▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
(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】2024-11-21
(54)【発明の名称】永久電流量子ビット用のＸＸカプラ
(51)【国際特許分類】
H10N 60/12 20230101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
H10N60/12 A ZAA
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024535254
(86)(22)【出願日】2023-01-10
(85)【翻訳文提出日】2024-06-12
(86)【国際出願番号】 US2023010481
(87)【国際公開番号】W WO2023146750
(87)【国際公開日】2023-08-03
(31)【優先権主張番号】17/585,173
(32)【優先日】2022-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520128820
【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】エプスタイン、ライアン ジェイ
【テーマコード（参考）】
4M113
【Ｆターム（参考）】
4M113AC44
4M113AC45
4M113AC50
(57)【要約】
２つの量子ビットを結合するためのシステムおよび方法が提供される。第１の永久電流量子ビットは、第２のジョセフソン接合から第１のインダクタおよび第２のインダクタによって分離された第１のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを用いて作製される。第２の永久電流量子ビットは、第４のジョセフソン接合から第３のインダクタおよび第４のインダクタによって分離された第３のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを用いて作製される。第１の量子ビットのジョセフソン接合およびそれらの隣接するインダクタによって定義されたノードは、第１のコンデンサを介して、第３のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された対応するノードに接続され、１つのペアの接続は、ノードがそれぞれ対応するノードに接続されないように取り替えられている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
システムであって、第１の一連のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１の一連のジョセフソン接合は、前記第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第１の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第１の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第１の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第１の永久電流量子ビットと、
第２の一連のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第２の一連のジョセフソン接合は、前記第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第２の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第２の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの回路ノード間にある一組の容量結合であって、前記一組の容量結合の第１の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第２の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第３の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第４の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する、前記一組の容量結合と、を備えるシステム。
【請求項2】
第３の一連のジョセフソン接合によって遮断される第３の超伝導ループを備える第３の永久電流量子ビットをさらに備え、前記第３の一連のジョセフソン接合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第３の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第３の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第３の複数のインダクタのうちの１つのインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有しており、前記一組の容量結合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第３のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第５の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第３のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第６の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第４のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第７の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第４のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第８の容量結合とをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記一組の容量結合の各々は、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つを使用して実装される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記第１の一連のジョセフソン接合および前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの臨界電流を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
方法であって、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットを作製するステップと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットを作製ステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、第１のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続するステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、第２のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、第３のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、第４のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続するステップと、を含む方法。
【請求項12】
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、および前記第４のコンデンサの各々が、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
前記第１のインダクタ、前記第２のインダクタ、前記第３のインダクタ、前記第４のインダクタの各々は、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
第１の複数のインダクタおよび第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つとして作製される、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記第１のジョセフソン接合、前記第２のジョセフソン接合、前記第３のジョセフソン接合、および前記第４のジョセフソン接合の各々が、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの間の臨界電流を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項19】
システムであって、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続する第１の容量結合と、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続する第２の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続する第３の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続する第４の容量結合と、を備え、
前記第１の容量結合、前記第２の容量結合、前記第３の容量結合、および前記第４の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を集合的に提供する、システム。
【請求項20】
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、量子システムに関し、より詳細には、永久電流量子ビット用のＸＸカプラに関する。
（政府の利益）
本発明は、政府契約の下でなされたものである。従って、米国政府は、その契約で規定された本発明に対する権利を有する。
（政府の利益）
本発明は、政府契約の下でなされたものである。従って、米国政府は、その契約で規定された本発明に対する権利を有する。
【発明の概要】
【0002】
一例によれば、システムは、第１の一連のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットを含む。第１の一連のジョセフソン接合は、第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、第１の超伝導ループの周りに第１の方向に続いている。第１の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、第１の超伝導ループ上の第１の方向においてジョセフソン接合と第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、第１の超伝導ループ上の第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している。
【0003】
第２の永久電流量子ビットは、第２の一連のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを含む。第２の一連のジョセフソン接合は、第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、第２の超伝導ループの周りに第１の方向に続いている。第２の一連のジョセフソン接合の各々は、第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、第２の超伝導ループ上の第１の方向においてジョセフソン接合と第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードと、第２の超伝導ループ上の第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードとを有している。
【0004】
また、システムは、第１の永久電流量子ビットの回路ノードと第２の永久電流量子ビットの回路ノードとの間の一組の容量結合を含む。一組の容量結合の第１の容量結合は、第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合に関連する第１の回路ノードを、第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合に関連する第１の回路ノードに接続する。一組の容量結合の第２の容量結合は、第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合に関連する第２の回路ノードを、第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合に関連する第２の回路ノードに接続する。一組の容量結合の第３の容量結合は、第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する第１の回路ノードを、第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する第２の回路ノードに接続する。一組の容量結合の第４の容量結合は、第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する第２の回路ノードを、第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する第１の回路ノードに接続する。
【0005】
別の例によれば、方法が提供される。第１の永久電流量子ビットは、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断される第１の超伝導ループを用いて作製される。第１のジョセフソン接合は、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって第２のジョセフソン接合から分離されている。第２の永久電流量子ビットは、第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断される第２の超伝導ループを用いて作製される。第３のジョセフソン接合は、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって第４のジョセフソン接合から分離されている。第１のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第１のノードは、第１のコンデンサを介して、第３のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続される。第１のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第３のノードは、第２のコンデンサを介して、第３のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続される。第２のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第５のノードは、第３のコンデンサを介して、第４のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続される。第２のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第７のノードは、第４のコンデンサを介して、第４のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続される。
【0006】
さらなる例によれば、システムは、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを含む第１の永久電流量子ビットを含む。第１のジョセフソン接合は、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって第２のジョセフソン接合から分離されている。第２の永久電流量子ビットは、第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを含む。第３のジョセフソン接合は、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって第４のジョセフソン接合から分離されている。第１の容量結合は、第１のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第１のノードを、第３のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続する。第２の容量結合は、第１のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第３のノードを、第３のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続する。第３の容量結合は、第２のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第５のノードを、第４のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続する。第４の容量結合は、第２のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第７のノードを、第４のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続する。第１の容量結合、第２の容量結合、第３の容量結合、および第４の容量結合は、第１の永久電流量子ビットと第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を集合的に提供する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の永久電流量子ビットと第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する量子回路の一例を示す図である。
【図2】第１のジョセフソン接合がインダクタによって第２のジョセフソン接合から分離されていることを示す回路図である。
【図4】第１の磁束量子ビットが第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを介して第２の磁束量子ビットに接続されていることを示す回路図である。
【図5】一連の永久電流量子ビットを共にチェーン接続して量子ビットのアレイ全体わたってＸＸ結合を提供することができる量子システムの一実装形態を示す図である。
【図6】２つの永久電流量子ビット間にＸＸ結合を有する量子システムを製造するための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、含むがこれに限定されないことを意味し、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、含んでいるがこれに限定されないことを意味する。「基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。加えて、本開示または特許請求の範囲が「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」、もしくは「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」構成要素、またはそれらの均等物を列挙する場合、それは、１つまたは２つ以上のそのような構成要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような構成要素を必要とするわけでも、除外するわけでもない。
【0009】
本明細書で説明されるシステムおよび方法は、２つの永久電流量子ビット間のＸＸ結合を提供する。２つの量子ビット間のＸＸ結合は、第１および第２の量子ビットの状態がＸ軸に沿って同じ方向に整列することをエネルギー的に有利にする結合であり、両方とも＋Ｘ方向または両方とも－Ｘ方向のいずれかを向いている。各軸は、量子ビットのブロッホ球上で定義された特定の量子状態に対応している。ＸＸ相互作用は、非疑似古典（ｎｏｎ－ｓｔｏｑｕａｓｔｉｃ）ハミルトニアンを生成することを含む多くの用途があり、一般的には、ＺＺおよびＺハミルトニアン項と組み合わせて量子アニーリングマシンおよび様々な量子論理ゲートで使用される。量子回路は、所与の量子ビットの状態がエネルギーの印加を伴わずに変化し得る非ゼロ確率が存在するように設計され得る。一般的に、磁束量子ビットループ内のジョセフソン接合は、２つ以上の極小値と、多次元位相波動関数がトンネルリングすることができる障壁とを有するポテンシャルを生成する。本明細書に記載されるこのシステムおよび方法は、この障壁トンネリングを利用して、２つの量子ビット間にＸＸ結合を提供する。
【0010】
図１は、第１の永久電流量子ビット１１０と第２の永久電流量子ビット１２０との間にＸＸ結合を提供する量子回路１００の一例を示す。一例では、各永久電流量子ビット１１０および１２０は、磁束量子ビットとして実装される。磁束量子ビットは、一般的に言えば、いくつかの数のジョセフソン接合によって遮断される超伝導ループである。一般的な動作では、磁束量子ビットは、超伝導磁束量子Φ０の単位の磁束によってバイアスされる。印加されるバイアス磁束が磁束量子の２分の１に近い場合、適切なデバイスパラメータに対して、システムのポテンシャルエネルギーは２つの極小値を示し、一方は超伝導ループ内の時計回りの電流フローに対応し、他方は反時計回りの電流フローに対応する。電流フローの２つの可能な方向は、システムの最低エネルギー量子状態を表す。
【0011】
図示の例では、各永久電流量子ビット１１０および１２０は、第１のジョセフソン接合１１２および１２２ならびに第２のジョセフソン接合１１３および１２３によって遮断される超伝導ループ１１１および１２１を備える。各ループ内のジョセフソン接合１１２、１１３、１２２、および１２３は、それら自体、第１のインダクタ１１４および１２４ならびに第２のインダクタ１１５および１２５によって分離されている（ｓｅｐａｒａｔｅｄ）。各インダクタ１１４、１１５、１２４、および１２５は、第１の接合１１４および１２４を横断する位相のトンネリングを第２の接合１１５および１２５から分離するのに十分な大きさのインダクタンスを有するように選択される。インダクタ１１４、１１５、１２４、および１２５は、例えば、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、または長尺超伝導ワイヤを使用して実装され得る。一実装形態では、各インダクタ１１４、１１５、１２４、および１２５は、１０ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有し、各ジョセフソン接合１１２、１１３、１２２、および１２３は、２５ナノアンペアから１００ナノアンペアの臨界電流を有する。必要なインダクタンスは、ジョセフソン接合１１４、１１５、１２４、および１２５の臨界電流とともに変化し、一例では、約５０ナノアンペアの臨界電流を有するジョセフソン接合に対して、６０ナノヘンリーのインダクタンスを使用することができる。
【0012】
インダクタ１１４、１１５、１２４、および１２５が２つのジョセフソン接合の位相トンネリング経路に対して与える影響の一例は、図２および図３に示されている。図２は、第１のジョセフソン接合２１２がインダクタ２１６によって第２のジョセフソン接合２１４から分離されている（ｉｓｏｌａｔｅｄ）ことを示す回路図２００である。回路は、第１のジョセフソン接合２１２とインダクタ２１６との間の第１のノード２２６、第２のジョセフソン接合２１４とインダクタ２１６との間の第２のノード２２７、第１のジョセフソン接合２１２と第２のジョセフソン接合２１４との間の第３のノード２２８の各々にある一組のコンデンサ２２２～２２４を介して接地されている。図示された例では、各ジョセフソン接合２１２および２１４は、５０ナノアンペアの臨界電流を有し、インダクタ２１６は、８０ナノヘンリーのインダクタンスを有し、各コンデンサ２２２～２２４は、０．１フェムトファラッドの容量を有する。
【0013】
図３は、図２に示されたシステムのエネルギーを、第１のジョセフソン接合２１２および第２のジョセフソン接合２１４の各々におけるジョセフソン位相の関数として示すヒートマップ３００である。第１のジョセフソン接合２１２における位相は、２πで除算することによって正規化されたラジアンの単位で垂直軸３０２上に示されている。第２のジョセフソン接合２１４における位相は、２πで除算することによって正規化されたラジアンの単位で水平軸３０４上に示されている。図表３００は、複数のエネルギー極小値３１２～３１５を示しており、第１および第２のエネルギー極小値３１２および３１３は、システムの第１の計算状態を表し、第３および第４のエネルギー極小値３１４および３１５は、システムの第２の計算状態を表している。トンネリング経路３１６および３１７は、極小値３１２～３１５を分離する障壁のエネルギーを超えてシステムのエネルギーを上昇させることのない、システムの計算状態間の遷移を表している。ヒートマップ３００から分かるように、インダクタ２１６によって提供される高度の分離に起因して、トンネリング経路はほぼ直交している。これによ、トンネリング経路が互いに実質的に独立することが可能となる。
【0014】
図１に戻ると、各量子ビット１１０および１２０は、４つの回路ノード、即ち、第１のジョセフソン接合１１２および１２２と第１のインダクタ１１４および１２４との間の第１のノード１１６および１２６、第１のジョセフソン接合１１２および１２２と第２のインダクタ１１５および１２５との間の第２のノード１１７および１２７、第２のジョセフソン接合１１３および１２３と第２のインダクタ１１５および１２５との間の第３のノード１１８および１２８、ならびに第２のジョセフソン接合１１３および１２３と第１のインダクタ１１４および１２４との間の第４のノード１１９および１２９に関して説明することができる。図示の実装形態では、第１の量子ビット１１０の各ノード１１６～１１９は、それぞれ対応するコンデンサ１３２～１３５を介して第２の量子ビット１２０の選択されたノード１２６～１２９に接続されている。一実装形態では、コンデンサ１３２～１３５は、５０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する。図示の例では、各コンデンサ１３２～１３５は、１５０フェムトファラッドの容量を有する。図示される例では、第１のノード１１６および１２６ならびに第２のノード１１７および１２７は、それぞれ対応するノードに接続されているが、各量子ビットの第３のノード１１８および１２８は、他の量子ビットの第４のノード１１９および１２９に接続されている。ＸＸ結合は、第１の量子ビット１１０の各ノード１１６～１１９が第２の量子ビット１２０の対応するノード１２６～１２９に接続されることで存在しているが、ジョセフソン接合のうちの１つに関連するノードの接続順序を逆にすることによって、ＺＺ結合と、その結合によって生じる単一量子ビット効果を回避することができる。一実装形態では、ＸＸ結合は、５００メガヘルツから２ギガヘルツの結合強度を有する。
【0015】
複数のコンデンサ１３２～１３５を介した接続により、第１および第２の磁束量子ビットの複数の状態に関連するポテンシャル極小値の間に複数のトンネリング経路が形成され、その結果、等しいビットパリティを有する基底状態のペア間にトンネリング経路が形成される。換言すれば、ＸＸカプラは、２つの量子ビットによって形成されたシステムが、状態｜００＞と状態｜１１＞との間だけでなく、状態｜０１＞と状態｜１０＞との間でもトンネリングすることを可能にする。実際には、第１のトンネリング経路は、第１の相互作用ｇ１（｜０１＞＜１０｜＋｜１０＞＜０１｜）を生成し、ここでｇ１は、第１の相互作用の強度またはトンネリングエネルギーであり、第２のトンネリング経路は、第２の相互作用ｇ２（｜００＞＜１１｜＋｜１１＞＜００｜）を生成し、ここでｇ２は、第２の相互作用の強度である。所与のトンネリング経路に対する相互作用強度ｇｉは、２つの状態の間のトンネル障壁の高さに依存するとともに、結合項の基底状態と励起状態との間のエネルギー分裂の半分に等しい。２つの相互作用の合計は、標準基底またはＺ基底で記述されるようにＸＸ相互作用である。図示の例では、約０．９５ギガヘルツの結合エネルギーが提供される。
【0016】
図４において、コンデンサが２つのジョセフソン接合の位相トンネリング経路に対して与える影響を見ることができる。図４は、第１の磁束量子ビット４０２が第１のコンデンサ４０６および第２のコンデンサ４０８を介して第２の磁束量子ビット４０４に接続されていることを示す回路図４００である。図示の例では、第１のコンデンサ４０６および第２のコンデンサ４０８は、１５０フェムトファラッドの容量を有しており、各磁束量子ビット４０２および４０４内のインダクタは５０ナノヘンリーのインダクタンスを有しており、各ジョセフソン接合の臨界電流は５０ナノアンペアである。このようにして２つの量子ビット４０２および４０４を容量結合することによって、量子ビット４０２および４０４に関連するジョセフソン接合によって定義された多次元位相空間内において波動関数が広がる方向を制御することができ、特定のポテンシャル極小値に関連する波動関数を選択的に結合することが可能になる。この例では、状態｜００＞および状態｜１１＞は結合されて、（｜００＞＋｜１１＞）／√２の基底状態が提供されるとともに、基底から約１．０８ギガヘルツ高い｜０１＞および｜１０＞の縮退励起状態、および基底から約１．８５ギガヘルツ高い（｜００＞－｜１１＞）／√２の別の励起状態が存在する。位相空間における波動関数の広がりの方向、従ってエネルギー極小値に関連する波動関数の特定の結合は、コンデンサ４０６および４０８の容量の選択によって制御することができることが理解されよう。
【0017】
提案されたＸＸカプラの利点は、ブロッホ球の他の軸に沿って量子ビットを結合することなく、または単一量子ビットのトンネリングなどの単一量子ビット効果を引き起こすことなく、ＸＸ相互作用を提供することができることである。カプラのジョセフソン接合は、製造ばらつきに起因してわずかに異なる臨界電流を有することがあり、いくつかの例では、１つまたは複数の接合は、複合接合などの調整可能な接合に置き換えられ得る。さらに、提案されたカプラは、縮退エネルギー状態（即ち、同じエネルギーを有するエネルギー状態）を有する量子ビットに使用することができる。磁束量子ビットおよびフラクソニウム量子ビットは、縮退基底状態で動作することができる量子ビットの例である。最後に、カプラは、２つのループだけで製造することができ、システム１００に対する環境ノイズの影響を制限することができる。
【0018】
図５は、一連の永久電流量子ビット５１０、５３０、および５６０を共にチェーン接続して量子ビットのアレイ全体にわたってＸＸ結合を提供することができる量子システム５００の一実装形態を図示する。図示の実装形態では、各量子ビット（例えば、５１０および５３０）は、４つのジョセフソン接合５１１～５１４および５３１～５３４の組として構築されるとともに、インダクタ５１５～５１８および５３５～５３８を介して互いに分離されている。量子ビット（例えば、５３０）の各々は、コンデンサ５２１～５２４および５４１～５４４のそれぞれの対応する組によって１つまたは複数の隣接する量子ビット（例えば、５１０および５６０）に接続されている。量子ビット間の各接続は、１つの量子ビット（例えば、５３０）上のインダクタとジョセフソン接合との間の第１の回路ノード５５１～５５８から始まり、別の量子ビット（例えば、５１０および５６０）上の選択されたインダクタとジョセフソン接合との間の第２の回路ノード５２５～５２８および５６１～５６４で終端する。
【0019】
図１で説明したように、所与の量子ビット内の第１のジョセフソン接合の両端の接続が、接続量子ビット内の対応する位置に対して行われるが、所与の量子ビット内の第２のジョセフソン接合の両端への接続量子ビットの接続が、第１のジョセフソン接合の接続に対して逆にされるように、量子ビットを接続することが望ましい。接続の作製を簡単にするために、１つおきの量子ビット、この場合、量子ビット５０３は、超伝導ループの形状が変更されて、量子ビット５０２および５０３の間の同じ物理的位置にあるジョセフソン接合を異なるように接続することが可能となるように、製造することができる。例えば、超伝導ループは、定義された平面内で実質的に平面であり得、いくつかの量子ビット（例えば、５１０および５６０）と関連する超伝導ループの定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、他の量子ビット（例えば、５３０）と関連する超伝導ループの定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する。その結果、量子ビット（５１０、５３０、および５６０）は、図１で説明した逆接続または交互接続（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を依然として維持しながら、標準化された方法で接続することができる。
【0020】
上述の構造的特徴および機能的特徴を考慮して、例示的な方法は、図６を参照してより良く理解されるであろう。説明を簡単にするために、図６の例示的な方法は、連続して実行するものとして示され、説明されているが、他の例において、いくつかの動作が、本明細書に示され、かつ説明されるものとは異なる順序で、複数回、および／または同時に行われ得るため、本例は、図示されている順序によって限定されないことを理解および認識されたい。さらに、方法を実施するために全ての説明された動作が実行される必要はない。
【0021】
図６は、磁束量子ビットなどの２つの永久電流量子ビット間にＸＸ結合を有する量子システムを製造するための方法６００を示す。６０２において、第１の永久電流量子ビットが作製される。第１の永続電流量子ビットは、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを含む。第１のジョセフソン接合は、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって第２のジョセフソン接合から分離されている。インダクタは、例えば、ジョセフソン接合チェーンとして作製され、高運動インダクタンス超伝導材料から作製されるか、または長尺超伝導ワイヤとして作製され得る。一例では、各ジョセフソン接合は、１０ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有しており、各ジョセフソン接合は、２５ナノアンペアから１００ナノアンペアの臨界電流を有することができる。
【0022】
６０４において、第２の永久電流量子ビットが作製される。第２の永久電流量子ビットは、第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを含む。第３のジョセフソン接合は、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって第４のジョセフソン接合から分離されている。インダクタは、例えば、ジョセフソン接合チェーンとして作製され、高運動インダクタンスの超伝導材料から作製されるか、または長尺超伝導ワイヤとして作製され得る。一例では、各ジョセフソン接合は、１０ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有しており、各ジョセフソン接合は、２５ナノアンペアから１００ナノアンペアの臨界電流を有することができる。一例では、第１の超伝導ループおよび第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、第１の超伝導ループの定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、第２の超伝導ループの定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する。
【0023】
６０６において、第１のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第１のノードが、第１のコンデンサを介して、第３のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続される。６０８において、第１のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第３のノードが、第２のコンデンサを介して、第３のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続される。６１０において、第２のジョセフソン接合および第１のインダクタによって定義された第５のノードが、第３のコンデンサを介して、第４のジョセフソン接合および第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続される。６１２において、第２のジョセフソン接合および第２のインダクタによって定義された第７のノードが、第４のコンデンサを介して、第４のジョセフソン接合および第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続される。一例では、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、第３のコンデンサ、および第４のコンデンサの各々は、５０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する。６０６、６０８、６１０、および６１２によるノード間の容量性接続は、第１の永久電流量子ビットと第２の永久電流量子ビットとの間のＸＸ結合を集合的に提供する。一例では、ＸＸ結合は、５００メガヘルツから２ギガヘルツの結合強度を有する。
【0024】
前述の説明では、本開示に記載された本発明の例示的な実装形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに様々な実装形態が実施され得ることは明らかであろう。例えば、回路、システム、ネットワーク、プロセス、および他の構成要素は、例示的な実装形態を不必要に詳細に不明瞭にしないために、ブロック図の形式で構成要素として示され得る。他の事例では、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技法は、例を不明瞭にすることを回避するために、不必要な詳細なしに示され得る。例示的な実装形態の説明は、本発明の例を実施することを可能にする説明を当業者に提供するものであるが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成において様々な変更が行われ得ることを理解されたい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれるそのようなすべての変更、修正および変形を包含することが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-12
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
システムであって、第１の一連のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１の一連のジョセフソン接合は、前記第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第１の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第１の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第１の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第１の永久電流量子ビットと、
第２の一連のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第２の一連のジョセフソン接合は、前記第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第２の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第２の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの回路ノード間にある一組の容量結合であって、前記一組の容量結合の第１の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第２の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第３の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第４の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する、前記一組の容量結合と、を備えるシステム。
【請求項2】
第３の一連のジョセフソン接合によって遮断される第３の超伝導ループを備える第３の永久電流量子ビットをさらに備え、前記第３の一連のジョセフソン接合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第３の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第３の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第３の複数のインダクタのうちの１つのインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有しており、前記一組の容量結合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第３のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第５の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第３のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第６の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第４のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第７の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第４のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第８の容量結合とをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記一組の容量結合の各々は、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つを使用して実装される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記第１の一連のジョセフソン接合および前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの臨界電流を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
方法であって、第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットを作製するステップと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットを作製ステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、第１のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続するステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、第２のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、第３のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、第４のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続するステップと、を含む方法。
【請求項12】
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、および前記第４のコンデンサの各々が、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記第１のジョセフソン接合、前記第２のジョセフソン接合、前記第３のジョセフソン接合、および前記第４のジョセフソン接合の各々が、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの間の臨界電流を有する、請求項１１に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0024】
前述の説明では、本開示に記載された本発明の例示的な実装形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が記載されている。しかしながら、これらの具体的な詳細なしに様々な実装形態が実施され得ることは明らかであろう。例えば、回路、システム、ネットワーク、プロセス、および他の構成要素は、例示的な実装形態を不必要に詳細に不明瞭にしないために、ブロック図の形式で構成要素として示され得る。他の事例では、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技法は、例を不明瞭にすることを回避するために、不必要な詳細なしに示され得る。例示的な実装形態の説明は、本発明の例を実施することを可能にする説明を当業者に提供するものであるが、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成において様々な変更が行われ得ることを理解されたい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれるそのようなすべての変更、修正および変形を包含することが意図されている。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
システムであって、
第１の一連のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１の一連のジョセフソン接合は、前記第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第１の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第１の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第１の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第１の永久電流量子ビットと、
第２の一連のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第２の一連のジョセフソン接合は、前記第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第２の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第２の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの回路ノード間にある一組の容量結合であって、前記一組の容量結合の第１の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第２の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第３の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第４の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する、前記一組の容量結合と、を備えるシステム。
［付記２］
第３の一連のジョセフソン接合によって遮断される第３の超伝導ループを備える第３の永久電流量子ビットをさらに備え、前記第３の一連のジョセフソン接合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第３の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第３の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第３の複数のインダクタのうちの１つのインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有しており、前記一組の容量結合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第３のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第５の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第３のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第６の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第４のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第７の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第４のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第８の容量結合とをさらに含む、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記一組の容量結合の各々は、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、付記１に記載のシステム。
［付記６］
前記一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、付記１に記載のシステム。
［付記７］
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、付記６に記載のシステム。
［付記８］
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つを使用して実装される、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、付記１に記載のシステム。
［付記１０］
前記第１の一連のジョセフソン接合および前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの臨界電流を有する、付記１に記載のシステム。
［付記１１］
方法であって、
第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットを作製するステップと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットを作製ステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、第１のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続するステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、第２のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、第３のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、第４のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続するステップと、を含む方法。
［付記１２］
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、付記１１に記載の方法。
［付記１３］
前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、および前記第４のコンデンサの各々が、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、付記１１に記載の方法。
［付記１４］
前記第１のインダクタ、前記第２のインダクタ、前記第３のインダクタ、前記第４のインダクタの各々は、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、付記１１に記載の方法。
［付記１５］
一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、付記１１に記載の方法。
［付記１６］
第１の複数のインダクタおよび第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つとして作製される、付記１１に記載の方法。
［付記１７］
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、付記１１に記載の方法。
［付記１８］
前記第１のジョセフソン接合、前記第２のジョセフソン接合、前記第３のジョセフソン接合、および前記第４のジョセフソン接合の各々が、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの間の臨界電流を有する、付記１１に記載のシステム。
［付記１９］
システムであって、
第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続する第１の容量結合と、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続する第２の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続する第３の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続する第４の容量結合と、を備え、
前記第１の容量結合、前記第２の容量結合、前記第３の容量結合、および前記第４の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を集合的に提供する、システム。
［付記２０］
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、付記１９に記載のシステム。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
システムであって、
第１の一連のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１の一連のジョセフソン接合は、前記第１の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第１の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第１の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第１の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第１の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第１の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第１の永久電流量子ビットと、
第２の一連のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第２の一連のジョセフソン接合は、前記第２の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第２の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、第２の複数のインダクタのうちの２つの隣接するインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記第２の複数のインダクタのうちの前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第２の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有している、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの回路ノード間にある一組の容量結合であって、前記一組の容量結合の第１の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第２の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第３の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続し、前記一組の容量結合の第４の容量結合が、前記第１の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを、前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する、前記一組の容量結合と、を備えるシステム。
［付記２］
第３の一連のジョセフソン接合によって遮断される第３の超伝導ループを備える第３の永久電流量子ビットをさらに備え、前記第３の一連のジョセフソン接合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第１のジョセフソン接合から始まり、前記第３の超伝導ループの周りの第１の方向に続いており、前記第３の一連のジョセフソン接合の各ジョセフソン接合は、第３の複数のインダクタのうちの１つのインダクタによって隣接するジョセフソン接合から分離されており、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第１のインダクタとの間にある関連する第１の回路ノードを有するとともに、前記第３の超伝導ループ上の前記第１の方向とは反対の第２の方向においてジョセフソン接合と前記２つの隣接するインダクタのうちの第２のインダクタとの間にある関連する第２の回路ノードを有しており、前記一組の容量結合は、前記第３の一連のジョセフソン接合の第２のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第３のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第５の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第２のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第３のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第６の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の第４のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第７の容量結合と、前記第３の一連のジョセフソン接合の前記第１のジョセフソン接合に関連する前記第２の回路ノードを前記第２の一連のジョセフソン接合の前記第４のジョセフソン接合に関連する前記第１の回路ノードに接続する前記一組の容量結合の第８の容量結合とをさらに含む、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記一組の容量結合の各々は、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、付記１に記載のシステム。
［付記６］
前記一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、付記１に記載のシステム。
［付記７］
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、付記６に記載のシステム。
［付記８］
前記第１の複数のインダクタおよび前記第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つを使用して実装される、付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、付記１に記載のシステム。
［付記１０］
前記第１の一連のジョセフソン接合および前記第２の一連のジョセフソン接合の各々は、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの臨界電流を有する、付記１に記載のシステム。
［付記１１］
方法であって、
第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットを作製するステップと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットを作製するステップであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットを作製ステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、第１のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続するステップと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、第２のコンデンサを介して、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、第３のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続するステップと、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、第４のコンデンサを介して、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続するステップと、を含む方法。
［付記１２］
前記第１の超伝導ループおよび前記第２の超伝導ループの各々は、定義された平面内で実質的に平面であり、前記第１の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、単一の閉ループを形成し、前記第２の超伝導ループの前記定義された平面への投影は、２つの接続されたループを形成する、付記１１に記載の方法。
［付記１３］
前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサ、前記第３のコンデンサ、および前記第４のコンデンサの各々が、１０フェムトファラッドから２００フェムトファラッドの容量を有する、付記１１に記載の方法。
［付記１４］
前記第１のインダクタ、前記第２のインダクタ、前記第３のインダクタ、前記第４のインダクタの各々は、１ナノヘンリーから１００ナノヘンリーのインダクタンスを有する、付記１１に記載の方法。
［付記１５］
一組の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を提供する、付記１１に記載の方法。
［付記１６］
第１の複数のインダクタおよび第２の複数のインダクタの各インダクタは、ジョセフソン接合チェーン、高運動インダクタンス超伝導材料、および長尺超伝導ワイヤのうちの１つとして作製される、付記１１に記載の方法。
［付記１７］
前記第１の永久電流量子ビットおよび前記第２の永久電流量子ビットの各々は、磁束量子ビットである、付記１１に記載の方法。
［付記１８］
前記第１のジョセフソン接合、前記第２のジョセフソン接合、前記第３のジョセフソン接合、および前記第４のジョセフソン接合の各々が、２５ナノアンペアから５００ナノアンペアの間の臨界電流を有する、付記１１に記載のシステム。
［付記１９］
システムであって、
第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合によって遮断された第１の超伝導ループを備える第１の永久電流量子ビットであって、前記第１のジョセフソン接合が、第１のインダクタおよび第２のインダクタによって前記第２のジョセフソン接合から分離されている、前記第１の永久電流量子ビットと、
第３のジョセフソン接合および第４のジョセフソン接合によって遮断された第２の超伝導ループを備える第２の永久電流量子ビットであって、前記第３のジョセフソン接合が、第３のインダクタおよび第４のインダクタによって前記第４のジョセフソン接合から分離されている、前記第２の永久電流量子ビットと、
前記第１のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第１のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第２のノードに接続する第１の容量結合と、
前記第１のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第３のノードを、前記第３のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第４のノードに接続する第２の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第１のインダクタによって定義された第５のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第４のインダクタによって定義された第６のノードに接続する第３の容量結合と、
前記第２のジョセフソン接合および前記第２のインダクタによって定義された第７のノードを、前記第４のジョセフソン接合および前記第３のインダクタによって定義された第８のノードに接続する第４の容量結合と、を備え、
前記第１の容量結合、前記第２の容量結合、前記第３の容量結合、および前記第４の容量結合は、前記第１の永久電流量子ビットと前記第２の永久電流量子ビットとの間にＸＸ結合を集合的に提供する、システム。
［付記２０］
前記ＸＸ結合は、５００メガヘルツから１０ギガヘルツの結合強度を有する、付記１９に記載のシステム。
【国際調査報告】