特表2024-524686量子コンピューティング回路の電磁絶縁のための装置、構成体、および方法
(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】2024-07-05
(54)【発明の名称】量子コンピューティング回路の電磁絶縁のための装置、構成体、および方法
(51)【国際特許分類】
H03H 7/01 20060101AFI20240628BHJP
G06N 10/40 20220101ALI20240628BHJP
【ＦＩ】
H03H7/01 A
G06N10/40
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024501887
(86)(22)【出願日】2021-07-13
(85)【翻訳文提出日】2024-03-11
(86)【国際出願番号】 FI2021050532
(87)【国際公開番号】W WO2023285727
(87)【国際公開日】2023-01-19
(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
(72)【発明者】
【氏名】ミッコ・モットネン
【テーマコード（参考）】
5J024
【Ｆターム（参考）】
5J024AA01
5J024EA01
5J024EA02
5J024KA01
(57)【要約】
電磁絶縁のための非相反周波数変換とともに、第1の周波数フィルタリングおよび第2の周波数フィルタリングを容易にするための装置および方法が開示されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
量子コンピューティング回路の電磁絶縁のための装置であって、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号を遮るように構成された第1の周波数フィルタと、
第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号を遮り、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号を送信するように構成された第2の周波数フィルタと、
前記第1の周波数フィルタに結合された第1の入力/出力端と、前記第2の周波数フィルタに結合された第2の入力/出力端とを有する周波数変換器であって、
前記周波数変換器が、前記周波数変換器の前記第2の入力/出力端における前記第2の高周波数範囲内の周波数を有する前記周波数変換器の出力信号に関して、前記周波数変換器の前記第1の入力/出力端における前記第1の低周波数範囲内の周波数を有する前記周波数変換器の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化するために、前記周波数変換器への外部駆動信号に応答して、前記第1の入力/出力端と前記第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反的になるように構成されている、周波数変換器と
を備える、装置。
【請求項2】
前記外部駆動信号に応答して、前記周波数変換器が、前記周波数変換器の前記第2の入力/出力端において前記第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、前記周波数変換器の前記第1の入力/出力端において前記第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記外部駆動信号に応答して、前記周波数変換器が、前記周波数変換器の前記第1の入力/出力端において前記第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、前記周波数変換器の前記第2の入力/出力端において前記第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項4】
前記周波数変換器が進行波パラメトリック増幅器である、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記周波数変換器が同調可能な移相器および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータである、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項6】
前記第1の周波数フィルタおよび/または前記第2の周波数フィルタが受動フィルタである、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記第1の低周波数範囲が前記第2の低周波数範囲に対応し、および/または、前記第1の高周波数範囲が前記第2の高周波数範囲に対応する、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
構成体であって、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置と、
第3の周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、前記第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号を遮るように構成された第3の周波数フィルタと、
第2の周波数変換器であって、
前記装置に提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、前記構成体が、前記入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を前記第3の周波数フィルタから生成するように構成される、または
前記第3の周波数フィルタに提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、前記構成が、前記入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を前記装置から生成するように構成される
ように前記装置と前記第3の周波数フィルタとの間に結合される第2の周波数変換器と
を含む、構成体。
【請求項9】
量子処理ユニットへのバックアクションノイズを防止するために、請求項1から7のいずれか一項に記載の1つまたは複数の装置、および/または請求項8に記載の構成体に結合された前記量子処理ユニットを備える、構成体。
【請求項10】
量子コンピューティング回路の電磁絶縁のための方法であって、第1の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを容易にするステップであって、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られる、ステップと、
第2の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを容易にするステップであって、第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られ、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号が送信される、ステップと、
前記第1の周波数フィルタに結合された第1の入力/出力端と、前記第2の周波数フィルタに結合された第2の入力/出力端との間の周波数変換を容易にするステップであって、前記周波数変換が、前記第2の入力/出力端における前記第2の高周波数範囲内の周波数を有する前記周波数変換の出力信号に対して、前記第1の入力/出力端における前記第1の低周波数範囲内の周波数を有する前記周波数変換の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化するために、前記周波数変換に対する外部駆動信号に応答して、前記第1の入力/出力端と前記第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反的である、ステップと
を含む、方法。
【請求項11】
前記外部駆動信号に応答して、前記周波数変換が、前記第2の入力/出力端において前記第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、前記第1の入力/出力端において前記第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成する、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記外部駆動信号に応答して、前記周波数変換が、前記第1の入力/出力端において前記第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、前記第2の入力/出力端において前記第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成する、請求項10に記載の方法。
【請求項13】
前記周波数変換が進行波パラメトリック増幅器によって容易にされる、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記周波数変換が、同調可能な移相器および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータによって容易にされる、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記第1の周波数フィルタおよび/または前記第2の周波数フィルタにおける前記周波数フィルタリングが受動的に実行される、請求項10から14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記第1の低周波数範囲が前記第2の低周波数範囲に対応し、および/または、前記第1の高周波数範囲が前記第2の高周波数範囲に対応する、請求項10から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
請求項10から16のいずれか一項に記載の第1の方法を実行するステップと、第3の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを容易にするステップであって、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され、前記第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られる、ステップと、
入力周波数を有する入力信号に対して前記第1の方法が実行されることに応答して、前記入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が、前記第3の周波数フィルタから生成される、または
入力周波数を有する入力信号を前記第3の周波数フィルタに提供することに応答して、前記入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が前記第1の周波数フィルタまたは第2の周波数フィルタから生成される
ように、前記第3の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングと、前記第1の周波数フィルタまたは前記第2の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングとの間の第2の周波数変換を容易にするステップと
を含む、方法。
【請求項18】
量子処理ユニットへのバックアクションノイズを防止するために行われる、請求項10から17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】
本発明は、量子コンピューティングの電磁絶縁に関する。
【背景技術】
【0002】
量子コンピュータの読出しチェーンは、一般的に、クライオスタットの高温ステージにある以下の半導体増幅器からのバックアクションノイズから量子処理ユニットを絶縁するために、大量の大型で高価なサーキュレータを必要とする。また、これらのサーキュレータは熱質量が大きく、機械的に大きいスペースを必要とする。
【0003】
サーキュレータのいくつかの代替実装が存在する。一般的に、これらはホール効果とそれに対応する現象に依存している。これらの技術は成熟した状態ではなく、信頼性、インピーダンスマッチング、ダイナミックレンジ、帯域幅、外的要因に対する感度の点で大きい問題に直面することが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
目的は、上記の欠点を軽減することである。
【0005】
また、目的は、そのようなサーキュレータの必要性を完全になくすことである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示によれば、非相反周波数変換を周波数変換前後の周波数フィルタリングと組み合わせたとき、非相反周波数変換が量子コンピューティング回路の絶縁に効果的に使用され得ることがわかっている。
【0007】
第1の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁のための装置が提供される。装置は、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号を遮る(terminate)ように構成され得る第1の周波数フィルタを備える。装置はまた、第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号を遮り、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号を送信するように構成され得る第2の周波数フィルタも備える。装置は、第1の周波数フィルタに結合され得る第1の入力/出力端と、第2の周波数フィルタに結合され得る第2の入力/出力端とを有する周波数変換器を備える。周波数変換器は、周波数変換器の第2の入力/出力端における第2の高周波数範囲内の周波数を有する周波数変換器の出力信号に関して、周波数変換器の第1の入力/出力端における第1の低周波数範囲内の周波数を有する周波数変換器の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化するために、たとえば、周波数変換器への、または周波数変換器に対する外部駆動信号に応答して、第1の入力/出力端と第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反的(non-reciprocal)になるように構成することができる。これによって、入力時には読出し周波数が入力周波数に対応し、出力時には読出し周波数が入力周波数とは異なる出力周波数に対応するように、読出し周波数を有する読出し信号を、装置を介して送信することができるようになる。第1の入力/出力端が読出し信号の入力端である場合は第1の周波数フィルタによって、または第2の入力/出力端が読出し信号の入力端である場合は第2の周波数フィルタによって、入力周波数外の周波数範囲がブロックされ得る。それに応じて、第1の入力/出力端が読出し信号の出力端である場合は第1の周波数フィルタによって、第2の入力/出力端が読出し信号の出力端である場合は第2の周波数フィルタによって、出力周波数外の周波数範囲がブロックされ得る。重要なことは、読出し信号の出力周波数に対応する周波数を有するときでも、任意のバックアクション信号を低減することができる。これは、非相反周波数変換によって容易になり、バックアクション信号を読出し信号に対して少なくとも相対的に減衰させることができる。
【0008】
周波数変換は、非相反的に動作可能な増幅器によって効果的に行われ、それによって、読出し方向など順方向の信号送信を増幅し、バックアクション方向の信号送信を減衰させることができることがわかっている。加えて、電磁絶縁のために磁気コンポーネントは必要ない。
【0009】
一実施形態では、外部信号に応答して、周波数変換器は、周波数変換器の第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、周波数変換器の第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成されている。これによって、装置は、第1の入力/出力端が読出し信号の入力端であり、第2の入力/出力端が読出し信号の出力端である方向への読出し信号の送信を容易にしながら、反対方向への任意のバックアクション信号の送信を抑制することができる。このようにして、バックアクションを抑制しながら、読出し信号の周波数を装置によってアップコンバートすることができる。
【0010】
一実施形態では、外部信号に応答して、周波数変換器は、周波数変換器の第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、周波数変換器の第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成されている。これによって、装置は、第2の入力/出力端が読出し信号の入力端であり、第1の入力/出力端が読出し信号の出力端である方向への読出し信号の送信を容易にしながら、反対方向への任意のバックアクション信号の送信を抑制することができる。このようにして、バックアクションを抑制しながら、読出し信号の周波数を装置によってダウンコンバートすることができる。
【0011】
したがって、示されているように、周波数変換器は、たとえば前の2つの実施形態のように、増幅器であってもよい。これは、増幅でのノイズが量子限界に達することを容易にするので、量子回路にとって追加の効果がある。
【0012】
一実施形態では、周波数変換器は、1つまたは複数の進行波パラメトリック増幅器(TWPA)を備えるか、またはそれらからなる。TWPAは、周波数変換に関連する行為のいずれかまたはすべてを実行または容易にするように構成され得ることがわかっている。これは、読出し信号に利得を提供しながら、読出し信号と同じまたは対応する周波数を有し得るバックアクション信号を減衰させることを含む。TWPAはまた、量子コンピューティング回路に使用するのに特に効果的であることもわかっている。たとえば、拡張された帯域幅および/またはダイナミックレンジを提供し得る。加えて、TWPAは比較的成熟した技術であり、したがって、このような状況において、容易かつ確実に適用することができる。他の技術と比較して、TWPAは、良好なノイズ温度および絶縁を容易に達成し得る。
【0013】
一実施形態では、周波数変換器は、1つまたは複数の同調可能な移相器、および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータを備えるか、またはそれらからなる。そのようなデバイスは、周波数変換に関連する行為のいずれかまたはすべてを実行または容易にするように構成され得ることがわかっている。ジョセフソンパラメトリックコンバータは、複数の異なる周波数モード間で増幅および/または非増幅を提供し得る。
【0014】
一実施形態では、第1の周波数フィルタおよび/または第2の周波数フィルタは受動フィルタである。これによって、量子コンピューティング回路の文脈で依然として利用できる、シンプルで信頼性の高い周波数フィルタリングが容易になることがわかっている。特に、不必要な電力消費を含まずに絶縁を実現することができる。
【0015】
一実施形態では、第1の低周波数範囲は第2の低周波数範囲に対応し、および/または、第1の高周波数範囲は第2の高周波数範囲に対応する。それに応じて、第1の周波数フィルタおよび第2の周波数フィルタは、互いに対して周波数がミラーリングされ得る。
【0016】
第2の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁にも使用可能な構成体が開示される。この構成体は、第1の態様またはその実施形態のいずれかによる装置を、単独で、または任意の組合せで備える。この構成体はまた、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号を遮るように構成された第3の周波数フィルタを備える。第3の周波数範囲は、第1の周波数範囲または第2の周波数範囲のうち、構成体を横切る信号送信方向において第3の周波数フィルタから遠い方と、部分的または完全に一致し得る。これによって、第3の周波数フィルタ、および第1の周波数フィルタまたは第2の周波数フィルタは、同じまたは対応する周波数の信号が送信され、他の信号が遮られ得る信号入口点および出口点を形成することができる。この構成体は、装置と第3の周波数フィルタとの間に結合された第2の周波数変換器も備える。これは、装置に提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、構成体が、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を第3の周波数フィルタから生成するように構成され、または第3の周波数フィルタに提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、構成体が、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を装置から生成するように構成されるように実行される。第1の代替では、第3の周波数フィルタは、構成体の信号入口点を提供するように構成され、第2の代替では、構成体の信号出口点を提供するように構成される。両方の代替によって、構成体は、読出し信号などの信号が構成体を介して送信されるとき、その周波数を変えることなく、あるいは実質的に変えることなく、電磁絶縁を提供することができる。また、第2の周波数変換器は、たとえば外部駆動信号に応答して、信号送信方向に関して非相反的であり得る。また、この構成体により、絶縁が著しく向上する可能性もある。
【0017】
第3の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁にも使用可能な構成体が開示される。この構成体は、第1の態様またはその実施形態のいずれかによる、1つまたは複数の装置に、単独で、または任意の組合せで結合された量子処理ユニット、および/または量子処理ユニットへのバックアクションノイズを防止するための第2の態様および/または第3の態様による構成体を備える。
【0018】
第4の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁のための方法が開示されている。方法は、第1の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを実行または容易にするステップであり、たとえば、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られる、実行または容易にするステップを含む。方法はまた、第2の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを実行または容易にするステップであり、たとえば、第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られ、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号が送信される、実行または容易にするステップも含む。方法は、たとえば、本明細書で開示されるような周波数変換器において、第1の周波数フィルタに結合された第1の入力/出力端と第2の周波数フィルタに結合された第2の入力/出力端との間で周波数変換を実行または容易にするステップを含む。周波数変換は、第2の入力/出力端における第2の高周波数範囲内の周波数を有する周波数変換の出力信号に対して、第1の入力/出力端における第1の低周波数範囲内の周波数を有する周波数変換の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化するために、たとえば、周波数変換に対する外部駆動信号に応答して、第1の入力/出力端と第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反的であり得る。この方法では、第1の入力/出力端が読出し信号の入力端として機能し、第2の入力/出力端が読出し信号の出力端として機能するように、読出し信号が第1の周波数フィルタへの入力信号として受信され、第2の周波数フィルタからの出力信号として提供され得る。あるいは、第2の入力/出力端が読出し信号の入力端として機能し、第1の入力/出力端が読出し信号の出力端として機能するように、読出し信号が第2の周波数フィルタへの入力信号として受信され、第1の周波数フィルタからの出力信号として提供され得る。
【0019】
一実施形態では、外部信号に応答して、周波数変換が、第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成する。
【0020】
一実施形態では、外部信号に応答して、周波数変換が、第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成する。
【0021】
一実施形態では、周波数変換は、1つまたは複数の進行波パラメトリック増幅器によって実行されるか、または容易にされる。
【0022】
一実施形態では、周波数変換は、1つまたは複数の同調可能な移相器および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータによって実行されるか、または容易にされる。
【0023】
一実施形態では、第1の周波数フィルタおよび/または第2の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングは受動的に実行される。
【0024】
一実施形態では、第1の低周波数範囲は第2の低周波数範囲に対応し、および/または、第1の高周波数範囲は第2の高周波数範囲に対応する。
【0025】
第5の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁にも使用可能な方法が開示される。この方法は、第4の態様またはその実施形態のいずれかによる第1の方法を、単独で、または任意の組合せで実行するステップを含む。方法はまた、第3の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングを容易にするステップであり、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され、第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られる、容易にするステップも含む。この方法は、たとえば外部駆動信号に応答して、第3の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングと、第1の周波数フィルタまたは第2の周波数フィルタにおける周波数フィルタリングとの間で、信号送信方向に関して非相反的であり得る第2の周波数変換を容易にするステップを含む。これは、入力周波数を有する入力信号に対して第1の方法が実行されたことに応答して、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が、第3の周波数フィルタから生成される、または、入力周波数を有する入力信号を第3の周波数フィルタに提供したことに応答して、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が第1の周波数フィルタまたは第2の周波数フィルタから生成されるように実行される。
【0026】
これは、2つの周波数変換が3つの周波数フィルタリングと交互に実行されることによって達成することができ、第2の態様の構成体と第5の態様の方法の両方およびそれらの実施形態に適用可能である。他の2つの周波数フィルタリングと2つの周波数変換との間の周波数フィルタリングは、第3の周波数フィルタと相補的であり得る周波数フィルタ、すなわち第1のフィルタまたは第2のフィルタで実行されるので、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号はそこで遮ることができる。しかしながら、これらは、依然として他のフィルタ、すなわち第1のフィルタまたは第2のフィルタで送信される可能性があり、それによって構成体の信号入口点または出口点を提供し得る。全体として、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号は、2回の周波数変換の前後に送信されてよい。同時に、そのような信号は2つの周波数変換の間で遮られ得る。逆に、第3の周波数範囲外の範囲内の周波数を有する信号は、2回の周波数変換の前後で遮られ得る。同時に、そのような信号は2つの周波数変換の間で送信され得る。この信号終端(signal termination)と非相反周波数変換により、特に順方向の信号周波数を維持したまま電磁絶縁が可能になる。
【0027】
第6の態様によれば、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁にも使用可能な方法が開示される。この方法は、量子処理ユニットへのバックアクションノイズを防止するために、第4の態様またはその実施形態のいずれかによる方法を単独で、または任意の組合せで実行するステップ、および/または第5の態様および/または第6の態様による方法を実行するステップを含む。
【0028】
上述の態様および実施形態は、互いとの任意の組合せで使用され得ることを理解されたい。いくつかの態様および実施形態を一緒に組み合わせて、さらなる実施形態を形成することもできる。第1の態様、第2の態様、および第3の態様ならびにそれらの実施形態に関連して開示された特徴および効果は、第4の態様、第5の態様、および第6の態様ならびにそれらの実施形態にもそれぞれ対応して適用することができる。
【0029】
添付の図面は、本発明のさら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し、例を示し、説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】一例による装置および構成体を示す図である。
【図2a】例による構成体を示す図である。
【図2b】例による構成体を示す図である。
【図3】例による方法を示す図である。
【図4a】一例によるシミュレーションを示す図である。
【図4b】一例によるシミュレーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
添付の図面では、同等または少なくとも機能的に同等の部分を示すために、同様の参照番号が使用されている。
【0032】
添付の図面に関連して以下に提供される詳細な説明は、例の説明として意図されたものであり、例が構築または利用され得る唯一の形態を表すことを意図したものではない。しかしながら、同じまたは同等の機能および構造は、異なる例によって達成されてもよい。
【0033】
図1は、一例による装置100の一例を示す。この装置は、たとえば量子コンピューティング回路などの電磁絶縁に使用され得る。この装置は、互いに相補的であり得る2つ以上の周波数フィルタ110、120を備える。特に、低周波数信号チャネルと高周波数信号チャネルの2つの別個の信号チャネルを提供し得る。2つの周波数フィルタによって、チャネルは周波数が重ならないようにすることができる。
【0034】
装置は、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号を遮る（terminate）ように構成され得る1つまたは複数の第1の周波数フィルタ110を備える。第1の高周波数範囲と第1の低周波数範囲は重ならなくてよい。第1の低周波数範囲と第1の高周波数範囲は、第1の低周波数範囲外の周波数を有するすべての信号が遮られ、第1の低周波数範囲内の周波数を有するすべての信号が送信されるように相補的であり得る。
【0035】
装置はまた、第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号を遮り、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号を送信するように構成され得る1つまたは複数の第2の周波数フィルタ120も備える。第2の高周波数範囲と第2の低周波数範囲は重ならなくてよい。第2の低周波数範囲と第2の高周波数範囲は、第2の高周波数範囲外の周波数を有するすべての信号が遮られ、第2の高周波数範囲内の周波数を有するすべての信号が送信されるように相補的であり得る。第2の高周波数範囲は、第1の高周波数範囲と部分的または完全に一致し得る。第2の低周波数範囲は、第1の低周波数範囲と部分的または完全に一致し得る。
【0036】
装置100は、第1の入力/出力端132および第2の入力/出力端134を有する(第1の)周波数変換器130(本明細書では「周波数変換器」ともいう)を備える。周波数変換器は双方向であり、第1の入力/出力端において受信された入力信号が第2の入力/出力端において提供される1つまたは複数の出力信号に変換され、第2の入力/出力端において受信された入力信号が第1の入力/出力端において提供される1つまたは複数の出力信号に変換される。入力信号は入力周波数を有する。1つまたは複数の出力信号は、1つまたは複数の出力周波数を有し得る。重要なことは、周波数変換器は、第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有する入力信号を受信することに応答して、第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有する出力信号を提供するように構成されている。双方向性であるため、第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有する入力信号を受信することに応答して、第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有する出力信号を提供するように構成されてもよい。周波数変換器は、変換の実行中に、信号の量子コヒーレンスを保持することができる。
【0037】
第1の入力/出力端132は、第1の周波数フィルタ110に結合されるように構成することができる。結合は間接的であっても直接的であってもよい。同様に、第2の入力/出力端134は、第2の周波数フィルタ120に結合されるように構成することができる。結合は間接的であっても直接的であってもよい。
【0038】
したがって、結合は、第1の周波数フィルタにおいて入力信号として受信され、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号20が、装置100を介して送信され、第2の周波数フィルタから、第2の高周波数範囲内の周波数(f1,out)を有する出力信号として生成されるように構成されている。ここで、第1の低周波数範囲外の周波数を有する入力信号のいずれかまたはすべてのサブ信号が遮られ得る。また、第2の高周波数範囲外の周波数(f2,out)を有する出力信号のいずれかまたはすべてのサブ信号が遮られ得る。
【0039】
同様に、結合は、第2の周波数フィルタ120において入力信号として受信され、第2の高周波数範囲内の周波数(f1,in)を有する信号30が、装置100を介して送信され、第1の周波数フィルタ110から、第1の低周波数範囲内の周波数を有する出力信号として生成されるように構成されている。ここで、第2の高周波数範囲外の周波数(f2,in)を有する入力信号のいずれかまたはすべてのサブ信号が遮られ得る。
【0040】
読出し信号などの装置100の入力信号は、装置の向きに応じて、第1の周波数フィルタ110または第2の周波数フィルタ120に提供され得る。それに応じて、読出し信号などの装置の出力信号は、装置の向きに応じて、第2の周波数フィルタ110または第1の周波数フィルタ120から提供され得る。周波数変換器130の方向性は、装置100の入力信号が周波数変換器への入力信号として提供され、周波数変換器からの出力信号が装置の出力信号として提供されるように、装置の方向性を示し得る。
【0041】
図1において、横軸は単に、異なる周波数について装置100を介して送信される信号の挙動を示すものと見なすことができる。その場合、小さい周波数は左側に、大きい周波数は右側にある。それにより、周波数f1,inおよびf1,outは、f2,inおよびf2,outよりも大きくてよい。しかしながら、f1,inおよびf1,outは互いに対して同じか実質的に同じであってもよい。f2,inおよびf2,outについても同様である。
【0042】
周波数変換器130は、第1の入力/出力端132と第2の入力/出力端134との間の信号送信に関して非相反となるように構成することができる。その結果、周波数変換器に提供される入力信号の信号振幅の変化は、周波数変換器を通る信号送信の方向、すなわち入力信号が第1の入力/出力端に提供されるか、第2の入力/出力端に提供されるかに依存してよい。非相反性は、周波数変換器の第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有する周波数変換器の出力信号に関して、周波数変換器の第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有する周波数変換器の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化することに対応する。このため、周波数変換器にわたる信号送信方向に応じて、周波数変換器にわたる信号送信、および装置100全体にわたる信号送信の対称性の破れが生じる。非相反性は、周波数変換器への、または周波数変換器に対する外部駆動信号に応答してよい。装置は、外部駆動信号を自動的に提供するように構成されていてもよい。
【0043】
装置100は、量子処理ユニットを備え得る量子コンピューティング回路などの信号源10に間接的または直接的に結合され得る。対称性の破れにより、装置は、読出し信号などの第1の信号を一方向に送信しながら、その信号から他方向へのバックアクションを緩和または防止することができる。第1の信号は、信号源から送信され得る。それに応じて、第1の信号は、量子コンピューティング回路の読出し信号などの読出し信号であってもよい。第1の信号は、たとえば、1～20GHzまたは2～10GHzの周波数を有し得る。装置は、たとえば2～4GHz以下の固定帯域幅を有する第1の信号用に構成され得る。周波数フィルタの周波数範囲は、それに応じて構成され得る。装置100は、信号源に対するバックアクションを緩和または防止するように構成され得る。装置の出力は、1つまたは複数の半導体増幅器に結合される場合があり、これらの半導体増幅器は、本装置の入力に比べて高温になる場合がある。装置は、信号源、たとえば量子処理ユニットに送信されるバックアクションノイズを緩和または防止するように構成され得る。
【0044】
図1に示されるように、第2の周波数フィルタ120により、第2の高周波数範囲外の周波数(f2,in)を有する任意のまたはすべての信号からのバックアクションが緩和されるか、または完全に防止され得る。一方、周波数変換器130がそのようなバックアクション信号の信号送信を相対的に抑制することにより、第2の高周波数範囲内の周波数(f1,in)を有する信号のいずれかまたはすべてからのバックアクションも緩和されるか、または完全に防止され得る。加えて、第1の周波数フィルタ110は、周波数変換器を介して送信される可能性のある、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号の任意のサブ信号を抑制または遮り得る。
【0045】
図1において、実線は装置100を介して送信される第1の信号を示している。破線は、抑制または遮られる信号またはサブ信号を示す。たとえば、第1の周波数フィルタ110および第2の周波数フィルタ120は、信号の送信を可能にするように構成された周波数範囲内にない、サブ信号を含むすべての信号を遮ることができる。周波数変換器130は、任意またはすべての周波数におけるバックアクションを抑制するように構成され得る。特に、周波数変換器を介した第1の信号の送信に対応する周波数範囲におけるバックアクションを抑制するように構成され得る。
【0046】
装置100にわたる信号送信のための好ましい方向、すなわち順方向は自由に選択することができ、装置はそれに応じて構成され得る。次いで、反対方向、すなわち、逆方向は、バックアクションに対応し得る。第1の代替によれば、装置は、第1の信号が第1の入力/出力端132から第2の入力/出力端134に送信され、反対方向のバックアクションを抑制または遮るように構成される。この代替では、周波数変換器は、外部信号に応答して、周波数変換器の第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、周波数変換器の第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成される。この代替では、信号源10は、第1の周波数フィルタ110において、間接的または直接的に装置に結合され得る。次いで、信号源は、第1の周波数フィルタを介して周波数変換器130に結合されるようになる。順方向は、第1の周波数フィルタから第2の周波数フィルタに向かう方向である。したがって、装置を介して送信される第1の信号は、たとえば読出し信号として、図1の信号20に対応し、信号源は第1の周波数フィルタに結合され得る。一方、信号30は次いでバックアクション信号に対応する。
【0047】
第2の代替によれば、第1の代替の代替または追加として、装置は、第1の信号が第2の入力/出力端134から第1の入力/出力端132に送信され、反対方向のバックアクションが抑制または遮るように構成される。この代替では、周波数変換器は、外部信号に応答して、周波数変換器の第1の入力/出力端において第1の低周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して利得を生成し、および/または、周波数変換器の第2の入力/出力端において第2の高周波数範囲内の周波数を有するその出力信号に対して減衰を生成するように構成される。この代替では、信号源10は、第2の周波数フィルタ110において、間接的または直接的に装置に結合され得る。次いで、信号源は、第2の周波数フィルタを介して周波数変換器130に結合されるようになる。順方向は、第2の周波数フィルタから第1の周波数フィルタに向かう方向である。したがって、装置を介して送信される第1の信号は、たとえば読出し信号として、図1の信号30に対応し、信号源は第2の周波数フィルタに結合され得る。一方、次いで、信号20はバックアクション信号に対応することになる。
【0048】
外部駆動信号は、周波数変換器の入力信号が変換されるしきい値周波数40を決定することができる。しきい値周波数は、第1の低周波数範囲よりも高く、第2の高周波数範囲よりも低くてもよい。また、第2の低周波数範囲よりも高く、第1の高周波数範囲よりも低くてもよい。外部駆動信号は、たとえば3方向または4方向ポンピングの光ポンピングなどのポンピングによって提供されてもよい。外部駆動信号のポンピング周波数は、しきい値周波数またはその倍数に対応し得る。4方向ポンピングの場合、ポンピング周波数はしきい値周波数に対応し得る。3方向ポンピングの場合、ポンピング周波数はしきい値周波数の2倍に対応し得る。
【0049】
特に重要な実施形態では、周波数変換器は、1つまたは複数の進行波パラメトリック増幅器(TWPA)を備えるか、またはそれらからなる。知られているように、TWPAの出力信号は、出力信号が生成されるTWPAの入力信号とは異なる周波数を有するアイドラ信号を含み得る。アイドラ信号に加えて、TWPAの出力信号は、出力信号が生成されるTWPAの入力信号と同一または実質的に同一の周波数を有する信号も含み得る。本開示を考慮して、装置100は、装置の出力信号を、たとえば読出し信号として提供するためにアイドラ信号を利用するように構成され得る。これにより、アイドラ信号は、上記の第1の代替に従って、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号、または、上記第2の代替に従って、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号を提供し得る。この信号は、装置の出力信号となり得る。しきい値周波数は、TWPAに対するポンプ周波数、またはその倍数に対応し得る。代替または追加として、周波数変換器は、1つまたは複数の同調可能な移相器、および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータを備えるか、またはそれらからなる。たとえば、周波数変換器は、直列の2つ以上の同調可能な移相器を備えることができ、これは、直列の2つ以上のSQUIDループを備え得る。それらは、直列で実質的に完全な送信を有し得る。移相器のうちの2つは、たとえば等しい大きさで、反対方向の移相を生成するように構成され得る。装置は、時間の関数として位相を非線形に変調し、それにより、信号送信を非相反的、すなわち方向依存的にするように構成され得る。
【0050】
図2aおよび図2bは、構成体200の例を示す。この構成体は、装置100を備える。しかしながら、この構成体は、特にその順方向において、構成体全体にわたって信号周波数を維持するか、または少なくとも実質的に維持するように構成されている。
【0051】
この目的のために、構成体200は、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号を送信し、第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号を遮るように構成された、少なくとも1つの追加の周波数フィルタ、第3の周波数フィルタ210、220を備える。第3の周波数範囲と第3の周波数範囲外の周波数範囲は重ならなくてよい。第3の周波数範囲は、第1の周波数範囲または第2の周波数範囲のうち、信号送信方向において第3の周波数フィルタから遠い方と、部分的または完全に一致し得る。第3の周波数範囲外の周波数範囲は、第3の周波数範囲外の周波数を有する信号はすべて遮られ、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号はすべて送信されるように、第3の周波数範囲と相補的であってもよい。
【0052】
上記の目的のために、構成体200は、装置と第3の周波数フィルタ210、220との間に結合された少なくとも1つの追加の周波数変換器、第2の周波数変換器230も備える。結合は、装置に提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、構成体が、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を第3の周波数フィルタから生成するように構成されるか、または、第3の周波数フィルタに提供される入力周波数を有する入力信号に応答して、構成体が、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号を装置から生成するように構成され得る。第2の周波数変換器は、周波数変換のための(第1の)周波数変換器に対して、少なくとも変換された周波数値に関して、ミラーリングまたは実質的にミラーリングされ得る。(第1の)周波数変換器および第2の周波数変換器は、周波数に対して反対方向に周波数変換を行うという事実を除けば、類似していてもよく、同一であってもよく、異なっていてもよい。(第1の)周波数変換器130と同様に、第2の周波数変換器も、その第1の入力/出力端と第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反となるように構成され得る。特に、第2の周波数変換器は、(第1の)周波数変換器と同じ方向への信号送信を優先するように構成され得る。非相反性は、第2の周波数変換器への、または第2の周波数変換器に対する外部駆動信号に応答してよい。構成体は、外部駆動信号を自動的に提供するように構成されていてもよい。これは、(第1の)周波数変換器への、または周波数変換器に対する外部駆動信号に関して、同時に、または別個に提供され得る。(第1の)周波数変換器および第2の周波数変換器は、外部駆動信号を共有することもできる。第2の周波数変換器230は、1つまたは複数のTWPAを備え得るか、またはそれらからなり得る。代替または追加として、1つまたは複数の同調可能な移相器および/またはジョセフソンパラメトリックコンバータを備え得るか、またはそれらからなり得る。
【0053】
第3の周波数フィルタ210、220と第2の周波数変換器230は、装置100の前または後に結合され得る。いずれの場合も、第2の周波数変換器は、第3の周波数フィルタと装置との間に結合され得る。装置100に関して、構成体200は、第1の周波数フィルタから第2の周波数フィルタへ、または第2の周波数フィルタから第1の周波数フィルタへの信号送信に対して順方向を有するように構成され得る。いずれの場合も、第3の周波数フィルタは、第1の周波数フィルタおよび第2の周波数フィルタの前でも後でもよく、それにより、構成体の4つの可能な構成が提供される。構成体および対応する方法は、次の4つの順序、第1のフィルタリング-(第1の)周波数変換-第2のフィルタリング-第2の周波数変換-第3のフィルタリング、第2のフィルタリング-(第1の)周波数変換-第1のフィルタリング-第2の周波数変換-第3のフィルタリング、第3のフィルタリング-第2の周波数変換-第2のフィルタリング-(第1の)周波数変換-第1のフィルタリング、および第3のフィルタリング-第2の周波数変換-第1のフィルタリング-(第1の)周波数変換-第2のフィルタリングのいずれかを備え得る。これらのうち、図2aは第2の例、図2bは第3の例を示している。いずれの場合も、(第1の)周波数変換器は、第2の周波数フィルタから第1の周波数フィルタへの順方向の信号送信を優先するように構成されている。第1の例は、信号源10が構成体の反対側の端部、すなわち第1の周波数フィルタ110に結合され、(第1の)周波数変換器における周波数変換が、第1の周波数フィルタから第2の周波数フィルタへの順方向への信号送信を優先するように構成された、図2bの構成体から取得され得る。第4の例は、信号源10が構成体の反対側の端部、すなわち第3の周波数フィルタ220に結合され、(第1の)周波数変換器における周波数変換が、第1の周波数フィルタから第2の周波数フィルタへの順方向への信号送信を優先するように構成された、図2aの構成体から取得され得る。
【0054】
装置100では、一般に、第1の周波数フィルタ110および/または第2の周波数フィルタ120は受動フィルタであってもよい。特に、第1の周波数フィルタ110および/または第2の周波数フィルタ120は、ダイプレクサによって提供され得る。しかしながら、さらなる送信のために2つの周波数帯域を分離する代わりに、帯域のうちの1つを遮ることもできる。周波数フィルタは、信号終端のための1つまたは複数の抵抗器を備え得る。第1のフィルタおよび/または第2のフィルタは、たとえば、すべての周波数に対して、または第1の低周波数範囲、第1の高周波数範囲、第2の低周波数範囲、第2の高周波数範囲、第3の周波数範囲、および第3の周波数範囲外の周波数範囲のいずれかまたはすべての中の周波数に対して、回路内で抵抗フィルタとして見られるように構成され得る。電磁絶縁の場合、それらは、たとえば50オーム±0～10オームまたは50オーム±0～2オーム、あるいは実質的に50オームの抵抗値を有する抵抗フィルタとして機能することができる。周波数フィルタの反射は、たとえば反射パラメータ(s11)によって表されるように、たとえば信号源10から離れる方向など、順方向の周波数変換器の利得よりも小さい場合がある。上記のすべては、第3の周波数フィルタ210、220にも当てはまる。
【0055】
装置100および構成体は、極低温で動作するように構成され得る。これは、本明細書に開示された構成要素のいずれかまたはすべて、特に第1の周波数フィルタ、第2の周波数フィルタおよび(第1の)周波数変換器、ならびに任意選択で第3の周波数フィルタおよび/または第2の周波数変換器に適用される。
【0056】
図3は、方法の例を示している。方法300は、装置100および/または構成体200に関連して説明した任意の行為を含み得る。この方法は、電磁絶縁、たとえば、極低温動作温度であり得る量子コンピューティング回路を、より高温にある1つまたは複数の増幅器などの電子機器から絶縁するために使用され得る。
【0057】
方法300は、第1の周波数フィルタにおける第1の周波数フィルタリングを容易にするステップと、第2の周波数フィルタにおける第2の周波数フィルタリングを容易にするステップとを含む。第1のフィルタリングでは、第1の低周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され、第1の高周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られる。第2のフィルタリングでは、第2の低周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られ、第2の高周波数範囲内の周波数を有する信号が送信される。第1の周波数フィルタリングおよび第2の周波数フィルタリングは、互いに対して周波数がミラーリングされ得る。2つのフィルタリングは、第1の周波数フィルタが第2の周波数フィルタと直列になるように、直列構成で実行され得る。任意選択で、方法は、第3の周波数フィルタにおける第3の周波数フィルタリングを容易にするステップを含み得る。第3のフィルタリングでは、第3の周波数範囲内の周波数を有する信号が送信され得、第3の周波数範囲外の周波数範囲内の周波数を有する信号が遮られ得る。上に示したように、第3の周波数範囲は、第1の周波数範囲または第2の周波数範囲のいずれかと部分的または完全に一致し得る。いずれの場合も、周波数範囲のいずれかに関して述べられたことは、装置、構成体、および方法の開示全体に適用される。
【0058】
方法300はまた、第1の周波数フィルタに結合された第1の入力/出力端と第2の周波数フィルタに結合された第2の入力/出力端との間の(第1の)周波数変換を容易にするステップも含む。周波数変換は、第1の入力/出力端が周波数変換器の第1の入力/出力端132であり、第2の入力/出力端が周波数変換器の第2の入力/出力端であるように、(第1の)周波数変換器130によって実行され得る。周波数変換は、周波数変換が第1の周波数フィルタリングと第2の周波数フィルタリングとの間で実行されるように、2つのフィルタリングに関して直列構成で実行されてもよく、直列構成におけるそれらの相対順序は、たとえば、装置100または構成体200の文脈で示されるように、電磁絶縁のためのバックアクションを緩和するように決定されてもよい。周波数変換は、第2の入力/出力端における第2の高周波数範囲内の周波数を有する周波数変換の出力信号に対して、第1の入力/出力端における第1の低周波数範囲内の周波数を有する周波数変換の出力信号を相対的に抑制するか、または相対的に強化するために、たとえば、周波数変換に対する外部駆動信号に応答して、第1の入力/出力端と第2の入力/出力端との間の信号送信に関して非相反的に実行され得る。(第1の)周波数変換は、一方向の信号送信が優先され得るように、非相反的にすることができる。これによって、第1のフィルタリングと第2のフィルタリングとともに、信号源からの信号送信が信号源に向かう信号送信よりも優先されるように、この方法を電磁絶縁に使用することができる。
【0059】
任意選択で、方法が第3の周波数フィルタリングを含むとき、方法は、第2の周波数変換を容易にするステップも含み得る。これは、第2の周波数変換器230によって実行されてもよく、第2の周波数変換器に関連して説明された任意の特徴を伴い得る。特に、第2の周波数変換は、(第1の)周波数変換に対して、少なくとも変換された周波数値に関して、周波数変換をミラーリングまたは実質的にミラーリングし得る。第2の周波数変換は、第3の周波数フィルタリングと、330で他の2つの周波数フィルタリングの間で実行される第1の周波数フィルタリングおよび第2の周波数フィルタリングのうちのいずれかとの間で実行されるように、フィルタリングに関して直列構成で実行されてもよい。これにより、第3の周波数フィルタリングは、直列構成の3つの周波数フィルタリングの最初310または最後350として常に実行される。前者の場合、第2の周波数変換は、第1の周波数フィルタリングおよび第2の周波数フィルタリングならびに(第1の)周波数変換の前に直列構成で行われ、後者の場合、第2の周波数変換は、第1の周波数フィルタリングおよび第2の周波数フィルタリングならびに(第1の)周波数変換の後に直列構成で行われる。
【0060】
それに応じて、方法は、入力周波数を有する入力信号に対して第1の周波数フィルタリング、(第1の)周波数変換、および第2の周波数フィルタリングが実行されることに応答して、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が第3の周波数フィルタから生成されるように実行することができる。これは、前述した第2のケースで起こる。直列構成では、入力信号は、最初に310で第1の周波数フィルタリングまたは第2の周波数フィルタリングが行われ、次いで320で(第1の)周波数変換が行われ、次いで330で第2の周波数フィルタリングまたは第1の周波数フィルタリングのうちまだ行われていない方が行われ、次いで340で第2の周波数変換が行われ、次いで第3の周波数フィルタリングが行われる。電磁絶縁の順方向では、これは、たとえば読出し信号としての(第1の)信号を、信号源から、たとえばより高温の処理段階に送信することに対応する。これにより、第2の周波数変換は、周波数の逆変換に対応し得、一方、3つの周波数フィルタリング310、330、350のうち最も中央の周波数フィルタリング330は、任意のまたはすべての非変換のバックアクション信号またはサブ信号が2つの周波数変換320、340を横切って送信されることを抑制する。
【0061】
あるいは、この方法は、入力周波数を有する入力信号を第3の周波数フィルタに提供したことに応答して、入力周波数に実質的に対応する出力周波数を有する出力信号が第1の周波数フィルタまたは第2の周波数フィルタから生成されるように実行され得る。これは、前述した第1のケースで起こる。直列構成では、入力信号は最初に310で第3の周波数フィルタリングが行われ、次いで320で第2の周波数変換が行われ、次いで330で第1の周波数フィルタリングまたは第2の周波数フィルタリングが行われ、次いで340で(第1の)周波数変換が行われ、次いで第2の周波数フィルタリングまたは第1の周波数フィルタリングのうち、まだ行われていない方が行われる。電磁絶縁の順方向では、これはまた、たとえば読出し信号としての(第1の)信号を、信号源から、たとえばより高温の処理段階に送信することに対応する。ここで、第1の周波数変換は、周波数の逆変換に対応し得、一方、3つの周波数フィルタリング310、330、350のうち最も中央の周波数フィルタリング330は、任意のまたはすべての非変換のバックアクション信号またはサブ信号が2つの周波数変換320、340を横切って送信されることを抑制する。
【0062】
方法300は、極低温で実行され得る。方法は、信号源、たとえば量子処理ユニットに送信されるバックアクションノイズを緩和または防止するために実行され得る。
【0063】
装置100、構成体200、および方法300に関して、TWPAは、非相反周波数変換に特に有利な特性を提供することがわかっている。TWPAの場合、順方向利得と逆方向利得が異なる場合がある。また、TWPAにわたるアイドラ信号の逆方向および順方向の生成の振幅が異なる場合がある。TWPAの入力フィルタおよび出力フィルタの送信スペクトルは、入力フィルタおよび出力フィルタによって逆信号を除去できるように、2つの周波数範囲に分離することができ、ここで、第1のフィルタリングおよび第2のフィルタリングが容易になる。TWPAは、フィルタからの干渉なしに順方向アイドラ信号を生成し得る。入力周波数を有する元の信号は、第1のフィルタリングおよび/または第2のフィルタリングによって除去され得る。しかしながら、同じ情報が、入力信号に関連する任意またはすべての情報を読み出すための出力信号として使用され得るアイドラ信号によって送信され得る。一方、TWPAによって生成された任意の逆アイドラ信号は著しく減衰し得る。
【0064】
図4a、図4b、図4cは、シミュレーションの一例を示す。これらの例では、順方向のポンピング下でのTWPAの逆アイドラ信号がどのように減衰され得るかを示すために、TWPAの単純化されたバージョンが数値的にシミュレーションされる。図4a:420および図4cからわかるように、ポンピングなしの場合、シミュレートされた回路は、順方向と逆方向の両方でほぼ単位送信を有する。図4a:410に示されるように、ポンピング下、TWPAは単位を維持するために逆方向の送信するように、順方向は利得を示すように構成することができる。図4b:430で、ポンピングなしの信号は、ポンピングありの信号に対応する隣接ピークと重ならないように周波数がわずかにオフセットされており、振幅の変化をより簡単に検証することができる。この図では、最も高いピークは、ポンピングに対応し、したがって、入力/出力信号特性の一部ではない。
【0065】
本明細書に記載の様々な機能は、別段の指示がない限り、異なる順序で、および/または互いに同時に実行されてもよい。
【0066】
本明細書に記載の任意の範囲またはデバイスの値は、特に明記されていない限り、求められる効果を失うことなく拡張または変更することができる。また、明示的に禁止されていない限り、任意の例を別の例と組み合わせることができる。
【0067】
主題は、構造的特徴および/または行為に特有の文言で説明されているが、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または行為に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、上述した特定の特徴および行為は、特許請求の範囲を実施する例として開示されており、他の同等の特徴および行為は特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【0068】
上述した利益および利点は、1つの実施形態に関連する場合もあれば、いくつかの実施形態に関連する場合もあることが理解されよう。実施形態は、記載された問題のいずれかまたはすべてを解決するもの、あるいは記載された利益および利点のいずれかまたはすべてを有するものに限定されない。さらに、「ある」項目への言及は、それらの項目のうちの1つまたは複数を指す場合があることが理解されよう。
【0069】
本明細書において、「含む」という用語は、特定された方法、ブロックまたは要素を含むことを意味するが、そのようなブロックまたは要素は排他的なリストを構成するものではなく、方法または装置は追加のブロックまたは要素を含み得ることを意味するために使用される。
【0070】
「第1」、「第2」などの数値記述子は、本文中では単に、そうでない場合類似の名前を有する部分を区別する方法として使用される。数値記述子は、任意の特定の構造における優先順位、製造順位、または発生順位など、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。
【0071】
本発明をあるタイプの装置および/または方法との関連で説明してきたが、本発明はいかなるタイプの装置および/または方法にも限定されないことを理解されたい。本発明をいくつかの例、実施形態および実装形態に関連して説明してきたが、本発明はそのように限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲内にある様々な修正および同等の構成をカバーする。様々な例をある程度の特殊性をもって、あるいは1つまたは複数の個別の実施形態を参照して上記で説明してきたが、当業者であれば、本明細書の範囲から逸脱することなく、開示された例に多くの変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0072】
10 信号源
20 信号
40 しきい値周波数
100 装置
110 周波数フィルタ
120 周波数フィルタ
130 周波数変換器
132 第1の入力/出力端
134 第2の入力/出力端
200 構成体
210 第3の周波数フィルタ
220 第3の周波数フィルタ
230 第2の周波数変換器
300 方法
310 周波数フィルタリング
320 周波数変換
330 周波数フィルタリング
340 周波数変換
350 周波数フィルタリング
20 信号
40 しきい値周波数
100 装置
110 周波数フィルタ
120 周波数フィルタ
130 周波数変換器
132 第1の入力/出力端
134 第2の入力/出力端
200 構成体
210 第3の周波数フィルタ
220 第3の周波数フィルタ
230 第2の周波数変換器
300 方法
310 周波数フィルタリング
320 周波数変換
330 周波数フィルタリング
340 周波数変換
350 周波数フィルタリング
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【国際調査報告】