[发明专利]用于量子微波电路的频散-电阻混合衰减器

说明书

混合微波衰减器电路中的电阻组件被配置为衰减输入信号中的多个频率。混合微波衰减器电路还配置有频散组件，该频散组件通过输入信号在频率范围内的第二多个频率处的反射来衰减该频率范围内的该第二多个频率。电阻组件和频散组件被布置成在混合微波衰减器电路中相对于彼此的串联配置。

技术领域

本发明一般涉及用于可与超导量子比特一起在量子计算中使用的微波频率衰减器的设备、电路设计方法和电路构造系统。更具体地，本发明涉及用于量子微波电路的频散-电阻混合衰减器的设备、方法和系统。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则短语的词中的“Q”前缀指示对该词或短语在量子计算上下文中的引用。

分子和亚原子粒子遵循量子力学的定律，量子力学是探索物理世界如何在最基本的水平上工作的物理分支。在这个水平，粒子以奇怪的方式运动，同时呈现多个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们现在使用的计算机被称为经典计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点，或“CN”)。传统的计算机使用传统的处理器，该处理器使用半导体材料和技术、半导体存储器以及磁或固态存储设备来制造，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q处理器)使用纠缠量子比特器件(在本文中被简洁地称为“量子比特”，多个“量子比特”)的奇数性质来执行计算任务。在量子力学工作的特定领域，物质的粒子可以以多种状态存在，例如“开”状态、“关”状态、以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅使用开和关状态(等同于二进制码中的1和0)的情况下，量子处理器利用这些物质的量子状态来输出可用于数据计算的信号。

传统计算机以比特对信息进行编码。每一比特可以取1或0的值，这些1和0用作最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机基于量子比特，量子比特根据量子物理学的两个关键原理来工作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子比特可以同时表示1和0。

纠缠意味着叠加中的量子比特可以以非经典方式彼此相关；即，一个的状态(是1或0或两者)可以取决于另一个的状态，并且当两个量子比特纠缠时比当它们被单独处理时有更多关于这两个量子比特的信息可以被确定。

使用这两个原理，量子比特作为更复杂的信息处理器来运行，使量子计算机能以允许它们解决使用传统计算机难以处理的难题的方式起作用。IBM已经成功地构建并证明了使用超导量子比特的量子处理器的可操作性(IBM是国际商业机器公司在美国和其它国家的注册商标)。

超导量子比特包括约瑟夫逊结。约瑟夫逊结是通过用非超导材料分离两个薄膜超导金属层而形成的。当超导层中的金属例如通过将金属的温度降低到特定的低温温度变成超导时，电子对可以从一个超导层隧穿通过非超导层到另一个超导层。在量子比特中，约瑟夫逊结(其用作频散非线性电感器)与形成非线性微波振荡器的一个或多个电容器件并联电耦接。振荡器具有由量子比特电路中的电感和电容的值确定的共振/跃迁频率。除非在使用时明确地进行区分，否则对术语“量子比特”的任何引用是对采用约瑟夫逊结的超导量子比特电路的引用。

由量子比特处理的信息以微波频率范围内的微波信号/光子的形式被携带或发送。微波信号被捕获、处理和分析，以便解密被编码在其中的量子信息。读出电路是与量子比特耦接的电路，用于捕获、读取和测量量子比特的量子状态。读出电路的输出是可由q处理器使用以执行计算的信息。

超导量子比特具有两个量子状态-|0和|1。这两个状态可以是原子的两个能态，例如，超导人工原子(超导量子比特)的基态(|g)和第一激发态(|e)。其它示例包括原子核或电子自旋的自旋向上和自旋向下、晶体缺陷的两个位置、以及量子点的两个状态。由于系统具有量子特性，因此两个状态的任何组合都是允许的和有效的。