[发明专利]多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法及其系统

说明书

本申请涉及一种多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法及其系统。应用于具有多超导量子比特阵列以及能够实现自旋波的磁性薄膜材料的场合下，包括：将磁性薄膜材料设置于多超导量子比特阵列下方；通过磁性薄膜材料中磁畴磁化方向的组合，以形成多个供自旋波通过的通道；多超导量子比特阵列中的量子比特对应设置于自旋波通过的通道上方，以实现单个量子比特与自旋波的耦合；自旋波通道上设有至少两个量子比特，通过单个量子比特与自旋波之间的耦合以实现两个量子比特之间的耦合。上述方法利用磁性薄膜材料层来传递超导量子比特层的量子比特的状态变化，同时利用自旋波的软连接，以实现任意两个超导量子比特的耦合。

技术领域

本申请涉及超导量子领域，特别是涉及一种多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法。

背景技术

超导量子比特以其在可控性、低损耗以及可扩展性等方面的优势被认为是最有希望实现量子计算机的固态方式之一。量子比特之间的相干可控耦合是实现大规模的量子计算的必要条件。

目前，公知的超导量子比特之间的耦合是通过电容、电感，或者超导约瑟芬森结进行的。这样的耦合方式需要固定的布线去连接(硬连接)需要耦合的两个量子比特，这种方法会受到空间的制约，并且只能实现一个超导量子比特附近的几个比特，或者几个远程的比特之间的耦合。而我们在量子计算和量子信息的应用中，往往需要实现多个量子比特之间任意两个的耦合，以硬连接的方式是无法实现的。

申请内容

基于此，有必要针对以硬连接的方式是无法实现多个量子比特之间任意两个的耦合问题，提供一种多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法及其系统。

一种多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法，应用于具有多超导量子比特阵列以及能够实现自旋波的磁性薄膜材料的场合下，包括：

将所述磁性薄膜材料设置于所述多超导量子比特阵列下方；

通过所述磁性薄膜材料中磁畴磁化方向的组合，以形成多个供所述自旋波通过的通道；

所述多超导量子比特阵列中的量子比特对应设置于所述自旋波通过的通道上方，以实现单个所述量子比特与所述自旋波的耦合；

所述自旋波通道上设有至少两个所述量子比特，通过单个所述量子比特与所述自旋波之间的耦合以实现两个所述量子比特之间的耦合。

上述多超导量子比特中任意两个比特耦合的方法，采用磁性薄膜材料层和超导量子比特层上下两层重叠的结构，利用磁性薄膜材料层的自旋波来传递超导量子比特层的量子比特的状态变化。最终达到利用超导量子比特和自旋波的耦合同时利用自旋波的软连接，实现了任意两个超导量子比特的耦合。

在其中一个实施例中，通过改变所述磁性薄膜材料中磁畴磁化方向的组合以改变所述自旋波通过的通道。

在其中一个实施例中，所述自旋波至少包括第一自旋及第二自旋；所述第一自旋对应作用于所述多超导量子比特阵列中的第一量子比特，所述第二自旋对应作用于所述多超导量子比特阵列中的第二量子比特。

在其中一个实施例中，所述第一自旋与所述第一量子比特之间实现耦合；所述第二自旋与所述第二量子比特之间实现耦合；所述第一量子比特与所述第二量子比特通过所述自旋波实现耦合。

在其中一个实施例中，通过调节所述自旋波内的第一自旋及第二自旋的数密度以调节所述超导量子比特线圈与所述自旋波的耦合能量。

在其中一个实施例中，通过调节所述超导量子比特线圈与所述磁性薄膜材料的竖直距离以调节所述超导量子比特线圈与所述自旋波的耦合能量。

在其中一个实施例中，通过调节所述超导量子比特线圈与所述磁性薄膜材料的竖直距离以调节所述超导量子比特线圈与所述自旋波的耦合能量。

在其中一个实施例中，所述自旋波通过的通道两侧的磁化方向相反以使整体磁通为零。