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公開番号2025042417
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2023149424
出願日2023-09-14
発明の名称量子デバイス
出願人富士通株式会社,国立研究開発法人理化学研究所
代理人個人,個人
主分類G06N 10/20 20220101AFI20250319BHJP(計算;計数)
要約【課題】ゲート速度とコヒーレンス時間を確保すること。
【解決手段】第2周波数帯域よりも低い第1周波数帯域に複数のノッチを有するフィルタと、前記第1周波数帯域で共振する第1量子ビットと、前記第2周波数帯域で共振する第2量子ビットと、を備え、前記第1量子ビットには、1量子ビットゲートの実行時、前記第1量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第1量子ビットの状態が制御され、2量子ビットゲートの実行時、前記第2量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第1量子ビットの量子状態に応じて、前記第2量子ビットの状態が制御される、量子デバイス。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第２周波数帯域よりも低い第１周波数帯域に複数のノッチを有するフィルタと、
前記第１周波数帯域で共振する第１量子ビットと、
前記第２周波数帯域で共振する第２量子ビットと、を備え、
前記第１量子ビットには、１量子ビットゲートの実行時、前記第１量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第１量子ビットの状態が制御され、２量子ビットゲートの実行時、前記第２量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第１量子ビットの量子状態に応じて、前記第２量子ビットの状態が制御される、量子デバイス。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記フィルタは、前記第１量子ビットの共振周波数と前記第２量子ビットの共振周波数との間で共振する、請求項１に記載の量子デバイス。
【請求項３】
前記複数のノッチは、第１ノッチ周波数を有する第１ノッチと、前記第１ノッチ周波数よりも高く前記フィルタの共振周波数よりも低い第２ノッチ周波数を有する第２ノッチとを含む、請求項２に記載の量子デバイス。
【請求項４】
前記フィルタは、前記第１ノッチを形成する第１フィルタと、前記第２ノッチを形成する第２フィルタとを含む、請求項３に記載の量子デバイス。
【請求項５】
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタが設けられた第１層と。前記第１量子ビットが設けられた第２層とを有する基板を備える、請求項４に記載の量子デバイス。
【請求項６】
前記第１量子ビットまたは前記第２量子ビットが共振する周波数を有する信号が入力される端子は、前記第１層に設けられており、
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタは、前記端子の周囲に設けられた、請求項５に記載の量子デバイス。
【請求項７】
前記第２フィルタは、前記端子を挟んで前記第１フィルタと対向する、請求項６に記載の量子デバイス。
【請求項８】
前記第１フィルタは、前記端子に近接する第１共振器を含み、
前記第２フィルタは、前記端子に近接する第２共振器を含む、請求項６に記載の量子デバイス。
【請求項９】
前記第１量子ビットは、前記基板の平面視において、前記第１共振器及び前記第２共振器と重複しないジョセフソン接合を有する、請求項８に記載の量子デバイス。
【請求項１０】
前記第１フィルタは、前記端子と前記第１共振器との間の第１容量と、前記第１共振器と前記第１量子ビットとの間の第２容量と、を含み、
前記第２フィルタは、前記端子と前記第２共振器との間の第３容量と、前記第２共振器と前記第１量子ビットとの間の第４容量と、を含む、請求項８に記載の量子デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、量子デバイスに関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
超伝導量子ビット（以下、単に「量子ビット」ともいう）を用いた量子計算機において、２量子ビットゲート操作を行う方法が知られている。量子ビットの制御を行うためには、量子ビットを導波路に結合させて、導波路からマイクロ波パルスを照射する。量子ビットと導波路との結合が強いほど、量子ビットのゲート操作に要する時間（ゲート時間）は短くなる。一方、量子ビットと導波路との結合が強いほど、量子ビットの寿命は短くなる。つまり、量子ビットの長寿命化とゲート時間の短縮とは互いに相反する関係にある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／１０５７３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２量子ビットゲート（交差共鳴ゲートともいう）では、標的量子ビットが共振（共鳴）する周波数を有する信号が導波路から制御量子ビットに入力されることで、制御量子ビットの状態に応じて標的量子ビットの状態が変化する。
【０００５】
２量子ビットゲートの場合、制御量子ビットに入力する信号の強度を上げるか、導波路と量子ビットの結合効率上げることで、ゲートの高速化（ゲート時間の短縮化）が可能である。しかしながら、制御量子ビットと入力導波路の結合が強すぎると制御量子ビットから入力導波路への輻射損失が増大し、制御量子ビットのコヒーレンス時間（データ保持時間）が短縮する。
【０００６】
本開示は、ゲート速度とコヒーレンス時間を確保可能な量子デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様では、
第２周波数帯域よりも低い第１周波数帯域に複数のノッチを有するフィルタと、
前記第１周波数帯域で共振する第１量子ビットと、
前記第２周波数帯域で共振する第２量子ビットと、を備え、
前記第１量子ビットには、１量子ビットゲートの実行時、前記第１量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第１量子ビットの状態が制御され、２量子ビットゲートの実行時、前記第２量子ビットが共振する周波数を有する信号が前記フィルタを介して入力され、前記第１量子ビットの量子状態に応じて、前記第２量子ビットの状態が制御される、量子デバイスが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、ゲート速度とコヒーレンス時間を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
量子ビットの接続例を示す図である。
導波路と制御量子ビットとの間の結合効率の周波数依存性を説明するための図である。
本実施形態の量子デバイスを説明するための図である。
フィルタの結合効率の周波数特性の一例を示す図である。
第１実施形態の量子デバイスの構成例を示す斜視図である。
第１実施形態の量子デバイスの等価回路図である。
第２実施形態の量子デバイスの構成例を示す平面図である。
第２実施形態の量子デバイスの等価回路図である。
フィルタの結合効率の周波数特性と各量子ビットの共振周波数とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態を説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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