[发明专利]量子计算系统中量子计算模块与非量子处理模块间的互连

说明书

可以实施本专利文献中公开的技术以在基于超导量子位和用于连接多级低温系统内的硬件组件的特殊互连设计的可扩展计算系统中将量子计算、经典量子位控制/读出和经典数字计算进行组合，以提供量子计算模块与其控制器之间的快速通信，同时允许高效管理与其他模块的布线。

优先权要求和相关申请

本专利文献要求申请人SeeQC,Inc.(芯科量子公司)于2020年10月14日在美国专利商标局提交的题为“INTERCONNECTION BETWEEN QUANTUM COMPUTING MODULE ANDNONQUANTUM PROCESSING MODULES IN QUANTUM COMPUTING SYSTEMS”的美国临时专利申请第63/091455号的优先权和权益(代理人档案号133858-8002.US00)，其全部公开内容通过引用并入作为本专利文献的一部分。

技术领域

本专利文献涉及包括使用量子力学器件或电路的量子状态执行信息处理或计算的量子计算模块的计算或信息处理系统。

背景技术

经典数字计算机，包括通用数字计算机和高性能数字超级计算机，基于布尔逻辑执行计算。近几十年来，基于布尔逻辑的计算技术已经使广泛的工业和技术发生了革命性巨变，但是在执行高度复杂或大量的计算时也表现出一定的局限性，诸如化学化合物或生物结构的结构和性质的分子建模、密码学、或者用于天气预报、气候变化等的复杂系统的建模。已经研究了各种新的计算技术来补充或替代基于布尔逻辑的数字计算。

量子力学系统可以用于构建用于复杂信息处理的新计算系统。适用于量子计算的量子系统具有表现出不同量子状态的子系统集合，其中子系统由于量子相干(包括长距离量子相干)而彼此关联或“纠缠”。在量子计算机的各种实施方式中，子系统集合中的每个子系统可以是表现出两个或更多个不同量子状态以用作基本量子器件的量子系统，并且信息可以通过不同基本量子器件的量子状态的叠加和相关来表示、存储、处理和传输。这种基本量子器件的一个示例是称为量子比特(“量子位”)的双态器件。量子位的实施方式的一些示例包括：由IBM、Google、Intel和其他公司开发的基于超导约瑟夫逊结(Josephsonjunction)的超导量子位，由Honeywell和IonQ开发的基于激光束产生的电磁俘获场的离子阱器件，基于半导体的量子点，以及其他能够进行量子计算操作的器件。

发明内容

可以实施本专利文献中公开的技术，以在基于使用约瑟夫逊结的超导量子位的可扩展计算系统中将量子计算和经典数字计算进行组合，所述约瑟夫逊结表现出低耗散长相干时间，并且可以利用成熟的集成电路制造技术来制造。众所周知，由于提供和维护超导量子位器件或系统的各种要求而需要复杂和庞大的低温系统以及使用特殊的超导材料，使得基于超导量子位的量子计算机变得复杂。认识到可扩展商业应用的这些技术复杂性和挑战，所公开的技术提供了混合量子经典计算架构和配置，其策略性地划分和组合用于量子计算的硬件和用于经典数字计算的硬件，并且以特定方式将这样的硬件组件放置在多级低温系统内，以产生用于商业应用的可扩展混合量子经典计算系统。所公开的技术可以通过使用用于连接多级低温系统内的硬件组件的特殊互连设计来实施。