[发明专利]量子处理单元

说明书

本发明总体上涉及量子计算领域，并且特别地涉及一种量子处理单元，所述量子处理单元包括基于相位偏置的线性和非线性感应能量元件的至少一个超导量子比特。跨线性和非线性感应能量元件的超导相位差例如通过外部磁场来偏置，使得线性和非线性感应能量元件的二次势能项至少部分地被抵消。在一个优选的实施例中，这种抵消是至少30％。通过这样做，可以实现高相干高非谐性超导量子比特设计。

技术领域

本发明总体上涉及量子计算领域。特别地，本发明涉及一种量子处理单元以及使用一个或多个这样的量子处理单元的量子计算机，所述量子处理单元包括基于相位偏置的线性和非线性感应能量元件的至少一个超导量子比特。

背景技术

量子计算设备(也称为量子计算机)使用量子力学现象(诸如叠加和纠缠)来解决所需的计算任务。与以位(例如“1”或“0”)形式操纵信息的传统计算机不同，量子计算机使用量子比特来操纵信息。量子比特不仅可以指量子信息的基本单位，而且可以指用于存储信息的一个或多个量子比特(例如，“0”和“1”的叠加)的量子设备。

可以基于包括超导量子比特和谐振器的超导电路来实施量子计算机。存在几种类型的超导量子比特，其包括例如电荷量子比特、传输线并联等离子振荡量子比特(transmon)、持续电流通量量子比特(persistent current flux qubit)、C-shunt flux量子比特、相位量子比特、fluxonium和0-π量子比特。这些量子比特类型中的每一类型都具有其优势和劣势。例如，电荷量子比特具有高非谐性，这对于快速单量子比特操作而言是最佳的，但是由于从电荷噪声引起的有害相移，它们同时遭受非常短的相干时间。由于相干性差，在现代量子计算机中未使用电荷量子比特、持续电流通量量子比特和相位量子比特。

通过fluxonium实现了超导量子比特的最长测得的弛豫和相干时间。在fluxonium中，约瑟夫逊结被具有大电感和小电容的超级电感器分流。这种电感分流使基于fluxonium的电路不受低频电荷噪声的影响。fluxonium量子比特的超导体通常通过使用约瑟夫逊结阵列来实施，或通过具有高动态电感的超导纳米线来实施。主要通过超级电感器，还可以良好地保护fluxonium免受耦合到基于fluxonium的电路的电磁通量噪声的影响。

但是，fluxonium可能难以实施和操作。后者阻碍了它们的应用，例如，在快速和精确的量子逻辑门中。此外，所谓的重fluxonium可能需要几光子拉曼过程才能将量子比特从其基态激发到其激发态，所述重通量通过利用大的几何电容器普通的fluxonium分流来实施。0-π量子比特也具有相同的缺点。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。该发明内容并非旨在标识本发明的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制本发明的范围。

本发明的目的是提供一种高相干高非谐性的超导量子比特设计。

上述目的通过所附权利要求中的独立权利要求的特征来实现。其他实施例和示例根据从属权利要求、详细描述和附图是显而易见的。

根据第一方面，提供一种量子处理单元。量子处理单元包括介电衬底和设置在介电衬底上的至少一个超导量子比特。至少一个超导量子比特中的每一个超导量子比特包括线性感应能量元件和非线性感应能量元件。线性感应能量元件是超导的。至少一个超导量子比特中的每一个超导量子比特还包括相位偏置元件，该相位偏置元件被配置为偏置跨线性感应能量元件和非线性感应能量元件的超导相位差，使得线性感应能量元件和非线性感应能量元件的二次势能项由彼此至少部分地抵消。量子处理单元的这种配置具有以下优势：

-非线性和线性感应能量元件的二次势能项的(至少部分)相互抵消可能增加超导量子比特的非谐性；以及

-通常(但可能并非总是如此)，最大的抵消可能发生在对通量不敏感的最佳位置，在该位置处超导量子比特对通量噪声引起的一阶相移不敏感。