[发明专利]量子计算系统中的光学通信

说明书

本文公开了用于量子计算中的光学通信的组装件。例如，在一些实施例中，量子计算组装件可以包括具有到外部电子电路的光学接口的控制电路。

背景技术

量子计算指代与使用量子力学现象来操纵数据的计算系统相关的研究领域。这些量子力学现象(例如，叠加(其中量子变量可以同时以多种不同的状态存在)和纠缠(其中多个量子变量具有相关的状态，而不管这些量子变量在空间或时间上的距离如何))在经典计算的世界中不具有类似物，因此不能利用经典计算设备来实现。

附图说明

通过以下具体实施方式结合附图，将容易地理解实施例。为了促进这种描述，相同的附图标记表示相同的结构元素。在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了实施例。

图1是根据各种实施例的包括光学通信的示例量子计算系统的框图。

图2是根据各种实施例的具有光学接口的示例量子计算控制电路的框图。

图3-5是根据各种实施例的用于量子计算系统中的控制电路的光学接口的部分的示例实施例的框图。

图6是根据各种实施例的示例超导量子位类型的量子设备的框图。

图7示出了根据各种实施例的超导量子位类型的量子设备的示例物理布局。

图8A-8C是根据各种实施例的自旋量子位类型的量子设备的横截面视图。

图9A-9C是根据各种实施例的可以用于自旋量子位类型的量子设备的量子阱栈(quantum well stack)的各种示例的横截面视图。

图10是可以被包括在本文公开的量子计算组装件中的任一个中的晶片(wafer)和管芯(die)的顶视图。

图11是根据各种实施例的可以包括本文公开的量子计算组装件中的任一个的示例量子计算系统的框图。

具体实施方式

本文公开了用于量子计算(QC)中的光学通信的组装件。例如，在一些实施例中，QC组装件可以包括控制电路，该控制电路具有到外部电子电路(例如，计算电路或其他控制电路)的光学接口。

本文公开的实施例可以解决在开发QC系统中的许多显著挑战，该QC系统具有足够数量的量子位以能够解决商业相关的计算问题。一些常规的QC系统可以在稀释制冷机(dilution refrigerator)内以低温温度操作。这种制冷机在这种低温下消散生成的热量的能力极其有限；例如，稀释制冷机可以被限制为在4开尔文的温度下仅消散1.8瓦的热量，并且在10毫开尔文的温度下仅消散50毫瓦的热量。在室温下的外部电子设备与在低温温度下的量子电子设备之间的通信接口(例如，使用具有射频(RF)信号的高速RF金属电缆，或使用RF金属电缆上的数字串行接口)是常规QC系统中的热量和噪声传送的主要源。虽然与单根金属线相比，RF电缆可以减少噪声并在较高的频率下提供较高的数据吞吐量，但是这些电缆典型地要求多个热和噪声隔离级来到达低温电子设备，并且还要求大型且功率密集的阻抗匹配电路来获得足够的性能。另外地，RF电缆体积庞大，因此由于空间限制，并行通信接口典型地是不可能的。直接调制的串行接口(例如，串行外围接口(SPI)、通用异步接收机-发射机(UART)或内部集成电路(I2C))可能要求很少的RF电缆，但可能提供极低的数据带宽。高速串行接口(例如，快速外围组件互连(PCIE)、通用串行总线(USB)或以太网)可以提供高速串行通信，但可能要求大型专用物理层信号处理模块来驱动低温制冷机中的信号；使用这种接口可以减少量子电子设备的有用功率预算，并且可能在热隔离中引入关于噪声的挑战。此外，高速串行接口可能在没有大型(且体积庞大)的放大器的情况下无法高效地跨越典型地分隔低温制冷机的距离。串行器/解串器(SERDES)电路典型地要求在低温环境中进行实质隔离，从而限制了SERDES电路的最大有用吞吐量。因此，由于在外部电子设备与量子电子设备之间的通信可能成为在量子电子设备的不同集合之间的数据的高效移动的实质瓶颈，因此常规的QC系统可能不容易扩展以解决具有实际重要性的问题。