[发明专利]用于量子处理器拓扑结构的系统和方法

说明书

用于模拟计算系统的拓扑结构可包括可实现三部图并且基本上正交地相交的量子比特单元。量子比特可具有H形或I形，量子比特可在单元内改变方向。拓扑结构可由两种或更多种不同的子拓扑结构构成。量子比特可由远程耦合器通信地耦合到非相邻单元。远程耦合器可在单元内改变方向。单元可具有两种或更多种不同类型的远程耦合器。单元可具有偏移的量子比特、超过一种类型的单元间耦合器、超过一种类型的单元内耦合器以及远程耦合器。

技术领域

本公开整体涉及用于包括量子比特的量子处理器的设计、布局和拓扑结构。

背景技术

量子计算

量子计算和量子信息处理是活跃的研究领域，并且限定可销售的产品的类别。量子计算机是直接利用至少一种量子力学现象(诸如叠加、隧穿和纠缠)来执行对数据的操作的系统。量子计算机的元素不是二进制数字(比特)，而通常是量子二进制数字或量子比特。

存在若干类型的量子计算机。绝热量子计算机是一种可用于解决各种计算问题(包括例如优化问题)的量子计算机。有关绝热量子计算系统、方法和装置的更多细节描述于例如美国专利7,135,701和7,418,283中。

量子设备

量子设备是可观察到量子力学效应的结构。量子设备包括电流传输由量子力学效应(诸如电子自旋和超导性)主导的电路。量子设备可用于测量仪器、计算机器等。模拟处理器(例如，量子处理器)可提供彼此可控耦合的多个量子设备(例如，量子比特)。模拟处理器的拓扑结构(本文也称为架构)的设计和选择(即，量子比特和耦合器和/或其他量子设备的布置)是模拟处理器设计的重要方面。与其他类别的问题相比，特定拓扑结构可更适合解决某些类别的问题。美国专利No 8,772,759提供了模拟处理器拓扑结构的各种示例。

量子退火

量子退火是可用于找到系统的低能态(例如系统的基态)的计算方法。量子退火可使用量子效应(诸如量子隧穿)来达到总体能量最低。在量子退火中，可存在热效应和其他噪声。最终低能态可能不是总体能量最低。

绝热量子计算可被认为是量子退火的特例。系统在理想情况下从其基态开始并且在整个绝热演化中保持处于其基态。因此，本领域技术人员将认识到，量子退火系统和方法一般可在绝热量子计算机上实现。在本说明书和所附权利要求书通篇中，除非上下文另有要求，否则对量子退火的任何提及旨在涵盖绝热量子计算。

发明内容

量子处理器可概括为包括第一量子比特集合，第一量子比特集合中的每个量子比特沿着量子比特长度的至少大部分与第一长轴线平行地延伸；第二量子比特集合，第二量子比特集合中的每个量子比特沿着量子比特长度的至少大部分与第二长轴线平行地延伸，第二量子比特集合中的每个量子比特与第一量子比特集合中的至少一个量子比特相交；第三量子比特集合，第三量子比特集合中的每个量子比特与第一量子比特集合中的至少一个量子比特和第二量子比特集合中的每个量子比特相交；以及单元内耦合器集合，每个耦合器靠近第一量子比特集合、第二量子比特集合或第三量子比特集合中的第一量子比特与第一量子比特集合、第二量子比特集合和第三量子比特集合中的不同集合中的第二量子比特相交的相应点，每个耦合器提供第一量子比特和第二量子比特之间的通信耦合。

在一些实施方式中，第二量子比特集合中的每个量子比特与第三长轴线平行地延伸，并且第一长轴线、第二长轴线和第三长轴线彼此非平行且彼此非正交，使得第一轴线和第二轴线以第一角度交汇，第一轴线和第三轴线以第二角度交汇，并且第二轴线和第三轴线以第三角度交汇。在一些实施方式中，第一角度、第二角度和第三角度彼此相等。