(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】2024-05-08
(54)【発明の名称】キュービットのための光駆動
(51)【国際特許分類】
G06N 10/40 20220101AFI20240426BHJP
G02F 3/00 20060101ALI20240426BHJP
G06F 7/38 20060101ALI20240426BHJP
G06E 3/00 20060101ALI20240426BHJP
【ＦＩ】
G06N10/40
G02F3/00
G06F7/38 510
G06F7/38 610
G06E3/00
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023566666
(86)(22)【出願日】2021-04-28
(85)【翻訳文提出日】2023-10-27
(86)【国際出願番号】 FI2021050317
(87)【国際公開番号】W WO2022229492
(87)【国際公開日】2022-11-03
(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】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】パシ・ラハテーンマキ
【テーマコード（参考）】
2K102
【Ｆターム（参考）】
2K102BA31
2K102BB10
2K102BD03
2K102EB01
2K102EB16
(57)【要約】
実施形態例は、量子コンピュータの極低温環境へのキュービット駆動信号の送出に関する。キュービット駆動信号は、光信号として極低温環境へ伝達され得る。光信号は、キュービットを駆動するために極低温環境において無線周波数信号に変換されてよい。装置および方法が開示される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達するための手段と、前記量子コンピュータの前記極低温環境において前記少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するための手段と、
前記少なくとも１つの無線周波数信号に基づいて、前記量子コンピュータの少なくとも１つのキュービットを駆動するための手段と
を備える、装置。
【請求項2】
前記量子コンピュータの前記極低温環境において、少なくとも１つの光学機械トランスデューサによって、前記少なくとも１つの光信号を前記少なくとも１つの無線周波数信号に変換するための手段を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記量子コンピュータの非極低温環境において、前記少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備える、請求項１または２に記載の装置。
【請求項4】
少なくとも１つの電気光学変調器によって、前記少なくとも１つの光信号を前記少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において少なくとも１つの光アイソレータを更に備え、前記少なくとも１つの光アイソレータが、光学的に前記少なくとも１つの電気光学変調器と前記少なくとも１つの光学機械トランスデューサとの間に設けられ、前記少なくとも１つの光アイソレータが、前記極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記量子コンピュータの前記極低温環境に複数の光信号を伝達するための手段と、前記量子コンピュータの前記極低温環境において前記複数の光信号を複数の無線周波数信号に変換するための手段と、
前記複数の無線周波数信号に基づいて、複数のキュービットを駆動するための手段と
を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において、前記複数の光信号を複数の入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備える、請求項６に記載の装置。
【請求項8】
前記量子コンピュータの前記極低温環境に前記複数の光信号を伝達するように構成される光ファイバに前記複数の光信号を多重化するように構成されるマルチプレクサを更に備える、請求項６または７に記載の装置。
【請求項9】
前記量子コンピュータの前記極低温環境において前記光ファイバから前記複数の光信号を逆多重化するように構成されるデマルチプレクサを更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項10】
前記マルチプレクサが、波長分割マルチプレクサを含み、および／または前記デマルチプレクサが、波長分割デマルチプレクサを含む、請求項８または９に記載の装置。
【請求項11】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において複数の光アイソレータを更に備え、前記複数の光アイソレータが、光学的に前記マルチプレクサとそれぞれの電気光学変調器との間に設けられ、前記複数の光アイソレータが、前記光ファイバを介して前記極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達するステップと、前記量子コンピュータの前記極低温環境において、前記少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するステップと、
前記少なくとも１つの無線周波数信号に基づいて、少なくとも１つのキュービットを駆動するステップと
を含む、方法。
【請求項13】
前記量子コンピュータの前記極低温環境において、少なくとも１つの光学機械トランスデューサによって、前記少なくとも１つの光信号を前記少なくとも１つの無線周波数信号に変換するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記量子コンピュータの非極低温環境において、前記少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するステップを更に含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項15】
少なくとも１つの電気光学変調器によって、前記少なくとも１つの光信号を前記少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するステップを更に含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において、少なくとも１つの光アイソレータを提供するステップを更に含み、前記少なくとも１つの光アイソレータが、前記極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるために、光学的に前記少なくとも１つの電気光学変調器と前記少なくとも１つの光学機械トランスデューサとの間に提供される、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記量子コンピュータの前記極低温環境に複数の光信号を伝達するステップと、前記量子コンピュータの前記極低温環境において、前記複数の光信号を複数の無線周波数信号に変換するステップと、
前記複数の無線周波数信号に基づいて、複数のキュービットを駆動するステップと
を更に含む、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において、前記複数の光信号を複数の入力無線周波数信号で変調するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記量子コンピュータの前記極低温環境に前記複数の光信号を伝達するように構成される光ファイバに、マルチプレクサによって、前記複数の光信号を多重化するステップを更に含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項20】
前記量子コンピュータの前記極低温環境において、前記光ファイバから、デマルチプレクサによって、前記複数の光信号を逆多重化するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記マルチプレクサが、波長分割マルチプレクサを含み、および／または前記デマルチプレクサが、波長分割デマルチプレクサを含む、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項22】
前記量子コンピュータの前記非極低温環境において、複数の光アイソレータを提供するステップを更に含み、前記複数の光アイソレータが、前記光ファイバを介して前記極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるために、光学的に前記マルチプレクサとそれぞれの電気光学変調器との間に提供される、請求項１２から２１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】
実施形態例は、一般に、量子コンピュータの分野に関する。特に、いくつかの実施形態例は、量子コンピュータの極低温環境へのキュービット駆動信号の送出に関する。
【背景技術】
【0002】
量子コンピューティングは、制御可能かつ読取可能な量子力学的状態で記憶されるキュービット（量子ビット）として情報を処理することを伴い得る。キュービットに対して行われる動作は、キュービットを無線周波数（ＲＦ）信号で駆動することを伴い得る。量子処理回路は、十分に低い温度を有する極低温環境において動作させられ得る。キュービット駆動信号は、室温から極低温環境へ伝達され得るが、結果として電気的散逸による電気損失および機械的伝導による発熱に至ることがある。したがって、キュービット駆動信号の品質は、あらゆる現在または将来の応用のために十分でないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
量子コンピュータにおけるキュービット駆動信号の品質を改善することが目的である。このおよび更なる利益は、独立請求項の特徴によって達成され得る。更なる有利な実装形態は、従属請求項、説明および図面において提供される。
【課題を解決するための手段】
【0004】
第１の態様によれば、装置が提供される。本装置は、量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達するための手段と、量子コンピュータの極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するための手段と、少なくとも１つの無線周波数信号に基づいて、量子コンピュータの少なくとも１つのキュービットを駆動するための手段とを備えてよい。
【0005】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの極低温環境において、少なくとも１つの光学機械トランスデューサによって、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するための手段を更に備えてよい。
【0006】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備えてよい。
【0007】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、少なくとも１つの電気光学変調器によって少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備えてよい。
【0008】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光アイソレータを更に備えてよく、少なくとも１つの光アイソレータは、光学的に少なくとも１つの電気光学変調器と少なくとも１つの光学機械トランスデューサとの間に設けられ、少なくとも１つの光アイソレータは、極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成される。
【0009】
第１の態様の一実施形態によれば、少なくとも１つの無線周波数信号および／または少なくとも１つの入力無線周波数信号は、少なくとも１つのマイクロ波信号を含んでよい。
【0010】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの極低温環境に複数の光信号を伝達するための手段と、量子コンピュータの極低温環境において、複数の光信号を複数の無線周波数信号に変換するための手段と、複数の無線周波数信号に基づいて、複数のキュービットを駆動するための手段とを更に備えてよい。
【0011】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光信号を複数の入力無線周波数信号で変調するための手段を更に備えてよい。
【0012】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの極低温環境に複数の光信号を伝達するように構成される光ファイバに複数の光信号を多重化するように構成されるマルチプレクサを更に備えてよい。
【0013】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの極低温環境において、光ファイバから複数の光信号を逆多重化するように構成されるデマルチプレクサを更に備えてよい。
【0014】
第１の態様の一実施形態によれば、マルチプレクサは、波長分割マルチプレクサを含んでよい。デマルチプレクサは、波長分割デマルチプレクサを含んでよい。
【0015】
第１の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光アイソレータを更に備えてよい。複数の光アイソレータは、光学的にマルチプレクサとそれぞれの電気光学変調器との間に設けられてよい。複数の光アイソレータは、光ファイバを介して極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成されてよい。
【0016】
第２の態様によれば、装置が提供される。本装置は、量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達するように構成される少なくとも１つの光ファイバと、量子コンピュータの極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するように構成される少なくとも１つの光学機械トランスデューサと、少なくとも１つの第１の無線周波数信号に基づいて、少なくとも１つのキュービットを駆動するように構成される駆動回路網とを備えてよい。
【0017】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するように構成される少なくとも１つの電気光学変調器を更に備えてよい。
【0018】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光アイソレータを更に備えてよい。少なくとも１つの光アイソレータは、光学的に少なくとも１つの電気光学変調器と少なくとも１つの光学機械トランスデューサとの間に設けられてよい。少なくとも１つの光アイソレータは、光ファイバを介して極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成されてよい。
【0019】
第２の態様の一実施形態によれば、少なくとも１つの無線周波数信号および／または少なくとも１つの入力無線周波数信号は、少なくとも１つのマイクロ波信号を含んでよい。
【0020】
第２の態様の一実施形態によれば、光ファイバは、量子コンピュータの極低温環境に複数の光信号を伝達するように構成されてよく、本装置は、量子コンピュータの極低温環境において、複数の光信号を複数の無線周波数信号に変換するように構成される複数の光学機械トランスデューサを更に備えてよい。駆動回路網は、複数の無線周波数信号に基づいて、複数のキュービットを駆動するように構成されてよい。
【0021】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光信号を複数の入力無線周波数信号で変調するように構成される複数の電気光学変調器を更に備えてよい。
【0022】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、光ファイバに複数の光信号を多重化するように構成されるマルチプレクサを更に備えてよい。
【0023】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの極低温環境において、光ファイバから複数の光信号を逆多重化するように構成されるデマルチプレクサを更に備えてよい。
【0024】
第２の態様の一実施形態によれば、マルチプレクサは、波長分割マルチプレクサを含んでよい。デマルチプレクサは、波長分割デマルチプレクサを含んでよい。
【0025】
第２の態様の一実施形態によれば、本装置は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光アイソレータを更に備えてよい。複数の光アイソレータは、光学的にマルチプレクサとそれぞれの電気光学変調器との間に設けられてよい。複数の光アイソレータは、光ファイバを介して極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるように構成されてよい。
【0026】
第３の態様によれば、方法が提供される。本方法は、量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達するステップと、量子コンピュータの極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するステップと、少なくとも１つの無線周波数信号に基づいて、少なくとも１つのキュービットを駆動するステップとを含んでよい。
【0027】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの極低温環境において、少なくとも１つの光学機械トランスデューサによって少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換するステップを更に含んでよい。
【0028】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するステップを更に含んでよい。
【0029】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの電気光学変調器によって少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの入力無線周波数信号で変調するステップを更に含んでよい。
【0030】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの非極低温環境において、少なくとも１つの光アイソレータを提供するステップを更に含んでよく、少なくとも１つの光アイソレータは、極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるために、光学的に少なくとも１つの電気光学変調器と少なくとも１つの光学機械トランスデューサとの間に提供される。
【0031】
第３の態様の一実施形態によれば、少なくとも１つの無線周波数信号および／または少なくとも１つの入力無線周波数信号は、少なくとも１つのマイクロ波信号を含んでよい。
【0032】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの極低温環境に複数の光信号を伝達するステップと、量子コンピュータの極低温環境において、複数の光信号を複数の無線周波数信号に変換するステップと、複数の無線周波数信号に基づいて、複数のキュービットを駆動するステップとを更に含んでよい。
【0033】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光信号を複数の入力無線周波数信号で変調するステップを更に含んでよい。
【0034】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの極低温環境に複数の光信号を伝達するように構成される光ファイバに、マルチプレクサによって、複数の光信号を多重化するステップを更に含んでよい。
【0035】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの極低温環境において、光ファイバから、デマルチプレクサによって、複数の光信号を逆多重化するステップを更に含んでよい。
【0036】
第３の態様の一実施形態によれば、マルチプレクサは、波長分割マルチプレクサを含んでよい。デマルチプレクサは、波長分割デマルチプレクサを含んでよい。
【0037】
第３の態様の一実施形態によれば、本方法は、量子コンピュータの非極低温環境において、複数の光アイソレータを提供するステップを更に含んでよい。複数の光アイソレータは、光ファイバを介して極低温環境から受け取られるエネルギーを散逸させるために、光学的にマルチプレクサとそれぞれの電気光学変調器との間に提供されてよい。
【0038】
いずれの実施形態も、１つまたは複数の他の実施形態と組み合わされてよい。付随する特徴の多くが、添付の図面と関連すると考えられる以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになるので、それらは、より直ちに認められるであろう。
【0039】
添付の図面は、実施形態例の更なる理解を提供し、本明細書の一部を構成するために含まれており、実施形態例を例示し、説明と共に実施形態例の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】光学機械システムの一例を例示する図である。
【図2】量子コンピュータの極低温環境にキュービット駆動信号を送出するための装置の一例を例示する図である。
【図3】光学機械トランスデューサが組み込まれた量子処理回路の一例を例示する図である。
【図4】量子コンピュータの極低温環境への送出のために光ファイバにキュービット駆動信号を多重化するための装置の一例を例示する図である。
【図5】キュービットを駆動するための方法の一例を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0041】
添付の図面において同様の部分を示すために同様の参照が使用される。
【0042】
量子処理回路は、極めて低温度における極低温環境（例えばクライオスタット）において動作させられ得るため、したがってキュービット動作の品質を維持するために熱雑音の影響を最小化することが一般に望ましくてよい。極低温環境は、例えば希釈冷凍機によって生成されてよく、ヘリウムの異なる同位体（３Ｈｅ／４Ｈｅ）が希釈冷凍機の混合室に提供されて混合室の環境を、例えば数ミリケルビン（ｍＫ）のオーダーの極低温度まで極低温冷却する。キュービット駆動には、量子処理回路の量子論理ゲートに入力もしくは制御信号を提供すること、または一般に、ゲートがシングルキュービット、２キュービットもしくはマルチキュービットゲートいずれであるとしても、それらを促進することを含んでよい。
【0043】
例えば分散量子コンピューティングシステムにおいてキュービットの遠隔もつれを可能にするために、または任意の他の目的で、極低温および室温環境間でキュービット駆動信号およびキュービット読出信号が送出されてよい。このため、異なる熱環境間の信号の送出により極低温環境において過剰な熱雑音が現れ得るので、量子コンピューティングシステムの正確さに関する課題をもたらす。
【0044】
希釈冷凍機に格納される超伝導キュービットの数を増加させることが、キュービット駆動信号の送出と関連付けられる問題点を更に悪化させ得る。キュービット駆動信号は、例えば剛性金属体および中心導体を持つ同軸ケーブルによって伝達されてよいが、これは、熱化させるのが困難であり得、高温ステージと混合室との間で熱を伝導し得る。更に、それらの長さおよび軽微なインピーダンス不整合のためでさえ、同軸ケーブルは、損失およびそれらの周波数応答の不規則性も被り得る。クロストーク、干渉、多重化および信号対雑音比（ＳＮＲ）関連の問題点も性能を劣化させ得る。キュービットへ熱分布を追いやることを回避するために、したがって無線周波数での室温熱雑音および装置雑音が著しく減衰される必要があり得る。
【0045】
本明細書に開示される実施形態例は、関連付けられた散逸問題点を軽減することによって量子コンピュータの極低温環境にキュービット駆動信号を送出することのスケーラビリティを改善することを可能にする。一実施形態によれば、キュービット駆動信号は、光信号として極低温環境へ伝達され得る。光信号は、キュービットを駆動するために極低温環境において無線周波数信号に変換されてよい。実施形態例は、本明細書に記載される実施形態例の目的の例として、無損失または準無損失電力変換および双方向性を可能にする。更には、低減された散逸および改善されたスケーリングが達成され得る。
【0046】
図１は、一実施形態に係る、光学機械システムの一例を例示する。光学機械トランスデューサが、例えば圧電効果を用いて、無線周波数信号を音響に変換してよい。結果的な音響エネルギーは、光共振器の直接機械的変調によって光信号に更に変換されてよい。光学機械トランスデューサは、それらがいかなる散逸要素も有しなくてよく、それによって理論的に無損失変換を可能にするので、低温応用のために有益であり得る。図１の例では、光キャビティ１０２の共振周波数ωｃａｖは、例えば弾性表面波（ＳＡＷ）によって媒介される圧電効果を通じて、無線周波数信号によって誘発される機械的運動によって変調されてよい。光キャビティ１０２は、周波数ωｃａｖ－ωｍでレーザ１０４によりポンピングされてよい。この結果として、光キャビティ１０２の共振周波数ωｃａｖで光側波帯１０６が発生されてよい。
【0047】
光学機械トランスデューサは、光信号をＲＦ信号に変換する逆方向にも動作させられてよい。例えば圧電光学機械結晶に基づいて、コヒーレントな光－ＲＦ変換が行われ得る。この目的のために適切な光学機械トランスデューサは、例えば１次元光学機械結晶を備えてよく、これが弾性表面波を通じてインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と機械的に結合されてよい。光－ＲＦ変換も理論的に無損失でよく、それ故いかなる発熱または過剰雑音にも至らなくてよい。光学機械トランスデューサは、したがって、例えば、更に後述されることになるように、キュービットを駆動するために、レーザを変調し、極低温環境に光ファイバによって光信号を送り、光学機械トランスデューサによって光パルスを無線周波数信号に変換することによって、室温で変調光信号の発生を可能にするために、量子コンピュータに利用されてよい。本開示の実施形態が特定の種類の光学機械トランスデューサに限定されなくてよいことが留意される。一般に、光信号を無線周波数信号、例えばマイクロ波信号に変換するように構成される任意の適切なトランスデューサが使用されてよい。マイクロ波信号は、３００ＭＨｚと３００ＧＨｚとの間の周波数を有してよい。トランスデューサは、光－ＲＦ方向とＲＦ－光方向の両方がサポートされるように双方向性でよい。
【0048】
図２は、量子コンピュータの極低温環境にキュービット駆動信号を送出するための装置２００の一例を例示する。たとえ装置２００が特定の部品を備えるように例示されたとしても、部品の一部は、あらゆる実施形態に存在しなくてよく、また装置２００は、図２に例示されない部品を更に備えてよい。装置２００は、量子コンピュータまたはその一部分、例えば量子コンピュータにおいて応用されるように構成されるモジュール、部品もしくは一組の部品を備えてよい。
【0049】
装置２００の第１の部分は、室温に設けられてよい。装置２００の第２の部分は、極めて低温度における極低温環境に設けられてよい。本明細書で使用される場合、用語（極めて）低温度および極低温環境は、量子コンピュータの量子処理回路の電子デバイスの必要動作温度に関してよい。例えば、これらの用語は、関与する超伝導体材料の臨界温度に関しても、または関与する量子電子部品の量子エネルギー尺度と比較して熱エネルギー尺度に依存してもよい。しかしながら、極低温環境が初期にまたは永続的に低温度に冷却されなくてよいことが留意される。したがって極低温環境は、一般に極低温冷却可能な環境を含んでよい。
【0050】
極低温冷却された量子処理回路と室温環境との間で信号が送出されてよい。しかしながら、呼称「室温」は、室温環境における環境条件が人々が住み働く部屋内のそれらに相当することを実際に必要とする限定としてとられるべきでない。それは、更に図２における左の条件が極低温環境に見られる温度への極低温冷却を必要としないという指示である。それ故、図２の室温環境は、非極低温環境の一例として提供される。
【0051】
上述したように、極低温環境における環境条件は、例えば僅か数ケルビン、例えば４Ｋ、または例えばミリケルビンのオーダーの、１ケルビン未満さえなど、極めて低温度を伴い得る。最低温度は、例えば約１０ｍＫでよいが、温度が徐々に下がる冷却ステージがあり得るので、極低温環境の一部だけに存在してよい。キュービットは、例えば１０ｍＫ温度でかつ極低温環境の最冷ステージでよい、混合室（ＭＸＣ）ステージに設けられてよい。一般に、このステージの温度は、例えば５ｍＫを超えかつ１００ｍＫ未満でよい。本明細書に記載される光学部品は、このステージに提供されてよい。しかしながら、いくつかの冷凍機は、一層冷たい核磁気冷却ステージも有してよく、いくつかの実施形態において光学部品は、そのようなステージに提供されてよい。一般に、希釈冷凍機は、実装に応じて本明細書に記載される部品の一部または全てを収容してもまたはしなくてもよい、分留器、４Ｋプレート、コールドプレートその他などの、幾つかの温度ステージを備えてよい。システムの一部が極低温環境内に設けられると言うのは、その部分がそのようなステージのどれに設けられるかに関する見解を示すものではない。極低温環境における環境条件としては、周囲の高真空が関与する低温度を維持するための断熱として使用され得るので、高真空も伴ってよい。例えば光ファイバ２０２によって、量子コンピュータの極低温環境に光キュービット駆動信号が伝達されてよい。光学機械トランスデューサ２０４が極低温環境において光信号をＲＦ信号に変換してよい。ＲＦ信号は、次いで量子コンピュータのキュービットを駆動するために使用されてよい。キュービット駆動信号は、キュービットの量子力学的状態の所望の変化をもたらし得る。キュービット駆動信号は、シングルキュービットゲート、２キュービットゲートまたはマルチキュービットゲートに対して使用されてよい。２キュービットゲートは、例えばシングルキュービットゲートとは、それらがシングルキュービット間のエネルギーの結合を促進して、もつれを導く一方で、シングルキュービットゲートは、「回転」を行いまたはキュービットの位相もしくはエネルギーを増減し得るという点で異なる。一般的に言うと、量子コンピュータの量子力学的状態が集合的量子力学的波動関数によって記述されるので、それは全てのキュービットの状態を網羅しており、いかなる駆動信号でも、単一のキュービットを単独で見ることによっては取得され得ない方式でその集合的波動関数の状態に影響し得る。
【0052】
図３は、光学機械トランスデューサが組み込まれた量子処理回路の一例を例示する。この例では、量子処理回路３０２（チップ）は、光キュービット駆動源３０４から受信される光信号をＲＦ信号に変換するように構成される光学機械トランスデューサ（ＯＭＣ）２０４を備える。量子処理回路３０２は、量子処理ユニット（ＱＰＵ）とも呼ばれてよい。キュービットは、量子処理回路３０２内に、または、例えば機械的、熱的もしくは製作限界関連の理由のため、それの外側に存在してよい。光キュービット駆動源３０４は、図４を参照しつつ更に記載されることになるように、例えば光電変調器を備えてよい。しかしながら、ＯＭＣ２０４が量子処理回路３０２内に組み込まれないことも可能である。ＯＭＣ２０４は、例えば極低温環境における別個の部品として、例えば信号インタフェースチップとして提供されてよく、例えばプリント回路板（ＰＣＢ）を使用して量子処理回路３０２に接続されてよい。量子処理回路３０２および／またはＯＭＣ２０４は、量子コンピュータの希釈冷凍機の混合室に装着されてよい。光信号は、したがって量子コンピュータの希釈冷凍機においてＲＦ信号に変換されてよい。
【0053】
キュービットを強い信号で駆動することが所望されるかもしれないが、大部分は反射して戻ってしまう。反射信号が極低温環境において散逸すれば、極低温環境における温度は上昇し得る。
【0054】
したがって、室温から極低温冷却された量子処理回路３０２にキュービット駆動信号を送出するために光ファイバを使用することで、キュービットのための低雑音かつ高ダイナミックレンジ駆動信号環境を促進できる低散逸信号環境のための要件を満たすための解決策を提供し得る。例えば、光およびマイクロ波信号の異なる量子雑音レベルにより、光信号は、室温においてその量子状態が熱雑音によって流されることなく、より容易に伝搬し得る。追加的に、長い光ファイバも、対象の周波数において長い同軸ケーブルより損失が少なくなり得る。損失自体は、たとえそれが結合された熱雑音と関連付けられないとしても、量子状態を破壊し得る。したがって、極低温環境にキュービット駆動信号を送出するために光信号を使用することは、例えば遠隔量子コンピュータ間のキュービットの分散もつれを実装するために使用され得る。
【0055】
図４は、量子コンピュータの極低温環境への送出のために光ファイバにキュービット駆動信号を多重化するための装置の一例を例示する。しかしながら、図４を参照しつつ記載される実施形態例が、例えば１つの変調光信号のための、光信号の多重化なしでも応用され得ることが留意される。一般に、たとえ装置４００が特定の部品を備えるように例示されたとしても、部品の一部は、あらゆる実施形態例に存在しなくてよい。装置４００は、図４に例示されない部品も備えてよい。
【0056】
装置４００は、入力信号４０２もしくは複数の入力信号を受信しても、またはその発生源を備えてもよい。入力信号は、キュービット駆動情報を搬送してよい。装置４００は、光信号（例えばレーザ）４０４もしくは複数の光信号を更に受信しても、またはその発生源を備えてもよい。光信号の波長は、例えば約１５５０ｎｍでよい。入力信号は、ＲＦ信号、例えばマイクロ波信号から成ってよい。装置４００は、したがってＲＦキュービット駆動信号を極低温環境への送出のために一時的に光領域に変換し、それによってキュービット駆動の品質を改善するために応用されてよい。
【0057】
光信号４０４は、例えば電気光学変調器（ＥＯＭ）４０６によって、入力信号４０２で変調されてよい。ＥＯＭ４０６は、電気光学効果に基づいて光信号４０４に入力信号依存変化をもたらすように構成されてよい。例えば、光信号４０４の位相、周波数、振幅または分極が入力信号に従って変更されてよい。本開示の実施形態例は、光信号を変調するために任意の適切な方法を応用してよい。装置４００は、複数の光信号をそれぞれの入力信号で変調するように構成されてよい。それに加え、装置４００は、複数のＥＯＭを備えてよい。
【0058】
装置４００は、それぞれの光信号に対する光アイソレータ４０８または複数の光アイソレータを更に備えてよい。光アイソレータ４０８は、極低温環境に向かう信号経路においてＥＯＭ４０６の後に設けられてよい。それ故、光アイソレータ４０８は、光学的にＥＯＭ４０６とＯＭＣ２０４との間に設けられてよい。光アイソレータ４０８は、変調光信号がＥＯＭ４０６からＯＭＣ２０４に向けて通過するのを許容するように構成されてよい。しかしながら、光アイソレータ４０８は、反対方向への光信号の伝搬を、例えば極低温環境から受け取られるエネルギーの散逸によって妨げても、または少なくとも実質的に制限してもよい。それ故、光アイソレータ４０８は、エネルギーが反射されて極低温環境に戻るのを妨げてよく、極低温環境における不必要な発熱を低減させる。複数の光アイソレータが、それぞれの複数のＥＯＭに光学的に結合されてよい。入力信号および光信号の発生源、ＥＯＭならびに光アイソレータは、室温に設けられてよい。しかしながら、例えば室温部品が終端する、またはその他逆信号を十分に散逸させる場合、光アイソレータ４０８なしでシステムを動作させることが可能である。これは、例えばコストを削減するために望ましくてよい。装置４００は、第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０（マルチプレクサ／デマルチプレクサ）および第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２を更に備えてよい。第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０は、室温に設けられ、光ファイバ２０２に光信号を多重化するように構成されてよい。第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２は、例えば約１０ｍＫの温度における極低温環境に、またはより一般に極低温環境のミリケルビンステージ（例えば温度が１ｍＫから１００ｍＫの範囲）に設けられてよい。これは、量子コンピュータの最低温度領域に入る光ファイバの数を削減し、次いでキュービット駆動信号の品質を改善することを可能にする。代替的に、第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２は、室温にまたは極低温環境のより高温ステージに設けられてよい。
【0059】
第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０および第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２は、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）を適用してよく、複数光信号が異なる波長（周波数）に変換されて単一の光ファイバ２０２を通じて極低温環境に伝達される。代替的に、または追加的に、例えば空間モード多重または時分割多重（ＴＤＭ）などの任意の適切な多重化方法が使用され得る。
【0060】
第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０は、極低温環境に向けて伝搬する変調光信号に対してはマルチプレクサとして、極低温環境から受信される光信号に対してはデマルチプレクサとして作用することによって双方向動作を可能にしてよい。システムは代替的に一方向システムとして構成されてよく、第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０は、極低温環境に向けて伝搬する変調光信号に対してマルチプレクサとして動作し、デマルチプレクサとしては動作しない。同様に、第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２は、第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０から受信される光信号に対してはデマルチプレクサとして、極低温環境に設けられるＯＭＣから受信される信号に対してはマルチプレクサとして作用することによって双方向動作を可能にしてよい。システムが一方向として構成される場合、第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２は、第１のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１０から受信される信号に対してデマルチプレクサとして動作してよい。
【0061】
室温から光ファイバ２０２を通じて、任意選択でＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２を介して受信される光信号は、キュービット４１６を駆動するためにＯＭＣ２０４によってＲＦ信号に変換されてよい。装置４００は、例えば第２のＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ４１２から受信される、それぞれの複数の光信号に対する複数のＯＭＣを備えてよい。
【0062】
装置４００は、光学的にＯＭＣ２０４とキュービット４１６との間に結合容量４１４を更に備えてよい。結合容量４１４は弱結合を導いてよく、入力電力の一部分だけが直接キュービット４１６に向かい、それの大部分、例えば９９％をはるかに超える分は反射される。これは、キュービットが計算の一部として動作されるときに、それらがあまり速く崩壊しないように駆動環境から減結合される必要があるので、望ましくてよい。これは、大部分が単にキュービットから反射される比較的強い信号でキュービットを駆動する必要性にも直接関係する。この反射電力および必要電力レベルが結果として散逸問題になり、これは、キュービット４１６から散逸を遠ざけることを可能にする、ＯＭＣ２０４による双方向電力変換によって緩和され得る。
【0063】
例えば複数のＯＭＣからまたは複数のキュービットから受信される、複数のＲＦ信号に対して複数の結合容量４１４が適用されてよい。一般に、装置４００は、キュービット４１６または複数のキュービットを駆動するための駆動回路網を備えてよい。駆動回路網は、ＯＭＣからキュービットへのＲＦ信号の送出を可能にするために、導電体および、結合容量４１４などの他の部品を備えてよい。
【0064】
図５は、キュービットを駆動するための方法の一例を例示する。
【0065】
５０１で、本方法は、量子コンピュータの極低温環境に少なくとも１つの光信号を伝達することを含んでよい。
【0066】
５０２で、本方法は、量子コンピュータの極低温環境において少なくとも１つの光信号を少なくとも１つの無線周波数信号に変換することを含んでよい。
【0067】
５０３で、本方法は、少なくとも１つの無線周波数信号に基づいて少なくとも１つのキュービットを駆動することを含んでよい。
【0068】
本方法の更なる特徴は、添付の特許請求の範囲におよび本明細書を通して記載されるように、例えば装置２００、量子処理回路３０２および／または装置４００の機能性およびパラメータに直接由来しており、したがってここでは繰り返されない。様々な実施形態例に関連して記載されるように、本方法の異なる変形も応用されてよい。装置は、本明細書に記載される方法のいずれかの態様を行うまたはその実行をさせるように構成されてよい。更に、装置は、本明細書に記載される方法のいずれかの態様を行うための手段を備えてよい。
【0069】
技術の進歩とともに、本開示の実施形態例が様々な方法で実装され得ることが更に留意される。本開示は、したがって上記した特定の例に限定されない。代わりに、実装例は、特許請求項の範囲内で変化し得る。
【符号の説明】
【0070】
１０２ 光キャビティ
１０４ レーザ
１０６ 光側波帯
２００ 装置
２０２ 光ファイバ
２０４ 光学機械トランスデューサ（ＯＭＣ）
３０２ 量子処理回路
３０４ 光キュービット駆動源
４００ 装置
４０２ 入力信号
４０４ 光信号
４０６ 電気光学変調器（ＥＯＭ）
４０８ 光アイソレータ
４１０ 第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）
４１２ 第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）
４１４ 結合容量
４１６ キュービット
１０４ レーザ
１０６ 光側波帯
２００ 装置
２０２ 光ファイバ
２０４ 光学機械トランスデューサ（ＯＭＣ）
３０２ 量子処理回路
３０４ 光キュービット駆動源
４００ 装置
４０２ 入力信号
４０４ 光信号
４０６ 電気光学変調器（ＥＯＭ）
４０８ 光アイソレータ
４１０ 第１のマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）
４１２ 第２のマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）
４１４ 結合容量
４１６ キュービット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】