[发明专利]用于超导通量量子比特的耦合架构

说明书

一种量子计算设备，包括：量子比特的第一阵列，其沿着第一轴布置；以及量子比特的第二阵列，其沿着不同于第一轴的第二轴布置使得第二阵列的量子比特与第一阵列的量子比特相交以形成晶格结构，其中第一阵列中的每个量子比特相对于第一阵列中的直接相邻的量子比特沿着第二轴偏移，第二阵列中的每个量子比特相对于第二阵列中的直接相邻的量子比特沿着第一轴偏移，并且在晶格结构中来自第一阵列的量子比特和来自第二阵列的量子比特之间的每个交点包括耦合器，该耦合器被布置成将来自第一阵列的量子比特感应耦合到来自第二阵列的量子比特。

技术领域

本公开涉及用于超导通量量子比特的耦合架构。

背景技术

量子计算是一种相对新的计算方法，它利用诸如基本状态叠加以及纠缠的量子效应的优点，以比经典数字计算机更有效地执行某些计算。与以比特(例如，“1”或“0”)的形式存储和操纵信息的数字计算机相比，量子计算系统可以使用量子比特来操纵信息。量子比特可以指使能多个状态(例如，“0”和“1”状态的两者中的数据)的叠加的量子设备和/或指多个状态中的数据的叠加本身。根据传统术语，量子系统中“0”和“1”状态的叠加可以被表示为，例如，α│0+β│1。数字计算机的“0”和“1”状态分别类似于量子比特的│0和│1基本状态。值│α│²表示量子比特处于│0状态的概率，而值│β│²表示量子比特处于│1基本状态的概率。

量子退火是量子计算的模拟方案。利用量子退火，也称为绝热量子计算，初始哈密顿量H₀被编码在多个量子比特之间的相互作用中。编码的量子比特的集合然后被缓慢退火到最终问题哈密顿量H_f的最低能量配置。这种最低能量配置代表了编码的问题的解决方案。这种模型有时可以被称为量子计算的绝热模型。

发明内容

一般来说，在一些方面，本公开的主题可以体现在量子计算设备中，该量子计算设备包括：量子比特的第一阵列，其沿着第一轴布置；和量子比特的第二阵列，其沿着不同于第一轴的第二轴布置，使得第二阵列的量子比特与第一阵列的量子比特相交以形成晶格结构，其中第一阵列中的每个量子比特相对于第一阵列中的直接相邻的量子比特沿着第二轴偏移，第二阵列中的每个量子比特相对于第二阵列中的直接相邻的量子比特沿着第一轴偏移，以及在晶格结构中来自第一阵列的量子比特和来自第二阵列的量子比特之间的每个交点(intersection)包括耦合器，该耦合器被布置成将来自第一阵列的量子比特感应耦合(inductively couple)到来自第二阵列的量子比特。

量子计算设备的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，在一些实施方式中，晶格结构的每个量子比特包括电耦合到超导量子干涉设备(SuperconductingQuantum Interference Device，SQUID)的共面波导。

在一些实施方式中，第一阵列包括N个量子比特，第二阵列包括N个量子比特，其中N大于或等于2，第一阵列中的每个量子比特相对于第一阵列中的直接相邻的量子比特沿着第二轴偏移第一距离，该第一距离大约等于以相同方向定向的√N个均等间隔的量子比特，并且第二阵列中的每个量子比特相对于第二阵列中的直接相邻的量子比特沿着第一轴偏移第一距离。

在一些实施方式中，第一轴相对于第二轴正交。

在一些实施方式中，在晶格结构中来自第一阵列的量子比特和来自第二阵列的量子比特之间的每个交点包括两个耦合器，该两个耦合器被布置成将来自第一阵列的量子比特感应耦合到来自第二阵列的量子比特。

在一些实施方式中，在来自第一阵列的量子比特和来自第二阵列的量子比特之间的每个交点处的耦合器被布置成将来自第一阵列的量子比特的共面波导感应耦合到来自第二阵列的量子比特的共面波导。

在一些实施方式中，单元格(unit cell)被布置成提供c路耦合，并且c大于或等于2。