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特表2024-532933量子計算における、又は量子計算に関する改善

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-09-10

(54)【発明の名称】量子計算における、又は量子計算に関する改善

(51)【国際特許分類】

G06N 10/40 20220101AFI20240903BHJP

【ＦＩ】

G06N10/40

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024515516

(86)(22)【出願日】2022-09-09

(85)【翻訳文提出日】2024-03-08

(86)【国際出願番号】 GB2022052296

(87)【国際公開番号】W WO2023037124

(87)【国際公開日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】2112875.6

(32)【優先日】2021-09-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524002175

【氏名又は名称】ユニバーサルクオンタムリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ノース，リチャード

(57)【要約】

本発明によれば、イオントラップが提供され、イオントラップは、イオントラップを形成する複数の電極と、複数のＤＡＣであって、各ＤＡＣが電極を制御するように構成されている、複数のＤＡＣと、
クロック信号を各電極に送信するように構成されたクロック信号生成器と、
クロック信号を停止するか、又はクロック信号をクロック信号生成器からＤＡＣのうちの１つ以上に送信するように構成されたマルチプレクサと、マルチプレクサによって、ＤＡＣへのクロック信号を制御するように構成されたクロック信号コントローラと、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオントラップであって、
イオントラップを形成する複数の電極と、
複数のＤＡＣであって、各ＤＡＣが電極を制御するように構成されている、複数のＤＡＣと、
クロック信号を各電極に送信するように構成されたクロック信号生成器と、
前記クロック信号を停止するか、又は前記クロック信号を前記クロック信号生成器から前記ＤＡＣのうちの１つ以上に送信するように構成されたマルチプレクサと、
前記マルチプレクサによって、前記ＤＡＣへの前記クロック信号を制御するように構成されたクロック信号コントローラと、を備える、イオントラップ。

【請求項2】

前記電極及びＤＡＣが、複数のグループにグループ化されており、前記マルチプレクサが、前記クロック信号を停止するか、又は前記クロック信号をグループ内の全てのＤＡＣに送信するように構成されている、請求項１に記載のイオントラップ。

【請求項3】

各電極及びＤＡＣが、単一の電極グループの一部である、請求項２に記載のイオントラップ。

【請求項4】

各電極が、複数の電極グループの一部である、請求項２に記載のイオントラップ。

【請求項5】

複数のマルチプレクサを更に備え、各マルチプレクサが、前記クロック信号を停止するか、又は前記クロック信号を前記クロック信号から前記ＤＡＣのうちの１つ以上に送信するように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載のイオントラップ。

【請求項6】

前記マルチプレクサが、グリッチフリーマルチプレクサである、先行請求項のいずれか一項に記載のイオントラップ。

【請求項7】

少なくとも１つのＤＡＣが、無線周波数信号を生成するように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載のイオントラップ。

【請求項8】

少なくとも１つのＤＡＣが、ＤＣ信号を生成するように構成されている、先行請求項のいずれか一項に記載のイオントラップ。

【請求項9】

先行請求項のいずれか一項に記載のイオントラップを備える量子コンピュータ。

【請求項10】

各々がＤＡＣによって制御される複数の電極を備えるイオントラップ内のイオンを操作する方法であって、前記方法が、
クロック信号を生成することと、
１つ以上の対応するＤＡＣに対する１つ以上の信号クロック信号制御信号を生成することと、
前記対応する１つ以上のＤＡＣに対応する前記クロック信号制御信号に従って、各ＤＡＣへの前記クロック信号の送信を制御することと、を含む、方法。

【請求項11】

前記クロック信号は、ＤＡＣ値が変更されるときに、それぞれの前記ＤＡＣに送信される、請求項１０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ノイズが低減されたイオントラップ量子コンピュータを提供することに関する。

【発明の概要】

【0002】

一般に、いわゆる「古典的計算」とは異なり、量子計算は、データを生み出すか又は変更するための粒子又は物質の量子力学的特性に依存する。データは、２つの状態量子力学的システムである量子ビット又は「キュービット」によって表されてもよい。古典的計算とは異なり、キュービットは量子状態の重ね合わせであってもよい。量子計算の別の特徴は、１つの粒子又は原子の状態が別の粒子又は原子によって影響を受けるキュービット間のもつれである。

【0003】

量子力学的キュービットは、ゼロと１との組み合わせとして情報を同時に符号化することができる。このような特性により、古典的コンピュータでは伝統的に困難であった数多くの複雑な数値アプリケーションが可能になる。例としては、人工知能、画像処理及び認識、暗号、又は安全な通信などが挙げられる。

【0004】

イオン超微細電子状態（Ｚｅｅｍａｎ分割状態）内では、磁界の使用、及び異なるキュービット状態として使用される異なる電子レベル、及びマイクロ波放射又はレーザーを使用してレベル間を移動する電子によって明らかにすることができる。

【0005】

イオントラップ量子コンピュータ（量子荷電結合デバイス）では、イオントラップは、量子計算で使用されるイオンを制御するために使用され得、表面電極は、自由空間に浮遊するイオンを操作及びトラップするための電界を生成するために使用される。イオントラップの表面電極電位は、次々にＤＡＣによって制御される。最先端の量子コンピュータは、同じタイプの多くのＤＡＣ、例えば、１ＭＨｚを超える更新レートを有する１６ビットＤＡＣを使用する。

【0006】

各個々の電極は、独立して制御可能であり、各電極は、それに結合された対応するＤＡＣを有する。電極のタイミングを慎重に制御する必要があり、ＤＡＣ信号のタイミングが慎重に制御されることを確実にするようにクロック信号が各ＤＡＣに送信される。

【0007】

イオントラップシステム内のノイズは、システムの有用性を制限するキュービットの忠実度を低減する。

【0008】

本発明の目的は、ノイズが低減されたイオントラップシステムを提供することである。特に、イオントラップ型キュービットが特に敏感であり得る１００ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲のノイズを低減することが望ましい。

【0009】

本発明によれば、イオントラップが提供され、イオントラップは、イオントラップを形成する複数の電極と、複数のＤＡＣであって、各ＤＡＣが電極を制御するように構成されている、複数のＤＡＣと、クロック信号を各電極に送信するように構成されたクロック信号生成器と、クロック信号を停止するか、又はクロック信号をクロック信号生成器からＤＡＣのうちの１つ以上に送信するように構成されたマルチプレクサと、マルチプレクサによって、ＤＡＣへのクロック信号を制御するように構成されたクロック信号コントローラと、を備える。これにより、ＤＡＣに送信されるクロック信号、ひいては、システム内のノイズが最小化される。しかしながら、クロック信号は、クロック信号が必要な場所に送信されるため、システムの効率は損なわれない。

【0010】

本明細書に記載の方法は、ノイズを最小化するために使用される。これらは、イオントラップに関連して説明されているが、電極へのクロック信号を制御する方法は、他の量子コンピュータ、例えば、超伝導キュービット又は正確な制御を必要とする任意の他のキュービットに適用され得る。

【0011】

電極及びＤＡＣは、複数のグループにグループ化され得、マルチプレクサは、クロック信号を停止するか、又はクロック信号をグループ内の全てのＤＡＣに送信するように構成されている。グループ内のＤＡＣ及び電極は、好ましくは、イオントラップ内で互いに近接して配置されている。次いで、単一のマルチプレクサは、領域内の全てのＤＡＣへのクロック信号の送信を制御することができる。これは、キュービットが領域内にないか、又は移動していない場合、その領域内の全てのＤＡＣを更新する必要がないため、有利である。各ＤＡＣ及び電極対は、好ましくは、単一のグループの一部である。

【0012】

ＤＡＣは、ＤＣ信号又は無線周波数信号を生成するように構成され得る。そのため、ＤＣ及び／又は無線周波数信号のタイミングを同期させることができる。

【0013】

マルチプレクサに結合されたＤＡＣは、無線周波数信号を生成するように構成され得る。代替的に、それらは、ＤＣ信号を生成するように構成され得る。

【0014】

マルチプレクサは、好ましくは、グレッチフリーマルチプレクサであり、そのため、マルチプレクサは、クロック信号がオンでないときにのみオン又はオフ（すなわち、変化した状態）に切り替わる。

【0015】

イオントラップは、表面イオントラップであり得る。イオントラップは、量子コンピュータ内に配置され得る。

【0016】

本発明によれば、各々がＤＡＣによって制御される複数の電極を備えるイオントラップ内のイオンを操作する方法が提供され、方法は、クロック信号を生成することと、１つ以上の対応するＤＡＣに対する１つ以上の信号クロック信号制御信号を生成することと、対応する１つ以上のＤＡＣに対応するクロック信号制御信号に従って、各ＤＡＣへのクロック信号の送信を制御することと、を含む。

【0017】

一実施形態では、クロック信号は、ＤＡＣ値が変更されるときにのみ、それぞれのＤＡＣに送信される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明と関連して使用される電極のアレイを示す。

【図2】図２は、本発明による配置を示す。

【0019】

図１を参照すると、本発明と関連して使用される電極の例示的な配置がある。図１は、イオントラップ型量子コンピュータ１０におけるｘ接合デバイス１２を示す。ｘ接合１２は、ｘ接合デバイス１２の領域にイオンをトラップするように構成された複数の電極２２を備える。各電極２２は、ＤＡＣによって駆動されて、ｘ接合デバイス１２の領域の機能を実行する。ｘ接合デバイス１２は、領域に分割される。ｘ接合デバイス１２の領域は、各領域で実行される機能に応じて、結晶オペレーション１４、接合シャトリング１６、論理領域／ゲートゾーン１８、及びリニアシャトリング２０に分割され得る。

【0020】

ｘ接合は、北セクション（図１に示すような中央の上方）、東セクション（図１に示すような中央の右）、南セクション（図１に示すような中央の下方）、及び西セクション（図１に示すような中央の左）の４つのセクションに分割される。セクション内にイオンがない場合、電極のうちのいずれにも信号は印加されない場合がある。代替的に、信号があってもよいが、信号の変化はない。同様に、イオンが左から中央へとシャトリングされている場合、北東又は南のセクションの電極に信号は印加されない場合がある。

【0021】

イオントラップは、長手方向のイオンの位置を制御する複数のＤＣ電極、及び軸方向のイオンの位置を制御する複数のＲＦ電極によって形成されている。そのため、電極への信号の変化のタイミング（これは次にＤＡＣによって制御される）は非常に重要である。信号のタイミングは、クロック信号によって同期される。しかしながら、クロック信号のノイズが多くなる可能性があり、これは、特にゲート機能中に望ましくない。

【0022】

無線周波数信号は、軸方向トラップ周波数を生成する１０～４０ＭＨｚの範囲内であり得る。例えば、これは３ＭＨｚであり得る。
ＤＣ電極は、最大電圧Ｖｄａｃを有する。
ＤＣ電極（Ｄｖ／Ｄｘ）によって作り出されたウェルの勾配は、動きトラップ周波数を生成する。例えば、５００ｋＨｚである。

【0023】

図２は、本発明による配置を示す。見て分かるように、クロック信号を生成するクロック３０が存在する。クロック信号は、一連のマルチプレクサ４１、４２に送信される。この実施例では、同じクロック信号が全てのマルチプレクサに送信される。クロック信号は、パルス信号の形態を取ってもよいが、任意のクロック信号であり得る。

【0024】

各マルチプレクサは、特定の領域内の複数のＤＡＣに結合される。例えば、マルチプレクサは、上述のような北セクションＤＡＣ、又は上述のような南セクションＤＡＣに結合され得る。

【0025】

図２はまた、クロック制御ユニット５０を示す。クロック制御ユニット５０は、クロック制御信号をマルチプレクサ４１、４２に送信する。各マルチプレクサに送信されるクロック制御信号は、概して互いに独立している。クロック制御信号は、クロック３０によって生成されたクロック信号が、マルチプレクサによって、複数のＤＡＣ４１１、４１２、４１３、４２１、４２２、４２３に送信されるかどうかを制御する。クロック信号は、ＤＡＣ信号のタイミングで使用され、各ＤＡＣは、電極４１５、４１６、４１８、４２６、４２７、４２８に結合される。電極は、ＤＣ電極又は無線周波数（ＲＦ）電極であり得る。

【0026】

イオントラップは、ＤＣ電極に結合されるＤＣ信号を生成するように構成されたＤＡＣと、ＲＦ電極に結合されるＲＦ信号を生成するように構成されたＤＡＣと備え得る。ＤＣ電極は、長手方向のイオンの位置を制御し、ＲＦ電極は、軸方向のイオンの位置を制御する。使用される典型的な無線周波数は、１０～４０ＭＨｚの範囲内である。

【0027】

ＤＡＣからの信号は、ＤＣ電極又はＲＦ電極のいずれかであり得る電極に送信される。したがって、クロック信号がＤＡＣに送信されて、電極を制御する信号を生成し、次に、電極がイオンの位置を制御する。イオンの位置及び動きを制御するために、電極への信号は、クロック信号によって同期されなければならない。しかしながら、領域内にイオンがない場合、又はイオンが移動していない（かつ例えば、ゲート機能がある）場合、クロック信号は必要とされない場合がある。これは、特に、ノイズを最小化しなければならないときのゲート動作中に重要である。

【0028】

キュービットがセクション内にないか、又はセクション内で移動しておらず、ひいては、セクション内のＤＡＣ値が変化していない場合、クロック信号をＤＡＣに送信する必要はない。したがって、クロック制御信号は、クロック信号が、それが結合されるＤＡＣに送信されることを停止する。

【0029】

例えば、特定の時点で、マルチプレクサ４１へのクロック制御信号は、マルチプレクサ４１を制御して、クロック信号を、それが結合されるＤＡＣ４１１、４１２、４１３に送信し得る。したがって、ＤＡＣ出力は、送信されたクロックタイミングに基づいて変更され得る。同時に、マルチプレクサ４２へのクロック制御信号は、クロック信号が、それが接続されるＤＡＣ４２１、４２２、４２３に送信されることを停止し得る。したがって、ＤＡＣの各々からの信号は変化しないままである。例えば、ＤＣＤＡＣ４２１、４２２、４２３は、異なる値であり得るが、クロック信号が存在しないため、それらの値は変化しない。クロック信号のないＲＦＤＡＣの場合、ＲＦ信号は、同じ周波数及び強度のままである。

【0030】

クロック信号は、システム内のノイズを生成し、かつクロック信号を受信するＤＡＣの数を低減し、したがって、システム内のノイズを低減する。特に、本発明では、特定の領域へのクロック信号の送信は、ゲート機能がその領域で発生している間に停止され得る。

【0031】

マルチプレクサは、好ましくは、グレッチフリーマルチプレクサであり、これにより、マルチプレクサは、クロックパルス中にオン又はオフに切り替えられない。マルチプレクサは、出力制御を有するクロックバッファであり得る。

【0032】

上記の説明は、複数のＤＡＣに結合されたマルチプレクサを説明するが、代替的に、各ＤＡＣに結合されたマルチプレクサが存在し得る。マルチプレクサは、特定の物理的領域においてＤＡＣに結合され得、他のマルチプレクサは、異なるマルチプレクサに結合される。別の代替案は、マルチプレクサが、特定の領域において異なるタイプのＤＡＣ（例えば、ＤＣＤＡＣ又はＲＦＤＡＣ）に結合され得ることである。例えば、第１のマルチプレクサは、領域内のＤＣＤＡＣに結合され得、第２のマルチプレクサは、特定の領域であるＲＦＤＡＣに結合され得る。

【0033】

ＤＡＣは、グループ化され得、単一のマルチプレクサがグループ内の全てのＤＡＣに対するクロック信号を制御する。ＤＡＣは、単一のグループの一部であり得、又は代替的に、クロック信号が１つ以上のマルチプレクサを介して送信されるように、２つ以上のグループの一部であり得る。

【0034】

図２で見て分かるように、複数のマルチプレクサがあり、各々がＤＡＣのグループを制御する。

【0035】

図示されていないが、マルチプレクサは、ツリー構造内に配置され得、これにより、１つのマルチプレクサは、クロック信号を制御するか、又はクロック信号を複数のマルチプレクサに送信し、次に、マルチプレクサは、複数のＤＡＣへの任意のクロック信号を制御又はブロックする。この一実施例は、より大きな領域内の全てのＤＡＣに対して複数のマルチプレクサを制御するが、各サブマルチプレクサがＤＡＣを領域のより小さな部分に制御する、マルチプレクサである。

【0036】

代替的に、ＤＡＣは、例えば、ＤＡＣ値を提供するためのＤＡＣコントローラであり得る。マルチプレクサは、ＤＡＣを全体的又は部分的に切り替え得る。

【0037】

イオンは、１０ＭＨｚ未満、特に、１００ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲のノイズに敏感である。クロック周波数がこの範囲内であり得るため、特にゲート機能が実施される間、これを最小化することが特に重要である。更なる代替として、クロック制御信号は、新しい波形がＤＡＣに適用されるときにのみ、クロック信号を送信するために使用され得る。これにより、ＤＡＣタイミングを正確に制御することができる。

【0038】

本明細書で使用される場合、「及び／又は」は、他方を有する、又は有さない２つの特定の特徴又は構成要素の各々の特定の開示として取られるべきである。例えば、「Ａ及び／又はＢ」は、各々が本明細書に個別に記載されているかのように、（ｉ）Ａ、（ｉｉ）Ｂ、及び（ｉｉｉ）Ａ及びＢの各々の特定の開示として取られるべきである。

【0039】

文脈が別途指示しない限り、上述の特徴の説明及び定義は、本発明の任意の特定の態様又は実施形態に限定されず、記載される全ての態様及び実施形態に等しく適用される。

【0040】

当業者であれば、本発明はいくつかの実施形態を参照して例として説明されているが、更に理解するであろう。開示された実施形態に限定されず、代替的な実施形態は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく構築され得る。

【図1】