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公開番号2025019753
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2023123551
出願日2023-07-28
発明の名称超伝導量子回路装置と超伝導量子回路の制御方法
出願人日本電気株式会社
代理人個人,個人
主分類H10N 60/10 20230101AFI20250131BHJP()
要約【課題】量子ビットが停止した場合にも、停止していない量子ビットへの制約を保つことを可能とする。
【解決手段】超伝導量子回路装置は、結合器にそれぞれ結合ポートを介して複数の量子ビットが結合するとともに、前記結合ポートとは別に、前記結合器に結合する予備的な結合ポートである予備ポートをさらに備える。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
結合器にそれぞれ結合ポートを介して複数の量子ビットが結合するとともに、前記結合ポートとは別に、前記結合器に結合する予備的な結合ポートである予備ポートをさらに備えた、超伝導量子回路装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
信号源の接続先を、前記量子ビットのシグナルポートまたは前記予備ポートに切り替えるスイッチを備えた、請求項１記載の超伝導量子回路装置。
【請求項３】
第１乃至第３のスイッチを備え、
前記第１のスイッチは、第１の信号源の接続先を、一つの前記量子ビットのシグナルポートまたは前記第３のスイッチの第１の端子に切り替え、
前記第２のスイッチは、第２の信号源の接続先を、他の量子ビットのシグナルポートまたは前記第３のスイッチの第２の端子に切り替え、
前記第３のスイッチは、前記予備ポートに接続する第３の端子に、前記第１の端子を接続するか、または前記第２の端子を接続する、請求項１記載の超伝導量子回路装置。
【請求項４】
前記結合器は、
互いに対向配置された第１の電極と第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極を架橋する非線形素子と、
を備え、
前記第１の電極には、第１の量子ビットと第２の量子ビットがそれぞれ第１の結合ポートと第２の結合ポートを介して容量結合し、
前記第２の電極には、第３の量子ビットと第４の量子ビットがそれぞれ第３の結合ポートと第４の結合ポートを介して容量結合し、
前記第１乃至第４の量子ビットの少なくとも一つの量子ビットに対して、前記結合器に容量結合する前記予備ポートが配設されている、請求項１記載の超伝導量子回路装置。
【請求項５】
前記第１の量子ビットと前記第２の量子ビットの少なくとも一方の量子ビットと、
前記第３の量子ビットと前記第４の量子ビットの少なくとも一方の量子ビットのそれぞれについて、
信号源の接続先を、前記少なくとも一方の量子ビットのシグナルポートまたは前記予備ポートに切り替えるスイッチを備えた、請求項４記載の超伝導量子回路装置。
【請求項６】
前記非線形素子は、ジョセフソン接合、または、ループに複数のジョセフソン接合を含む超伝導量子干渉デバイス(Superconducting Quantum Interference Device, SQUID)を備えた、請求項４記載の超伝導量子回路装置。
【請求項７】
前記結合器と、前記結合器に結合する４つの前記量子ビットをユニットセルとして含む量子アニーリングマシンを備え、前記ユニットセルの前記量子ビットについて、前記量子ビットの代わりに、前記予備ポートからの信号が前記結合器に供給される、請求項１記載の超伝導量子回路装置。
【請求項８】
状態を一定値に固定する前記量子ビットに対して、前記予備ポートからの信号が前記結合器に供給される、請求項７記載の超伝導量子回路装置。
【請求項９】
前記量子ビットは、ジョセフソンパラメトリック発振器(Josephson Parametric Oscillator, JPO)を含む、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超伝導量子回路装置。
【請求項１０】
結合器にそれぞれ結合ポートを介して複数の量子ビットが結合するとともに、前記結合ポートとは別に、前記結合器に結合する予備的な結合ポートである予備ポートをさらに備えた超伝導量子回路装置に対して、
前記量子ビットの代わりに、前記予備ポートに信号を与える、超伝導量子回路の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導量子回路装置と超伝導量子回路の制御方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
LHZ（提案者であるLechner, Hauke, Zoller3氏の頭文字の略）方式の量子アニーリングマシンをジョセフソンパラメトリック発振器（Josephson Parametric Oscillator, JPO）を用いて実現する場合には、ジョセフソン接合やそれを含む非線形共振器を４体結合器として用いることができることが知られている（非特許文献１、２）。LHZ方式では１つの物理ビットにより２つの論理ビットの積を表現し、この物理ビットを規則的に並べ、近接する物理ビットを四体結合器で結び、局所磁場を印加することにより、論理ビット間の全結合を表現することができる。ＪＰＯは、超伝導量子干渉デバイス（Superconducting Quantum Interference Device, SQUID）を有する超伝導非線形共振器である。ＪＰＯはSQUIDに共振周波数の約２倍の周波数のマイクロ波（ポンプ信号）を印加することにより、ポンプの１／２の周波数でパラメトリック発振する。このパラメトリック発振はポンプ信号との相対位相がπ異なる２つの発振状態のいずれかをとる。この２つの発振状態を量子ビットの２準位として扱う。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Wolfgang Lechner, Philipp Hauke, Peter Zoller, "A quantum annealing architecture with all-to-all connectivity from local interactions", Science Advances 2015 October
Shruti Puri, et. al., "Quantum annealing with all-to-all connected nonlinear oscillators", Nature Communications 8, 15785 (2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子ビットとしてＪＰＯを用いて量子アニーリングマシンを構成した場合、製造プロセスにおける歩留まり等によって、パラメトリック発振しないＪＰＯ等、欠損した量子ビット（「欠損ビット」ともいう）となる場合がある。また、ノイズ発生源の抑制の観点等から、一部のＪＰＯの発振を休ませたい場合が考えられる。このように、欠損や休止により、量子ビットである発振器の一部が停止した状況が考えられる。
【０００５】
本開示は、量子ビットが停止した場合にも、停止していない量子ビットへの制約を保つことを可能とする超伝導量子回路装置と超伝導量子回路の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一形態によれば、超伝導量子回路装置は、結合器にそれぞれ結合ポートを介して複数の量子ビットが結合するとともに、前記結合ポートとは別に、前記結合器に結合する予備的な結合ポートである予備ポートをさらに備える。
【０００７】
本開示の一形態によれば、超伝導量子回路装置は、結合器にそれぞれ結合ポートを介して複数の量子ビットが結合するとともに、前記結合ポートとは別に、前記結合器に結合する予備的な結合ポートである予備ポートをさらに備えた超伝導量子回路に対して、前記量子ビットの代わりに、前記予備ポートに信号を与える、超伝導量子回路の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、量子ビットが停止した場合にも、停止していない量子ビットへの制約を保つことを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
関連技術の回路構成の一例を模式的に説明する図である。
関連技術のレイアウトの一例を模式的に説明する図である。
関連技術を説明する図である。
関連技術を説明する図である。
実施形態の回路構成の一例を模式的に説明する図である。
実施形態のレイアウトの一例を模式的に説明する図である。
実施形態の構成の一例を模式的に説明する図である。
実施形態の構成の別の一例を模式的に説明する図である。
実施形態の別の例の回路構成の一例を模式的に説明する図である。
実施形態の別の例のレイアウトの一例を模式的に説明する図である。
実施形態の別の例の構成の一例を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施形態について説明する。量子アニーリングマシンにおいて、停止等による欠損ビットがあると、当該欠損ビット自体が利用できないだけでなく、当該欠損ビットが結合する結合器で四体相互作用が機能せず、欠損していない正常な量子ビットにも必要な制約が働かなくなる等の影響が生じる。上記の課題は一つの例であるが、本開示の装置、方法は、上記に限らず、様々な場面で超伝導量子回路装置の可用性（availability）、耐障害性（fault-tolerance）を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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