジョセフソン接合における損失を低減するために、前記チェーンの長さは短くしうる。変換器に接続されたジョセフソン接合のチェーンの全長は、損失を低減するために、例えば、１００μｍより短くてもよい。チェーンの長さを短くすることで、集中要素（ｌｕｍｐｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いてチェーンの電気的挙動をモデル化することも可能にしうる。
【0028】
変換器からジョセフソン接合までの伝送ラインでも電気的な損失が発生しうる。変換器からチェーンの最初（または最後）のジョセフソン接合までの伝送ラインの長さは、伝送ラインにおける損失を低減するために、例えば３ｍｍより短くてもよい。特に、変換器からチェーンの最初（または最後）のジョセフソン接合までの伝送ラインの長さは、例えば１００μｍより短くてもよい。
【0029】
光導波路を経由して光信号を複数の変換器に分配することにより、複数の変換器から高周波で得られる同期した電流パルスで多数のジョセフソン接合を同時に駆動しうるように、変換器の位置を選択することを可能にしうる。ジョセフソン接合の数は、例えば、１００以上、１０００以上、または１００００以上、あるいは１０００００以上でありうる。変換器の数は、例えば、１０以上、１００以上、１０００以上、１００００以上、または１０００００以上でありうる。一実施形態において、変換器および導波路は、同じ基板上に実装されうる。
【0030】
光導波路を経由して光信号を複数の変換器に分配することは、各電流ループの全周長が例えば１００μｍ（出力信号に寄与する各変換器について）より短くなりうるように、変換器の位置およびジョセフソン接合の位置を選択することを可能にしうる。駆動電流パルスのための前記電流ループは、変換器と、変換器からジョセフソン接合のチェーンまでの第１の導電性伝送ラインと、チェーンと、チェーンから変換器までの第２の導電性伝送ラインと、を含みうる。電流ループの周方向の長さが短いと、損失を最小限に抑えることができ、高い繰り返しレートで駆動電流パルスを提供することができ、および／または、邪魔な反射を回避するのに役立ちうる。
【0031】
光電変換器は、例えば、プラズモニック光検出器（ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）、ユニトラベリングキャリアフォトダイオード（ＵＴＣ－ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ）、または超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）でありうる。
【0032】
１つ以上の光パルスシーケンスを含む光信号は、光フィードスルーを介して極低温室に導かれうる。光パルスシーケンスは、例えば、１つ以上の光分配器およびシリコンフォトニック（ＳｉＰｈ）光伝送ラインを用いることによって、複数の光電変換器に分配されうる。光フィードスルーから受信された光パルスシーケンスは、例えば波長分割デマルチプレクス（ＷＤＭ）によって、複数の光伝送ラインに分配されうる。光パルスシーケンスは、極低温室内の１つ以上のスペクトル選択的な（ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）光分配器によって、複数の光伝送ラインに分配されうる。
【0033】
光信号は、異なる波長の複数の光パルスシーケンスを含みえて、異なるパルスシーケンスは、１つまたは複数のスペクトル選択的な光分配器によって、光信号から複数の異なる光伝送ラインに分波（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）されうる。
【0034】
一実施形態では，光導波路と光電変換器とを同一基板上に実装しうる。光電変換器は、例えば、電気伝送ラインの長さを最小にするため、および／または、電気伝送損失および／または分散を最小にするために、ジョセフソン接合の近くに配置されうる。光電変換器は、導波路上に直接集されてよく、ジョセフソン接合に近い位置に配置されうる。これにより、高い集積密度と性能を実現しうる。
【0035】
ＳｉＰｈコンポーネントおよび光電変換器の帯域幅は、例えば２００ＧＨｚより高くてもよい。その結果、光電変換器は、少なくとも２００ＧＨｚである繰り返しレートで電気パルスを供給するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。１つ以上の光電変換器は、少なくとも２００ＧＨｚのパルス周波数でジョセフソン接合を駆動するようにアレンジされうる。１つまたは複数の光電変換器は、少なくとも２００ＧＨｚのパルス周波数でジョセフソン接合のチェーンを駆動するようにアレンジされうる。
【0036】
１つまたは複数の光電変換器は、２００ＧＨｚ以上の周波数でジョセフソン接合のチェーンを駆動するようにアレンジされうる。
【0037】
一実施形態では、光電変換器の電気波形は、実質的にノイズのない出力電圧波形を提供するためにローパスフィルタでフィルタリングしうる。さらに、出力電圧波形の瞬時電圧レベルは、光電変換器に導かれる光パルスの繰り返しレートから正確に決定されうる。光パルスの繰り返しレートは、正確に知りうる。光パルスの繰り返しレートは、原子時計にトレース可能でありうる。
【0038】
このように、シグマ－デルタ変調と十分なローパスフィルタリングを用いることによって、数十ギガヘルツまでのノイズのない演算可能な電圧信号を実現しうる。
【0039】
生成された電気波形は、例えば、極低温にある量子コンピュータを制御するために使用しうる。生成された電気波形は、例えば、極低温にある量子コンピュータの量子ビットを制御するために使用しうる。
【0040】
生成された電気波形は、例えば、測定器の校正のための電圧基準として使用しうる。生成された電気波形は、例えば、測定器の動作を確認するための電圧標準として使用しうる。生成された電気波形は、室温での電圧計測用途に使用しうる。生成された電気波形は、極低温での電圧計測用途に使用しうる。
【0041】
本装置は、ジョセフソン接合に基づく一般的な電圧基準と比較して、より高い電圧レベルおよび／またはより高い周波数を提供するようにアレンジされうる。
【0042】
一実施形態において、ジョセフソン接合から得られた電圧波形は、極低温室の外に結合されてもよく、極低温室の外の用途に使用されてもよい。極低温で生成された電圧波形は、極低温室の外に結合して、通常の室温で使用してもよい。
【0043】
従来のジョセフソン任意波形シンセサイザー（ＪＡＷＳ）は、電気的に生成されたパルスパターンで駆動される。原子時計にトレース可能な周波数で、電流パルスの欠落（０）または存在（１）が生じる。
【0044】
ジョセフソン接合は、電気駆動パルスシーケンスで駆動されうる。このシーケンスは、複数の欠落（０）および存在（１）電流パルスから構成されうる。記号「０」は論理レベル０を示し、記号「１」は論理レベル１を示す場合がある。ジョセフソン接合を電気パルスで駆動する場合、各駆動パルス０はゼロ電圧をもたらし、各駆動パルス１は、ジョセフソン接合に量子化された時間積分を有する電圧パルスを発生させうる。量子化された電圧パルスは、それを通るパルス電流の方向によって、正または負の極性を有しうる。量子化された時間積分は、磁束量子に整数を乗じたものに等しくてよい。量子化された時間積分は、典型的には、単一の磁束量子に等しい。しかし、量子化された時間積分は、複数の磁束量子に等しくてもよい。
【0045】
一実施形態において、本装置の光パルスパターン発生器はまた、多レベル光パルスを提供するようにアレンジされてもよく、すなわち、パルスパターンの光パルスの振幅はまた、ゼロ振幅とは異なり、全振幅とは異なってもよい。光パルスの振幅を選択することにより、複数の磁束量子の電圧パルスを生成するためのシャピロステップインデックス（Ｓｈａｐｉｒｏ ｓｔｅｐ ｉｎｄｅｘ）を選択することを可能にしうる。
【0046】
光パルスパターンを提供すること、光電変換器を用いて光パルスパターンを電気駆動パルスに変換すること、その駆動パルスでジョセフソン接合を駆動して量子化された電圧パルスを生成することによって、量子化された任意の電圧波形を生成しうる。量子化された任意の電圧波形をローパスフィルタでフィルタリングすることによって、フィルタリング出力波形を形成しうる。
【0047】
フィルタリングされた出力波形の最大変化レートおよび最大電圧は、駆動パルスの繰り返しレートによって制限されうる。
【0048】
光パルスは、光電変換器によって電気駆動パルスに変換されうる。光電変換器は、例えば、ユニトラベリングキャリアフォトダイオード（ＵＴＣ－ＰＤ）でありうる。ユニトラベリングキャリアフォトダイオード（ｕｎｉ－ｔｒａｖｅｌｉｎｇ－ｃａｒｒｉｅｒ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）は、活性キャリアとして電子のみを利用しうる。光電変換器はまた、例えば、プラズモニック光検出器または超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）でありうる。光電変換器は、例えば、超伝導ナノワイヤ検出器（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であってよく、この検出器は、単一光子および／または複数光子を検出するようにアレンジされうる。超伝導ナノワイヤ検出器は、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈｏｔｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、または構造的に修正された超伝導ナノワイヤ単一光子検出器でありうる。構造的に修正された超伝導ナノワイヤ単一光子検出器は、複数の光子を検出するための適切な検出効率を有しうる。
【0049】
超伝導ナノワイヤ検出器（ＳＮＰＤ）は、一般に知られている超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）の変形であってよく、ＳＮＰＤは単一光子の信頼できる検出器である必要はないという相違がある。例えば、単一光子を検出する確率は、例えば１％～１００％の間でありうる。ＳＮＰＤは、例えば、１、１０、１００、または１０００個の光子の光パルスを検出するために使用することができる。単一光子の検出確率の基準を緩和することにより、デバイスの歩留まりを向上させてよく、デバイスの帯域幅を広げることを助けうる。ＵＴＣフォトダイオードおよびプラズモニック光検出器は、１ＴＨｚ以上の広帯域を可能にしうる。ＳＮＰＤは、例えば１０００個以下の光子の光パルスを検出する場合、良好なエネルギー効率を可能にしうる。光電変換器は、高周波信号を非金属光導波路により伝送しうるので、極低温への熱流を低減することを可能にしうる。
【0050】
比較例として、単一のＵＴＣフォトダイオードがジョセフソン任意波形シンセサイザチップの全ジョセフソン接合を駆動するようにアレンジされうる。電気駆動パルスは、電気伝送ラインを介してジョセフソン接合の長いアレイに伝送されうる。この比較例では、電気伝送ラインにおける損失および／または分散は、周波数の増加および接合数の増加に伴って増加しうる。電気伝送ラインにおける損失および／または分散の増加は、パルス駆動周波数および伝送ラインによって駆動される接合数の両方を制限しうる。伝送ラインは、任意の電圧波形を生成する帯域幅を制限しうる。
【0051】
最大出力電圧は、駆動周波数と接合数に比例しうる。電力分割（例えばウィルキンソン電力分割器）を用いて接合アレイをいくつかの別々の伝送ラインに分割することができるとしても、伝送ライン損失によって、単一の電気駆動信号で多数の接合を駆動することは困難になりうる。したがって、伝送ラインの損失により、特に室温での用途に対して十分に高い電圧信号を達成することは困難になりうる。複数の磁束量子の電圧パルス（シャピロ（Ｓｈａｐｉｒｏ）ステップインデックス２、３、．．．）を生成することによっても出力電圧は倍増しうるが、シャピロステップインデックスが高いほど、より正確な電流パルスが必要となり、したがって、伝送ラインの減衰を受け入れることができなくなる。駆動周波数、アレイ内のジョセフソン接合数、およびシャピロステップインデックスの間には、トレードオフがありうる。トレードオフとは、あるパラメータを増加させれば、他のパラメータを減少させることを意味する。トレードオフは、単一の電気駆動信号を多数のジョセフソン接合に分配する場合、一般に出力電圧を増加させることが困難であることを引き起こす。
【0052】
分散型光電変換と最適化された電気伝送ラインとを一緒に使用することにより、出力電圧の増加を可能にしてよく、および／または出力電圧波形の帯域幅を増加させうる。
【0053】
一実施形態では、シリコンフォトニクス（ＳｉＰｈ）により実装された導波路により、高周波でも低損失で超高速光パルス信号をチップ上で伝送および分周することを可能にしうる。光電変換器は、電気駆動電流パルスを生成するために、光伝送ラインに直接統合されうる。シリコンフォトニクスおよび光電変換器の実装面積を小さくすることにより、光電変換を分散配置し、コンポーネントの高密度化を図り、ジョセフソン接合の総数を多くして、伝送ラインの最大長さを短くしうることを可能にしうる。
【0054】
最終的には、ジョセフソン接合のアレイは、集中要素と見なせるほど短くしうる。第１のブランチのジョセフソン接合の第１のグループは、第２のブランチのジョセフソン接合の第２のグループと直列に接続されうる。異なるブランチのジョセフソン接合は、例えば誘導エレメントで直列に接続されうる。
【0055】
異なるブランチのジョセフソン接合を誘導エレメントで直列接続することにより、駆動パルスの高周波でのクロストークを実質的に防止しつつ、任意の出力電圧波形の帯域でブランチの出力電圧の和をとることを可能にしうる。
【0056】
一実施形態では、分散型光電変換を使用することにより、高い駆動周波数、単一チップ上の多数の接合、および高いシャピロステップインデックスを同時に可能にしうる。
【0057】
光電変換器は、例えば、プラズモニック光検出器でありうる。プラズモニック光検出器は、光導波路に容易に組み入れうる。特に、プラズモニック光検出器は、シリコンフォトニック（ＳｉＰｈ）伝送ラインと容易に一体化されうる。
【0058】
光電変換器はまた、例えば、ユニトラベリングキャリアフォトダイオード（ＵＴＣ）でありうる。
【0059】
光電変換器は、超伝導ナノワイヤ光子検出器（ＳＮＰＤ）でありうる。一般に、光パルスに対するＳＮＰＤの応答は、速い立ち上がり時間（例えば、数十ｐｓ）と遅い立ち下がりエッジ（例えば、１ｎｓ）で構成される。このような２つのＳＮＰＤを逆極性の電気パルスを供給するように逆電流でバイアスすることによって、そして相対的な光パルスエネルギーおよびそれらに供給される光パルストレインの相対的な遅延を適切に調整することによって、実質的にテールが減少したパルスを効果的に生成することが可能でありうる。これにより、前記ＳＮＰＤペアを用いることで、ＳＮＰＤを単独で用いる場合と比較して、より大きなパルスレートでジョセフソン接合を駆動することを可能にしうる。
【0060】
光導波路、光電変換器、電気伝送ラインおよびジョセフソン接合は、同一基板上に実装されうる。これらのコンポーネントは、単一のチップ上に実装されうる。単一チップ化は、例えば、電気伝送ラインの長さを最小化することを可能にしうる。
【0061】
あるいは、光導波路、光電変換器、電気伝送ラインおよびジョセフソン接合は、２つ以上の異なる基板上に実装されうる。これらのコンポーネントは、２つ以上の異なるチップ上に実装されうる。例えば、光導波路および光電変換器は、第１の基板上に実装されてよく、ジョセフソン接合は、第２の基板上に実装されてもよい。第１のチップの光電変換器からの電気駆動信号は、第２のチップのジョセフソン接合を駆動するために接続されうる。光電変換器の電気伝送ラインとジョセフソン接合の電気伝送ラインとの間の電気的接続は、例えばフリップチップ接続法によって形成されうる。
【0062】
光ファイバーから届く高周波の光パルス信号は、シリコンチップに集積されたシリコンフォトニック伝送ラインに結合されうる。光パルスパターン信号を複数のブランチに分配するために、光パワー分割が使用されうる。各ブランチは、光電変換器を含みうる。各光電変換器は、到達した光パルスを、ジョセフソン接合を駆動するために使用される電気駆動電流パルスに変換しうる。
【0063】
ジョセフソン接合を電気パルスで駆動すると、量子化された時間積分を有する電圧パルスが出力されうる。デルタ－シグマ変換およびローパスフィルタリングを使用することにより、ジョセフソン接合の出力電圧パルスから任意の量子化された電圧波形を生成しうる。
【0064】
ＳｉＰｈ導波路および統合された光電変換器により、高集積密度、パルス周波数の増加、および／または高いシャピロステップインデックスを可能にしうる。パルス周波数の増加および高いシャピロステップインデックスは、出力電圧を増加させうる。出力電圧の増加は、例えば、室温での計量較正または検証動作の実施に有用でありうる。
【0065】
パルス周波数を上げることにより、ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げることを可能にしうる。
【0066】
光パルスを複数の光電変換器に分配し、短い伝送ラインのみを介してジョセフソン接合を駆動することにより、究極の精度と極めて低いノイズで高周波の任意波形を極低温で生成することを可能にしうる。ジョセフソン接合の量子化効果により、ジョセフソン接合の出力パルスの電気的ノイズも低減しうる。
【0067】
高周波動作、高精度および低ノイズは、多くの用途で有用な特性でありうる。特に、出力波形を量子コンピュータの駆動に用いる場合、高周波動作、高精度および低ノイズの容量は、有用でありうる。
【0068】
本装置は、エネルギー効率が高くてよく、量子技術の応用に有用でありうる。
【0069】
本装置は、室温での用途にも有用でありうる電圧レベルの上昇を提供しうる。
【0070】
一実施形態において、波長の多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）および逆多重化（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が、異なる光パルスシーケンスでジョセフソン接合アレイの異なるブランチを駆動するために使用されうる。異なる光パルスシーケンスで異なるブランチを駆動することは、光電変換器およびジョセフソン接合の帯域幅を超えてもデルタ－シグマ変換の有効周波数を増加させるために使用されうる。特に、同じブランチ内の連続したパルスが重ならない限り、駆動電流パルスとその結果得られる量子化された電圧パルスとは、時間的に重なることが可能である。
【0071】
一実施形態では、ジョセフソン接合のアレイは、複数のグループに分割されてよく、これらのグループは、異なる数のジョセフソン接合を有しうる。例えば、第１のグループは２ｋ－１のジョセフソン接合を有してよく、第２のグループは２ｋのジョセフソン接合を有してよく、整数のインデックスｋによって識別されるグループは２ｋ－１のジョセフソン接合を有しうる。本装置は、出力電圧の大きさを選択する自由度を高めるために、各グループの接合を異なるパルスシーケンスで駆動するようにアレンジされうる。
【0072】
一実施形態において、各光電変換器の動作は、例えば、前記光電変換器のバイアス電圧を制御することによって、独立して有効化（ｅｎａｂｌｅ）および無効化（ｄｉｓａｂｌｅ）されうる。
【0073】
量子技術の用途で使用する場合、例えば、出力電圧のダイナミックレンジを改善するために、精度を最大化するために、および／または出力電圧波形の最大帯域幅を提供するために、１つまたは複数の光電変換器は、選択的に有効化または無効化されうる。
【0074】
一実施形態では、接合の独立したグループを、互いに時間的にずらした類似の任意波形を提供するパルスシーケンスで駆動してよく、それは、接合のグループを出力用に直列接続した場合の出力波形の振幅分解能を向上させることを可能にしうる。
【0075】
室温で使用する場合、分散型光電変換により、増加したジョセフソン接合の総数を同期して駆動することを可能にしうる。光電変換器とジョセフソン接合との間の電気伝送ラインの長さは、最大パルス周波数とジョセフソン接合の数との積に対して最適化されうる。光電変換器とジョセフソン接合との間の電気伝送ラインは、実質的に等しい長さでありうる。一実施形態において、１つ以上の光電変換器は、動作パラメータの最適化を可能にするために選択的に有効化または無効化されうる。
【0076】
本装置は、例えば、極低温量子データプロセッサに１つ以上の電圧波形を提供するために使用しうる。本装置は、例えば、量子コンピュータのスケールアップに使用しうる。
【0077】
以下の実施例では、添付図面を参照して、いくつかの変形例をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【発明を実施するための形態】
【0079】
図１を参照すると、電圧源装置１０００は、複数のブランチＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を含みうる。各ブランチ（Ｂ１）は、１つまたは複数の導波路（ＣＷＧ１）、１つまたは複数の光電変換ユニット（ＯＥＵ１）、１つまたは複数のジョセフソン接合（ＪＪ１）を含みうる。
【0080】
ブランチの数は、例えば２以上でありうる。ブランチの数は、例えば４以上でありうる。ブランチの数は、例えば２～１０６の範囲内でありうる。
【0081】
装置１０００は、１つ以上の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１を含む光信号ＣＬＢ１を提供するための光パターン生成器ＯＰＧ１を含みうる。光信号ＣＬＢ１は、１つ以上の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１を含みうる。光信号ＣＬＢ１の１つ以上の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１は、例えば、一次パターン（例えば、図５ｃのＰＡＴ０）にしたがって形成されうる。光パルスシーケンスＯＰＡＴ１は、光パルスパターンＯＰＡＴ１とも呼ばれうる。光信号ＣＬＢ１は、１つ以上のパルスパターンＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２を含みうる。光信号ＣＬＢ１の光パルスのパルス繰り返しレートは、例えば、５０ＧＨｚ以上でありうる。
【0082】
変換器としてプラズモニック光検出器またはＵＴＣフォトダイオードを用いる場合、光パルスシーケンスの光パルスの繰り返しレートは、例えば、５０ＧＨｚ以上でありえて、光パルスの繰り返しレートは、例えば、５０ＧＨｚ～５００ＧＨｚの範囲でありうる。
【0083】
光パルスシーケンスＯＰＡＴ１は、導波路ＣＷＧ１を介して光電変換ユニットＯＥＵ１に導かれうる。光電変換ユニットＯＥＵ１は、光パルスシーケンスＯＰＡＴ１を電気駆動電流パルスシーケンスＥＰＡＴ１に変換しうる。電気駆動電流パルスＥＰＡＴ１は、伝送ラインＬＩＮ１を介して１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１に伝送されうる。ジョセフソン接合ＪＪ１は、電気駆動電流パルスで駆動されうる。ジョセフソン接合ＪＪ１は、電気駆動電流パルスＥＰＡＴ１で駆動されると、電圧パルスＶ１（ｔ）を生成しうる。
【0084】
装置１０００は、光信号ＣＬＢ１の光パルス（ＯＰＡＴ１）を複数の光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に分配する１つ以上の光分配器ＣＳＰＬ１を含みうる。１つ以上の分配器ＣＳＰＬ１は、光パルス（ＯＰＡＴ１）を複数の導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２に分配しうる。分配された光パルス（ＯＰＡＴ１）は、導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２を介して複数の光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に導かれうる。装置１０００は、光パルス（ＯＰＡＴ１）を異なるブランチＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に分配する１つ以上の光分配器ＣＳＰＬ１を含みうる。１つ以上の光分配器ＣＳＰＬ１は、光信号ＣＬＢ１が単一の光フィードスルーを通じて極低温室ＶＥＳ１に導かれうるように極低温室ＶＥＳ１内に配置されうる。光パルス（ＯＰＡＴ１）は、極低温室ＶＥＳ１の内部の異なるブランチＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に分配されうる。光フィードスルーＯＦＥＥＤ１を介した熱の伝導および／または放射も低減するために、１つまたは複数の光分配器ＣＳＰＬ１が、極低温室ＶＥＳ１の内部に配置されうる。光分配器ＣＳＰＬ１は、極低温動作温度（Ｔ１）で動作するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。
【0085】
装置１００は、例えば、１０００個以上のジョセフソン接合ＪＪ１、１００００個以上のジョセフソン接合ＪＪ１、または１０００００個以上のジョセフソン接合ＪＪ１を含みうる。光パルスを複数の光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に分配することは、高いパルス繰り返し周波数で多数のジョセフソン接合ＪＪ１を駆動することを容易にしうる。
【0086】
光電変換ユニット（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）の空間的位置は、例えば、各光電変換ユニット（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）からジョセフソン接合（ＪＪ１）まで電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）を転送する最大距離（ＬＬＩＮ１）が３ｍｍより小さくなるように選択されうる。短い電気伝送ライン（ＬＩＮ１）は、パルス繰り返しレートを増加させえて、および／または、損失および／または分散を低減しうる。
【0087】
電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）は、光電変換ユニット（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）からジョセフソン接合（ＪＪ１）へ、電気伝送ライン（ＬＩＮ１）を介して伝送されてよく、電気伝送ライン（ＬＩＮ１）の長さ（ＬＬＩＮ１）は実質的に等しくてよい。例えば、各電気伝送ライン（ＬＩＮ１）の長さの公称長（Ｌ０）からの偏差は、例えば３ｍｍより小さくてよい。電気伝送ライン（ＬＩＮ１）の長さが実質的に等しいことにより、異なる光電変換ユニット（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）に接続されたジョセフソン接合（ＪＪ１）の動作の同期が容易になりうる。３ｍｍの長さの違いは、光速で伝播する信号の１ｎｓの時間遅れにほぼ対応しうる。
【0088】
変換器によって提供される駆動電流パルスは、電流ループを介して変換器からジョセフソン接合に伝播しえて、変換器に戻りうる。一実施形態において、光電変換ユニット（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）の空間的位置は、ジョセフソン接合を介して変換器に戻る変換器の電流ループの周方向長さが例えば１００μｍよりも短くなるように選択されうる。
【0089】
光信号ＣＬＢ１は、光導波路ＷＧ０を介して光電変換器ＯＥＣ１へ導かれうる。光信号は、複数の導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２によって、複数の光電変換器ＯＥＣ１、ＯＥＣ２に分配されうる。一実施形態では、複数の光導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２および複数の光電変換器ＯＥＣ１、ＯＥＣ２が同じ基板ＳＵＢ１（図７ｂ）上に実装されうる。
【0090】
装置１０００は、異なる光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に到達する光パルスの到達時間を同期させおよび／または修正するための１つまたは複数のディレイラインＣＤ１、ＣＤ２、ＣＤ３、ＣＤ４を任意に含みうる。
【0091】
各ブランチの１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１は、量子化された電圧パルスを生成しうる。いくつかのジョセフソン接合ＪＪ１は、増加した電圧を提供するために直列に接続されうる。
【0092】
第１のブランチＢ１の１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１は、第１のブランチＢ１の光電変換ユニットＯＥＵ１から得られる駆動電流パルスＥＰＡＴ１で駆動されるとき、電圧パルスＶ１（ｔ）を生成しうる。
【0093】
第２のブランチＢ２の１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１は、第２のブランチＢ２の光電変換ユニットＯＥＵ２から得られる駆動電流パルスＥＰＡＴ１で駆動されるとき、電圧パルスＶ２（ｔ）を生成しうる。
【0094】
第３のブランチＢ３の１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１は、第３のブランチＢ３の光電変換ユニットＯＥＵ３から得られる駆動電流パルスＥＰＡＴ１で駆動されるとき、電圧パルスＶ３（ｔ）を生成しうる。
【0095】
第４のブランチＢ４の１つ以上のジョセフソン接合ＪＪ１は、第４のブランチＢ４の光電変換ユニットＯＥＵ４から得られる駆動電流パルスＥＰＡＴ１で駆動されるとき、電圧パルスＶ４（ｔ）を生成しうる。
【0096】
２つ以上のブランチの電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））は、合成された電圧信号ＶＳ１（ｔ）を形成するために合成されうる。本装置は、合成された信号（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｓｉｇｎａｌ）を提供するために出力ノードＮＳ１、ＮＳ２を含みうる。２つ以上のブランチの電圧パルス（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ））は、増加した電圧レベルを提供するために合成されうる。例えば、第１のブランチＢ１のジョセフソン接合ＪＪ１は、第２のブランチＢ２のジョセフソン接合ＪＪ１と直列に接続されうる。第１のブランチＢ１の接合ＪＪ１は、例えば１つ以上の誘導コンポーネントＬＣを使用して、第２のブランチＢ２の接合ＪＪ１と直列に接続されうる。合成信号ＶＳ１（ｔ）は、任意にローパスフィルタＦＩＬ１でフィルタリングし、フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）を供給しうる。本装置は、フィルタリングされた信号を提供するための出力ノードＮＦ１、ＮＦ２を含みうる。ローパスフィルタＦＩＬ１は、例えば、１つ以上の誘導エレメントＬＦ１および１つ以上の容量エレメントＣＦ１によって実装されうる。
【0097】
ジョセフソン接合ＪＪ１の各電圧パルスＶ１（ｔ）の時間積分（ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ）は、よく知られた量子力学的ジョセフソン効果にしたがって量子化されうる。ジョセフソン接合ＪＪ１の各電圧パルスＶ１（ｔ）の時間積分は、磁束量子ｈ／（２ｅ）（ｈはプランク定数、ｅは素電荷）の整数倍にちょうど等しくてよい。ジョセフソン接合を既知の繰り返し周波数ｆの電流パルスで駆動すると、接合にかかる平均電圧は、ｈ／（２ｅ）に繰り返し周波数を整数倍した値に等しくなる。
【0098】
その結果、ジョセフソン接合ＪＪ１の電圧パルスの平均値（Ｖ１（ｔ））は、駆動電流パルスＥＰＡＴ１の繰り返しレートから正確に求めることができる。なお、駆動電流パルスＥＰＡＴ１の繰り返しレートは、光パルスＯＰＡＴ１の繰り返しレートと等しくてよい。
【0099】
光パルスＯＰＡＴ１の繰り返しレートは、使用クロックＣＬＫ１によって制御または測定されうる。光パルスＯＰＡＴ１の繰り返しレートは、正確に知られていてよく、光パルスＯＰＡＴ１の繰り返しレートは、周波数の国際標準にトレース可能であってよい。
【0100】
フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）の電圧レベルは、電圧パルスの量子化された時間積分（Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）、Ｖ３（ｔ）、Ｖ４（ｔ））から正確に決定されうる。フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）の電圧レベルは、本装置１０００の異なるブランチに導かれる光パルスの繰り返しレートから正確に決定されうる。フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）の電圧レベルは、原子時計の周波数にトレース可能であってよい。原子時計は、例えば、セシウム原子時計であってよい。
【0101】
一実施形態において、フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）は、高精度の電圧標準として使用されうる。本方法は、光信号ＣＬＢ１の光パルスの繰り返しレート（複数可）から、フィルタリングされた出力信号ＶＦ１（ｔ）の電圧レベルを決定することを含みうる。
【0102】
光電変換ユニット（ＯＥＵ１）およびジョセフソン接合（ＪＪ１）は、極低温（Ｔ１）で動作するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。光電変換ユニット（ＯＥＵ１）およびジョセフソン接合（ＪＪ１）の動作温度は、例えば２０Ｋより低く、５Ｋより低く、または１Ｋよりさらに低くてもよい。
【0103】
光電変換ユニット（ＯＥＵ１）およびジョセフソン接合（ＪＪ１）は、極低温室ＶＥＳ１の内部で動作するようにアレンジされうる。本装置１０００は、極低温室ＶＥＳ１を含みうる。本装置１０００は、光電変換ユニット（ＯＥＵ１）およびジョセフソン接合（ＪＪ１）に極低温動作温度（Ｔ１）を提供する冷却システムＳＹＳ１を含みうる。Ｔ０は、周囲温度を示すことがある。
【0104】
極低温温度Ｔ１は、例えば５Ｋより低くてもよい。例えば、液体ヘリウムの上限温度は４．２Ｋであり、液体ヘリウムを利用する冷却システムＳＹＳ１を使用することにより５Ｋより低い極低温温度Ｔ１を達成することも可能である。より要求の厳しい用途では、冷却システムＳＹＳ１は、極低温温度Ｔ１を例えば１Ｋより低く保つようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。周囲温度Ｔ０と内部の極低温温度Ｔ１との差は、例えば１００Ｋより大きくてもよい。周囲温度Ｔ０は例えば通常の室温２５℃（２９８Ｋ）とほぼ等しくてもよい。
【0105】
システム１０００は、光信号ＣＬＢ１を極低温室ＶＥＳ１に導くための１つ以上の光フィードスルーＯＦＥＥＤ１を含みうる。
【0106】
例えば、光信号ＣＬＢ１は、単一の光フィードスルーＯＦＥＥＤ１を介して、および単一の光導波路ＷＧ０を介して、極低温室ＶＥＳ１内に導かれうる。
【0107】
光フィードスルーＯＦＥＥＤ１を使用することにより、極低温容器ＶＥＳ１の極低温温度を維持することが容易になりうる。光信号を極低温室ＶＥＳ１に導くために光フィードスルーＯＦＥＥＤ１を使用することは、同じレートのパルスを有する電気信号が電気フィードスルーを介して極低温容器に導かれる状況と比較すると、フィードスルーＯＦＥＥＤ１を介して極低温容器ＶＥＳ１に伝えられる熱出力を大幅に低減しうる。
【0108】
図２を参照すると、複数のジョセフソン接合ＪＪ１は、第１のグループの第１のジョセフソン接合ＪＪ１の数が第２のグループの第２のジョセフソン接合ＪＪ１の数と異なるように、２以上のグループに分割されうる。第１のグループの第１のジョセフソン接合ＪＪ１は、第２のグループの第２のジョセフソン接合ＪＪ１と直列に接続されうる。異なるグループのジョセフソン接合ＪＪ１の動作は、１つまたは複数の制御信号によって独立して有効化および無効化されうる。異なるグループの独立した制御は、生成電圧のダイナミックレンジを向上させうる。異なるグループの独立した制御により、所望の電圧レベルを生成するため、および／または所望の電圧波形を生成するために、アクティブブランチの最適なサブセット（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）を選択することが可能でありうる。
【0109】
例えば、第１のブランチＢ１の第１の光電変換ユニットＯＥＵ１の動作を有効化および無効化するために、第１の光電変換ユニットＯＥＵ１に対して制御信号ＳＣ１を通信しうる。例えば、第１の制御信号ＳＣ１が、第１の光電変換ユニットＯＥＣ１のバイアスユニット（ＢＩＡＳ１）の動作を有効化および無効化するようにアレンジされうる。それぞれ、第１の光電変換ユニットＯＥＵ１の動作を有効にすることは、第１のブランチＢ１のジョセフソン接合ＪＪ１の動作を有効にしてもよく、第１の光電変換ユニットＯＥＵ１の動作を無効にすることは、第１のブランチＢ１のジョセフソン接合ＪＪ１の動作を無効にしてもよい。
【0110】
同様に、他のブランチＢ２、Ｂ３、Ｂ４のジョセフソン接合ＪＪ１の動作は、制御信号ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４によって有効にしたり無効にしたりすることができる。
【0111】
１つ以上の制御信号ＳＣ１、ＳＣ２は、光パルスを電気駆動電流パルスに変換することが可能なアクティブな光電変換器を選択することを可能にしうる。１つ以上の制御信号は、それぞれ、無効化された光電変換器を選択することを可能にしうる。第１の制御信号は、第１のグループの光電変換器の動作を有効化および無効化するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されてよく、第２の制御信号は、第２のグループの光電変換器の動作を有効化および無効化するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されてもよい。
【0112】
第１の制御信号ＳＣ１は、第１のブランチＢ１の１つ以上の光電変換器ＯＥＣ１の動作を制御することによって、装置１０００の第１のブランチＢ１のジョセフソン接合ＪＪ１の動作を有効化および無効化することを可能にしうる。第２の制御信号ＳＣ２は、第２のブランチＢ２の１つ以上の光電変換器ＯＥＣ２の動作を制御することによって、装置１０００の第２のブランチＢ２のジョセフソン接合ＪＪ１の動作を有効化および無効化することを可能にしうる。装置１０００の第１のブランチＢ１のジョセフソン接合ＪＪ１は、例えば、信号ダイナミックレンジを改善するために、装置１０００の第２のブランチＢ２のジョセフソン接合ＪＪ１と直列に接続されうる。
【0113】
一実施形態において、複数のジョセフソン接合ＪＪ１は、第１のグループの第１のジョセフソン接合ＪＪ１の数が第２のグループの第２のジョセフソン接合ＪＪ１の数と異なるように、２以上のグループに分割されうる。
【0114】
例えば、１つのグループは、１つのジョセフソン接合ＪＪ１のみを含みうる。例えば、第１のグループは、２つのジョセフソン接合ＪＪ１を含みうる。例えば、第２のグループは、４つのジョセフソン接合ＪＪ１を含みうる。
【0115】
一実施形態において、ジョセフソン接合のアレイは、複数のグループに分割されてもよく、これらのグループは異なる数のジョセフソン接合を有してもよい。例えば、第１のグループは２１のジョセフソン接合を有してもよく、第２のグループは２２のジョセフソン接合を有してもよく、整数のインデックスｋで示されるグループは２ｋのジョセフソン接合を有してもよい。
【0116】
一実施形態では、出力電圧の大きさを選択する自由度を高めるためなどに、ジョセフソン接合の各グループの動作を独立して有効化および無効化してもよい。
【0117】
ジョセフソン接合ＪＪ１は、２以上のグループに分割されてもよく、第１のグループは、直列接続された第１のジョセフソン接合ＪＪ１を含み、第２のグループは、直列接続された第２のジョセフソン接合ＪＪ１を含み、第１のジョセフソン接合ＪＪ１は、第２のジョセフソン接合ＪＪ１に直列接続されており、第１のグループのジョセフソン接合ＪＪ１の数は、第２のグループのジョセフソン接合ＪＪ１の数と異なり、本方法は、第２のグループのジョセフソン接合ＪＪ１の動作が有効化されている状況において、第１のグループのジョセフソン接合ＪＪ１の動作を有効化および無効化することを含む。
【0118】
一実施形態において、装置１０００は、例えば出力電圧の大きさを選択する自由度を高めるために、異なるパルスシーケンスで各グループの接合を駆動するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。
【0119】
図３を参照すると、光信号ＣＬＢ１は、異なる波長λ１、λ２の２つ以上の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２を含みうる。光パルスＯＰＡＴ１、ＯＰＡＴ２は、単一の導波路ＷＧ０を介して、１つ以上のスペクトル選択的分配器ＣＤＩＣ１に導かれうる。１つ以上のスペクトル選択的分配器ＣＤＩＣ１は、スペクトル選択的に光パルスを異なる光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に分配しうる。
【0120】
光信号ＣＬＢ１は、第１の波長λ１における第１の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１、および第２の異なる波長λ２における第２の光パルスシーケンスＯＰＡＴ２を含みうる。本方法は、光信号ＣＬＢ１から第１の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１をスペクトル的に分離することと、分離された第１の光パルスシーケンスＯＰＡＴ１を１つ以上の第１の光電変換ユニットＯＥＵ１に導くことと、を含んでよく、本方法は、第２の光パルスシーケンスＯＰＡＴ２を１つ以上の第２の光電変換ユニットＯＥＵ２に導くことを含んでもよい。
【0121】
異なる波長λ１、λ２の光パルスを異なるブランチＢ１、Ｂ２にスペクトル的に分離することにより、異なるブランチＢ１、Ｂ２を独立に制御することを可能にしうる。
【0122】
異なる波長λ１、λ２の光パルスを異なるブランチＢ１、Ｂ２にスペクトル的に分離することにより、ダイナミックレンジを改善しうる。
【0123】
異なる波長λ１、λ２の光パルスを異なるブランチＢ１、Ｂ２にスペクトル的に分離することにより、所望の電圧波形を生成するためのブランチＢ１、Ｂ２の最適なサブセットを選択することを可能にしうる。
【0124】
一実施形態において、異なる光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２における光パルスの到達時間は、合成電圧信号ＶＳ１（ｔ）のパルス繰り返しレートを高めるように、インターレースされうる。
【0125】
光パルスのインターレースされた到達時間により、合成電圧信号ＶＳ１（ｔ）をローパスフィルタＦＩＬ１でフィルタリングする用途では、ローパスフィルタＦＩＬ１のカットオフ周波数を上げることを可能にしうる。
【0126】
図４ａおよび図４ｂを参照すると、光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、例えば、方法によって光パルスパターンＯＰＡＴ１を生成してもよく、その方法は、以下を含む：
－一次パルス（ＬＢ００）を複数の二次パルス（ＬＢ０）に分配すること、
－二次パルス（ＬＢ０）を異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に沿って伝播させるように導くこと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に沿って伝播する二次パルス（ＬＢ０）を変調することにより、変調光信号（ＬＢ１）を形成すること、
－異なる遅延時間（ΔｔＤ１、ΔｔＤ２、ΔｔＤ３、ΔｔＤ４）だけ、変調光信号（ＬＢ１）を遅延させることまたは二次パルス（ＬＢ０）を遅延させること、および
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）からの遅延した変調信号（ＬＢ１）を合成することにより、光信号（ＬＢ２）を形成すること。
－一次パルス（ＬＢ００）を複数の二次パルス（ＬＢ０）に分配すること、
－二次パルス（ＬＢ０）を異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に沿って伝播させるように導くこと、
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に沿って伝播する二次パルス（ＬＢ０）を変調することにより、変調光信号（ＬＢ１）を形成すること、
－異なる遅延時間（ΔｔＤ１、ΔｔＤ２、ΔｔＤ３、ΔｔＤ４）だけ、変調光信号（ＬＢ１）を遅延させることまたは二次パルス（ＬＢ０）を遅延させること、および
－異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）からの遅延した変調信号（ＬＢ１）を合成することにより、光信号（ＬＢ２）を形成すること。
【0127】
一次パルス（ＬＢ００）は、例えば、レーザー光源から得られるレーザーパルスでありうる。光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、レーザーパルスを供給するための例えばレーザー光源を含みうる。
【0128】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、複数の二次パルス（ＬＢ０）を形成するように一次パルス（ＬＢ００）を分配する１つ以上の分配器ＳＰＬ１を含みうる。１つ以上の分配器ＳＰＬ１は、一次パルス（ＬＢ００）の光を発生デバイスＯＰＧ１のブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に分配することにより、二次パルス（ＬＢ０）を形成しうる。
【0129】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、二次パルス（ＬＢ０）から変調光信号（ＬＢ１）を形成するための変調器ＭＯＤ１、ＭＯＤ２、ＭＯＤ３、ＭＯＤ４のアレイＭＡＲ１を含みうる。変調器は、例えば、マッハツェンダー変調器でありうる。
【0130】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、発生デバイスＯＰＧ１の異なるブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に対して異なる遅延時間（ΔｔＤ１、ΔｔＤ２、ΔｔＤ３、ΔｔＤ４）を提供するためのディレイラインＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のアレイＤＡＲ１を含みうる。ディレイラインは、例えば、異なる長さの導波路によって実装されうる。
【0131】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、異なる光ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）からの遅延した変調信号（ＬＢ１）を合成する１つ以上のコンバイナＣＭＢ１を含みうる。
【0132】
各ブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）は、独立に制御可能な変調器（ＭＯＤ１、ＭＯＤ２、ＭＯＤ３、ＭＯＤ４）とディレイラインＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とを含みうる。
【0133】
コンバイナＣＭＢ１の出力ＯＵＴ１は、所望の任意の光パルスパターンＰＡＴ１を構成する光信号ＬＢ２を提供しうる。コンバイナ出力ＯＵＴ１における光パルスパターンＰＡＴ１の最大パルス繰り返しレートは、Ｍ・ｆ０に等しくてもよく、ここで、ｆ０は一次パルス（ＬＢ００）の繰り返しレートを示し、Ｍは前記コンバイナＣＭＢ１に信号を供給するブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）の数を示す。ブランチの数Ｍは、例えば４～１０２４の範囲内でありうる。
【0134】
一実施形態において、光出力信号ＬＢ２は、入力信号ＣＬＢ１として、極低温室ＶＥＳ１の光フィードスルーＯＦＥＥＤ１に結合されうる。
【0135】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、光パルスの光パワーを増幅するための１つ以上の光増幅器（ＡＭＰ３）を任意に含みうる。一実施形態において、光増幅器（ＡＭＰ３）の出力（ＯＵＴ３）から得られる光信号は、入力信号ＣＬＢ１として、極低温室ＶＥＳ１の光フィードスルーＯＦＥＥＤ１に結合されうる。
【0136】
分配器ＳＰＬ１と変調器（ＭＯＤ１、ＭＯＤ２、ＭＯＤ３、ＭＯＤ４）との間にディレイライン（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を配置してもよい。
【0137】
一実施形態では、一次パルス（ＬＢ００）のタイミングは、例えば同期信号ＳＳＹＮＣを用いてクロックＣＬＫ１と同期させうる。
【0138】
一実施形態では、一次パルス（ＬＢ００）のタイミングは、原子時計（ＣＬＫ１）の時間にさえトレース可能でありうる。
【0139】
各変調器の状態は、パス状態またはブロッキング状態に設定されうる。ブロッキング状態では、変調器は、光パルスの伝播を阻止しうる。パス状態では、変調器は、光パルスの伝播を可能にしうる。その結果、変調器は、パス状態では、既存の光パルスを提供しうる。変調器は、ブロッキング状態では、光パルスの欠落を提供しうる。
【0140】
光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、変調器の状態を制御するための制御ユニットＰＧ０を含みうる。光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、一次パターンＰＡＴ０を格納するためのメモリＭＥＭ１を含みうる。制御ユニットＰＧ０は、一次パターンＰＡＴ０にしたがって、かつタイミング信号ＳＳＹＮＣにしたがって、変調器の状態を変更するための制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を提供する１つまたは複数のデータプロセッサＰＲＯＣ１を含みうる。光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、必要に応じて、制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を増幅する駆動ユニットＤＲＶ１を任意に含みうる。例えば、駆動ユニットＤＲＶ１は、必要に応じて、制御信号ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４に基づいて、変調器に対して高電圧駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を供給しうる。
【0141】
各変調器は、一次光パルスＬＢ００の繰り返しレートより小さいか等しい周波数で変調されうる。
【0142】
各変調器（ＭＯＤ１、ＭＯＤ２、ＭＯＤ３、ＭＯＤ４）の最大変調周波数は、一次パルス（ＬＢ００）の繰り返しレートｆ０と等しくてもよい。一次パルス（ＬＢ００）の繰り返しレートｆ０は、例えば、１０ＧＨｚより小さくてよく、１ＧＨｚよりさらに小さくてもよい。任意の波形を生成する場合でも、個々の変調器の状態をｆ０よりも高速に変化させる必要はない。その結果、光パルスパターンＰＡＴ１の最大パルス繰り返しレートは、個々の変調器の最大変調レートより高くてもよい。
【0143】
図５ａを参照すると、光パターン発生デバイスＯＰＧ１の光源ＬＳ１は、繰り返しレートｆ０（＝１／Ｔ００）で一次光パルスシーケンスＬＢ００を提供しうる。分配器（ＳＰＬ１）は、単一の一次光パルスＬＢ００から複数の二次パルスＬＢ０を形成してよく、分配器（ＳＰＬ１）は、二次パルスＬＢ０を光パターン発生デバイスＯＰＧ１の異なるブランチ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に沿って伝播するように誘導してもよい。個々のブランチの二次パルスの繰り返しレートは、一次光パルスＬＢ００の繰り返しレート（ｆ０）と等しくてもよい。
【0144】
Ｔ００は、連続する一次パルスＬＢ００ｋ、ＬＢ００ｋ＋１の間の期間を示す場合がある。一次パルスＬＢ００のパルス繰り返し周波数ｆ０は、１／Ｔ００に等しくてもよい。ｗ００は、一次パルスＬＢ００の時間幅を示す場合がある。Ｔ０は、連続する二次パルスＬＢ０ｋ、ＬＢ０ｋ＋１の間の期間を示す場合がある。二次パルスＬＢ０のパルス繰返し周波数ｆ０は、１／Ｔ０に等しくてもよい。二次パルスＬＢ０のパルス繰り返し周波数は、一次パルスＬＢ００のパルス繰り返し周波数ｆ０と等しくてもよい。ｗ０は、二次パルスＬＢ０の時間幅を示す場合がある。記号Ｐは、パルスの光パワーを示す場合がある。ｄ００は、伝播遅延を示す場合がある。一次パルスＬＢ００は、二次パルスＬＢ０を形成するように、光パターン発生デバイスＯＰＧ１のブランチに分配されうる。
【0145】
図５ｂおよび図５ｃを参照すると、各ブランチ（Ａ）の変調器（ＭＯＤ）は、パルスを通過させることによって、またはパルスをブロックすることによって、変調器（ＭＯＤ）に到達した二次パルスＬＢ０から、変調された光信号を形成しうる。各変調器の状態は、一次パターンＰＡＴ０にしたがって制御されうる。一次パターンＰＡＴ０は、例えば、メモリＭＥＭ１から読み出されうる。一次パターンＰＡＴ０は、例えば、光パターン発生デバイスＯＰＧ１の制御ユニットＰＧ０のコンピュータ読み取り可能なメモリＭＥＭ１から読み出されうる。一次パターンＰＡＴ０は、例えば、値ｂｋ，１、ｂｋ，２、ｂｋ，３、ｂｋ，４、ｂｋ＋１，１、ｂｋ＋１，２、ｂｋ＋１，３、ｂｋ＋１，４のシーケンスによって定義されうる。制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、一次パターンＰＡＴ０の値ｂｋ，１、ｂｋ，２、ｂｋ，３、ｂｋ，４、ｂｋ＋１，１、ｂｋ＋１，２、ｂｋ＋１，３、ｂｋ＋１，４にしたがって形成されてよく、各変調器の状態は、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４にしたがってパス状態またはブロッキング状態に設定しうる。ｄＣは、一次パターンＰＡＴ０の値を読み出してから変調器に光パルスが到達するまでの進み時間を示す場合がある。
【0146】
一実施形態において、一次パターンＰＡＴ０は、例えば、データ通信経路から得られてもよい。一実施形態において、一次パターンＰＡＴ０は、データ通信経路から得られたデータにしたがって決定されてもよい。
【0147】
図５ｃを参照すると、二次パルスＬＢ０または光パターン発生デバイスＯＰＧ１の各ブランチに沿って伝播する変調信号は、異なる遅延時間ΔｔＤ１、ΔｔＤ２、ΔｔＤ３、ΔｔＤ４だけ遅延されうる。異なるブランチから得られる遅延した光信号は、光パルスパターンＰＡＴ１を形成するために合成されうる。パルスパターンＰＡＴ１のパルスの最大繰り返しレートは、Ｍ・ｆ０に等しくてもよく、ここで、Ｍは出力で合成されるブランチの数を示し、ｆ０は一次パルスＬＢ００の繰り返しレートを示す。ｄｐは、伝播遅延を示す場合がある。ｗ２は、光パルスパターンの光パルス幅を示す場合がある。ｇ３は、光パルスパターンの連続パルス間の期間を示す場合がある。
【0148】
図６を参照すると、光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、第１の光パルスパターンＰＡＴ１を第１の波長λ１で、および第２の光パルスパターンＰＡＴ２を第２の波長λ２で提供するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。第２の光パルスパターンＰＡＴ２は、第１の光パルスパターンＰＡＴ１と同期および／またはインターレースされうる。
【0149】
発生デバイスＯＰＧ１は、一次光パルスＬＢ００を第１の波長λ１で提供するための第１の光源ＬＳ１、および一次光パルスＬＢ００を第２の波長λ２で提供するための第２の光源ＬＳ２を含みうる。第２の光源ＬＳ１の動作は、同期信号ＳＳＹＮＣを用いて、第１の光源ＬＳ１の動作と同期化されうる。
【0150】
第１の分配器ＳＰＬ１は、第１の光源ＬＳ１の一次パルスＬＢ００から二次光パルスＬＢ０を形成してよく、二次光パルスＬＢ０を第１のグループのブランチに沿って伝播するように誘導してもよい。第１のグループの各ブランチに沿って伝播する二次パルスは、第１の光パルスパターンＰＡＴ１を形成するために変調、遅延、および合成されうる。
【0151】
第２の分配器ＳＰＬ２は、第２の光源ＬＳ２の一次パルスＬＢ００から二次光パルスＬＢ０を形成してよく、二次光パルスＬＢ０を第２のグループのブランチに沿って伝播するように誘導してもよい。第２のグループの各ブランチに沿って伝播する二次パルスは、第２の光パルスパターンＰＡＴ２を形成するために変調、遅延、および合成されうる。光パルスパターンＰＡＴ１、ＰＡＴ２は、光パルスパターンＰＡＴ１、ＰＡＴ２を含む波長多重光信号ＣＬＢ１を形成するために合成しうる。光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、波長多重光信号ＣＬＢ１を増幅するために１つ以上の光増幅器を任意に含みうる。
【0152】
第２の分配器ＳＰＬ２は、第２の光源ＬＳ２の一次パルスＬＢ００から二次光パルスＬＢ０を形成しうる。第２のグループの各ブランチに沿って伝播する二次パルスは、変調器の第２のアレイＭＡＲ２によって変調されうる。ディレイラインの第２のアレイＤＡＲ２は、異なるブランチに対して異なる遅延時間を提供しうる。第２のコンバイナＣＭＢ２の出力ＯＵＴ２は、異なるブランチからの光パルスを合成することによって、光信号を提供しうる。発生デバイスＯＰＧ１は、第１のパルスパターンＰＡＴ１に関して第２のパルスパターンＰＡＴ２を遅延させるためのディレイラインＤＣ２を任意に含みうる。ディレイラインＤＣ２は、遅延したパルスパターンを提供するための出力ＯＵＴ２Ｄを有しうる。
【0153】
光パルスを光パターン発生装置ＯＰＧ１の複数のブランチに分配し、光パターン発生デバイスＯＰＧ１の異なるブランチからの変調遅延信号を組み合わせることにより、高い繰り返しレートで高精度な安定光パルスを提供しうる。さらに、光パルスの繰り返しレートを高精度にしうる。
【0154】
一実施形態において、光パターン発生デバイスＯＰＧ１は、例えば、電気的任意波形発生器から電気信号を得ることによって、および、例えばレーザーの出力を変調することにより電気信号を光パルスシーケンスに変換することによっても実装されうる。例えば、レーザーダイオードの出力は、電気的任意波形発生器によって生成された電気信号にしたがって変調されうる。この場合、光パルスの特性は、電気的任意波形発生器からの電気信号の特性によって制限されうる。
【0155】
図７ａを参照すると、各光電変換ユニットＯＥＵ１は、１つまたは複数の光電変換器ＯＥＣ１を含みうる。光電変換器ＯＥＣ１は、例えば、プラズモニック光検出器でありうる。
【0156】
光電変換ユニットＯＥＵ１は、光電変換器ＯＥＣ１にバイアス電圧を供給するバイアスユニットＢＩＡＳ１を含みうる。バイアスユニットＢＩＡＳ１は、プラズモニック光検出器のためのバイアス電圧を供給しうる。バイアスユニットＢＩＡＳ１は、光電変換器ＯＥＣ１の接続ノードＮＤ１、ＮＤ２と直列に接続されうる。
【0157】
光パルスは、変換ユニットＯＥＵ１が駆動電流パルスｉ１（ｔ）を生成しうるように、ノードＮＤ１、ＮＤ２間の導電性を一時的に増加させうる。光電変換ユニットＯＥＵ１は、光パルスシーケンスＯＰＡＴ１を駆動電流パルスシーケンスＥＰＡＴ１に変換しうる。
【0158】
各光電変換器ＯＥＣ１、ＯＥＣ２は、光導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２上に任意に実装されてよく、光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）は、例えば、シリコン導波路でありうる。
【0159】
図７ｂは、例として、光導波路ＣＷＧ１上に実装されたプラズモニック光検出器ＯＥＣ１を示す。プラズモニック光検出器ＯＥＣ１は、プラズモンギャップＳＰＣ１を規定する金属構造体ＡＵ１、ＡＵ２を含みうる。プラズモンギャップＳＰＣ１は、少なくとも部分的に半導体材料ＧＥ１、例えばゲルマニウムで満たされうる。光信号ＣＬＢ１の光は、半導体材料ＧＥ１と効果的に相互作用するように、エバネッセント結合によって導波路ＣＷＧ１からプラズモンギャップＳＰＣ１に結合されうる。金属構造体ＡＵ１、ＡＵ２は、例えば、金を含んでもよいし、金から成ってもよい。金属構造体ＡＵ１、ＡＵ２は、プラズモニック光検出器ＯＥＣ１の出力ノードＮＤ１、ＮＤ２として動作するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。導波路ＣＷＧ１は、基板ＳＵＢ１上に実装されうる。導波路ＣＷＧ１は、基板ＳＵＢ１上に実装された例えばシリコン導波路でありうる。
【0160】
プラズモニック光検出器（ＯＥＣ１）は、電磁波を金属の表面における荷電キャリア振動に結合することによって光を閉じ込めるための１つまたは複数の金属構造体を含みうる。振動の波長は、真空中の対応する波長よりも小さくてよい。その結果、光と物質とがサブ波長領域で相互作用することにより、小型で高速の光検出器を提供することを可能にしうる。
【0161】
プラズモニック光検出器または超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）は、例えば、バイアス電源の極性を変えることによって、出力電流パルスの極性を変えることを可能にしうる。
【0162】
図８を参照すると、複数の導波路ＣＷＧ１、ＣＷＧ２、．．．ＣＷＧ３０と複数の変換器ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２、．．．ＯＥＵ３０が、同じ基板ＳＵＢ１上に実装されうる。本装置１０００は、複数の光電変換器と、１つ以上の光パルスパターンを光電変換器に分配するための複数の導波路とを含む集積モジュールＣＨＩＰ１を含みうる。光信号ＣＬＢ１の１つ以上の光パルスパターンＯＰＡＴ１は、１つ以上の光分配器ＣＳＰＬ１を介して、および複数の導波路ＣＷＧ１を介して、変換器ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２に分配されうる。１つ以上の光パルスパターンＯＰＡＴ１の光分布は、電気伝送ラインＬＩＮ１の長さが減少または最小化されうるように、変換器ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２の空間位置ＰＯＳ１を選択することを可能にしうる。その結果、複数の導波路を経由して光パルスパターンＯＰＡＴ１を分配することにより、駆動電流パルスの高い繰り返しレートを可能にしてよく、および／または損失を低減しうる。
【0163】
各変換器ユニットの位置は、例えば、座標（ｘ，ｙ）で指定される場合がある。ＳＸ、ＳＹ、ＳＺは、直交する方向を示す場合がある。例えば、変換器ユニットＯＥＵ１の位置ＰＯＳ１は、座標（ｘ１，ｙ１）によって指定されうる。例えば、変換器ユニットＯＥＵ３０の位置ＰＯＳ３０は、座標（ｘ３０，ｙ３０）によって指定されうる。
【0164】
複数のジョセフソン接合は、直列に接続されてチェーンＣＨＡＩＮ１を形成しうる。光電変換器は、ジョセフソン接合ＪＪ１のチェーンＣＨＡＩＮ１に対して駆動電流パルスを供給するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。チェーンＣＨＡＩＮ１のジョセフソン接合ＪＪ１の数は、例えば、４～１２８の範囲内でありうる。本装置の１つまたは複数の変換器は、４つ未満のジョセフソン接合ＪＪ１を駆動するようにもアレンジされうる。
【0165】
ジョセフソン接合（ＪＪ１）の複数のチェーン（ＣＨＡＩＮ１）は、直列に接続されて、合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））を形成しうる。各チェーン（ＣＨＡＩＮ１）は、直列に接続された少なくとも４つのジョセフソン接合（ＪＪ１）を含みうる。各寄与するチェーン（ＣＨＡＩＮ１）の全てのジョセフソン接合（ＪＪ１）は、当該チェーン（ＣＨＡＩＮ１）に接続された光電変換ユニット（ＯＥＣ１）から得られる電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）により駆動されうる。各寄与するチェーン（ＣＨＡＩＮ１）の最大長さは、例えば、１００μｍより短くてもよい。チェーンの長さは、当該チェーンの最初のジョセフソン接合（ＪＪ１）から最後のジョセフソン接合（ＪＪ１）までの電気経路の長さを意味しうる。寄与するチェーンは、合成電圧信号（ＶＳ１（ｔ））に寄与するチェーンでありうる。
【0166】
図９を参照すると、発生デバイスＯＰＧ１は、複数の光電変換ユニットＯＥＵ１、ＯＥＵ２、ＯＥＵ３、ＯＥＵ４、ジョセフソン接合ＪＪ１、および複数のフィルタＦＩＬ１を含んでよく、これらは、複数の独立して制御可能な出力信号ＶＦ１、ＶＦ２、ＶＦ３、ＶＦ４を提供するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。第１の出力電圧信号ＶＦ１は、第１の光パルスＯＰＡＴ１を電気駆動電流パルスＥＰＡＴ１に変換することによって形成されうる。第２の出力電圧信号ＶＦ２は、第２の光パルスＯＰＡＴ１を電気駆動電流パルスＥＰＡＴ２に変換することによって形成されうる。電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ１）でジョセフソン接合（ＪＪ１）を駆動することによって、第１の電圧パルスＶ１（ｔ）が生成されうる。電気駆動電流パルス（ＥＰＡＴ２）でジョセフソン接合（ＪＪ１）を駆動することによって、第２の電圧パルスＶ２（ｔ）が生成されうる。第１の電圧パルスＶ１（ｔ）を第１のフィルタ（ＦＩＬ１）でフィルタリングすることによって、第１のフィルタリング信号ＶＦ１が形成されうる。第２の電圧パルスＶ２（ｔ）を第２のフィルタ（ＦＩＬ１）でフィルタリングすることによって、第２のフィルタリング信号ＶＦ２が形成されうる。発生デバイスＯＰＧ１は、複数の異なる出力信号を提供するための複数の出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３、ＯＵＴ４を含みうる。発生デバイスＯＰＧ１は、第１の出力ＯＵＴ１から第１の出力信号ＶＦ１を提供するようにアレンジ（ａｒｒａｎｇｅ）されうる。発生デバイスＯＰＧ１は、第２の出力ＯＵＴ２から第２の出力信号ＶＦ２を提供するようにアレンジされうる。
【0167】
本方法は、１つまたは複数の第１のジョセフソン接合（ＪＪ１）によって生成された電圧パルス（Ｖ１（ｔ））から第１の出力信号（ＶＦ１）を形成することと、１つまたは複数の第２のジョセフソン接合（ＪＪ１）によって生成された電圧パルス（Ｖ１（ｔ））から第２の異なる出力信号（ＶＦ２）を形成することとを含みうる。
【0168】
一実施形態において、ジョセフソン接合（ＪＪ１）および光電変換器（ＯＥＣ１、ＯＥＣ２）は、第１の基板上に実装されており、光導波路（ＣＷＧ１、ＣＷＧ２）は、第２の異なる基板上に実装されている。
【0169】
当業者にとって、本発明によるデバイスおよび方法の修正および変形が知覚可能であることは明らかであろう。図は模式的なものである。添付の図面を参照して上述した特定の実施形態は、例示に過ぎず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】