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公開番号2025131195
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-09
出願番号2024028785
出願日2024-02-28
発明の名称超伝導量子回路
出願人日本電気株式会社
代理人個人,個人
主分類G06F 7/38 20060101AFI20250902BHJP(計算;計数)
要約【課題】制御線の配線本数を削減可能とした量子ビットおよび/または結合器を備えた超伝導量子回路の提供。
【解決手段】超伝導量子回路装置は、量子ビットに印加する磁束を生成する信号を伝送する配線と、前記量子ビットに容量結合で入力および/または出力される信号の伝送を行う配線を、併せて、単一の第1の配線で構成している。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
量子ビットに印加する磁束を生成する信号を伝送する配線と、
前記量子ビットに容量結合で入力および／または出力される信号の伝送を行う配線を、併せて、単一の第１の配線で構成してなる、超伝導量子回路。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記量子ビットが、
第１のノードと第２のノードとの間に少なくとも一つのジョセフソン接合を含む第１のＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉デバイス）と、
前記第１のノードに接続する第１の電極と、
前記第１の電極とグランドに間に接続された第１のキャパシタと、
を備え、前記第２のノードは前記グランドに接続され、
前記第１の配線は、第１のインダクタを介して前記グランドに接続されるとともに、結合キャパシタを介して前記第１の電極に接続されてなる、請求項１記載の超伝導量子回路。
【請求項３】
前記量子ビットにおいて、動作時、前記第１の配線から前記第１のインダクタに流れる電流により前記第１のＳＱＵＩＤを貫く磁場が生成され、
前記第１の配線から前記結合キャパシタを介して前記量子ビットに信号が入力され、
前記量子ビットからの信号が前記結合キャパシタを介して前記第１の配線に伝搬して読み出される、請求項２記載の超伝導量子回路。
【請求項４】
前記量子ビットにおいて、前記第１のＳＱＵＩＤの前記第１のノードと前記第１の電極の間に、一つのジョセフソン接合または直列接続された複数のジョセフソン接合をさらに含む、請求項２記載の超伝導量子回路。
【請求項５】
前記第１の配線は、前記グランドとの当接部から前記第１の電極の端部に対向して拡延された配線に繋がり、
前記量子ビットの前記第１の電極の端部は拡幅され、
前記第１の電極の前記拡幅された端部に対向して前記拡延された配線の少なくとも一部と、前記配線の少なくとも一部に間隙を介して対向する前記第１の電極の対向辺とが、前記結合キャパシタを形成し、
前記量子ビットの前記第１のＳＱＵＩＤは、前記第１の電極の端部と前記グランドの端部を架橋し、
前記第１の電極の端部に対向して延在された前記配線の少なくとも一部が前記第１のインダクタとして作用する、請求項２記載の超伝導量子回路。
【請求項６】
請求項１記載の超伝導量子回路と、
前記超伝導量子回路の前記量子ビットに容量結合で印加される交流信号を生成する第１の信号源と、
前記量子ビットに誘導結合で印加される交流信号を生成する第２の信号源と、
前記量子ビットに誘導結合で印加する直流信号を生成する第３の信号源と、
前記第１の信号源と前記第２の信号源からの信号を結合して出力するダイプレクサと、
前記ダイプレクサの出力を前記第３の信号源からの前記直流信号でバイアスした信号を出力するバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路からの信号が前記第１の配線に供給され、
前記量子ビットから前記第１の配線に伝搬し、前記第１の信号源から前記第１の配線への経路からサーキュレータで分岐された信号を入力する第１の計測器をさらに備えている超伝導量子回路装置。
【請求項７】
少なくとも一つの前記量子ビットを含む複数の量子ビット同士を相互に結合する結合器について、
前記結合器に印加する磁束を生成する信号を伝送する配線と、
前記結合器に容量結合で入力および／または出力される信号の伝送を行う配線を併せて単一の第２の配線で構成してなる、請求項１記載の超伝導量子回路。
【請求項８】
前記結合器が、
前記結合器の第１の電極と第２の電極との間に、互いに並列に接続された少なくとも第１のジョセフソン接合と第２のジョセフソン接合を含む第１のＳＱＵＩＤと、
前記第１の電極と前記第２の電極間に接続された第１のキャパシタと、
を備え、
前記第２の配線は、結合器用の第１のインダクタを介してグランドに接続されるとともに、結合器用の結合キャパシタを介して前記結合器の前記第１の電極又は前記第２の電極に接続されてなる、請求項７記載の超伝導量子回路。
【請求項９】
前記結合器において、動作時、前記第２の配線から前記結合器用の前記第１のインダクタに流れる電流により、前記結合器の前記第１のＳＱＵＩＤを貫く磁場が生成され、
前記第２の配線から前記結合器用の前記結合キャパシタを介して前記結合器に信号が入力され、
前記結合器からの信号が、前記結合器用の前記結合キャパシタを介して前記第２の配線に伝搬して読み出される、請求項８記載の超伝導量子回路。
【請求項１０】
請求項７記載の超伝導量子回路と、
前記超伝導量子回路の前記結合器に容量結合で印加される交流信号を生成する第４の信号源と、
前記結合器に誘導結合で印加する直流信号を生成する第５の信号源と、
前記第４の信号源の出力を前記第５の信号源からの前記直流信号でバイアスするバイアス回路と、
を備え、
前記バイアス回路が前記第２の配線に接続され、
前記結合器から前記第２の配線に伝搬し、前記第４の信号源から前記第２の配線への経路から分岐された信号を入力する第２の計測器を備えた、超伝導量子回路装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、超伝導量子回路に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、量子計算機の研究開発が世界中で進められている。量子計算機の技術には様々なものがあるが、その一つに超伝導素子を用いた超伝導量子計算機がある。超伝導素子を用いた量子ビットとして、例えばＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device；超伝導量子干渉デバイス）を含むジョセフソンパラメトリック発振器を用いたものが知られている（例えば特許文献1）。複数の量子ビットを組み合わせて量子計算を行う超伝導量子計算機では、量子ビットの状態を読み出すための入出力線や量子ビットの共振周波数を調整するための制御線が設けられる。さらに複数の量子ビットを結合する結合器として、例えばＳＱＵＩＤを含む周波数可変型のものも知られている。周波数可変型の結合器の場合も、状態を読み出すための入出力線や結合器の共振周波数を調整するための制御線（「磁束バイアス線」ともいう）が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１１０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子ビットと結合器のアレイを含む超伝導量子回路が集積化された超伝導量子計算機では、量子ビットと結合器の数が増大すると、必要な信号線や制御線等の配線総数が著しく増え、実装を困難とするという課題が存在する。
【０００５】
本開示は、量子ビットおよび／または結合器の配線本数を削減可能とした超伝導量子回路を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一つの側面によれば、超伝導量子回路は、量子ビットに印加する磁束を生成する信号を伝送する配線と、前記量子ビットに容量結合で入力および／または出力される信号の伝送を行う配線を併せて、単一の第１の配線で構成したものである。
【０００７】
本開示のさらなる一つの側面によれば、前記超伝導量子回路の前記量子ビットを少なくとも一つ含む複数の量子ビット同士を相互に結合する結合器について、前記結合器に印加する磁束を生成する信号を伝送する配線と、前記結合器に容量結合で入力および／または出力される信号の伝送を行う配線を併せて単一の第２の配線で構成してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、配線本数を削減可能とした量子ビットおよび／または結合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
比較例の量子ビットの回路構成を説明する図である。
比較例の量子ビットを説明する図である。
（Ａ）、（Ｂ）は比較例の量子ビットのレイアウトの一例と、ＳＱＵＩＤ近辺を拡大して示す模式平面図である。
本開示におけるいくつかの実施の形態の量子ビットの一例の回路構成を説明する図である。
（Ａ）、（Ｂ）はバイアスＴ回路の一例とダイプレクサの一例を説明する図である。
（Ａ）、（Ｂ）は、本開示におけるいくつかの実施の形態の量子ビットのレイアウトの一例と、ＳＱＵＩＤ近辺を拡大して示す模式平面図である。
図６（Ｂ）のレイアウトに対応した回路構成を説明する図である。
比較例の結合器の回路構成を説明する図である。
（Ａ）、（Ｂ）は比較例の結合器のレイアウトの一例と、ＳＱＵＩＤ近辺を拡大して示す模式平面図である。
本開示の結合器の一例の回路構成を示す図である。
（Ａ）、（Ｂ）は本開示の結合器のレイアウトの一例と、ＳＱＵＩＤ近辺を拡大して示す模式平面図である。
エアブリッジを説明する図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例の１つの量子ビットの回路構成を示す図である。
図１３のＳＱＵＩＤ近辺を拡大して示す模式平面図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例の他の１つの量子ビットの回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例のさらに他の１つの量子ビットの回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例のさらに他の１つの量子ビットの回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例の他の１つの結合器の回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例のさらに他の１つの結合器の回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例のさらに他の１つの結合器の回路構成を示す図である。
本開示の量子ビットのいくつかの変形例のさらに他の１つの結合器の回路構成を示す図である。
量子計算機（アニーリングマシン）の一例を模式的に示す図である。
本開示の結合器と量子ビットの接続例を模式的に示す図である。
本開示の接続構成の別の例を模式的に示す図である。
本開示の接続構成の別の例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示のいくつかの例について説明する。はじめに本開示の前提となる量子ビットについて比較例を用いて説明する。この比較例は、上記した課題の一例を具体的に説明するためのものである。図１は、ジョセフソンパラメトリック発振器を用いた量子ビットの比較例を説明する図である。図１を参照すると、量子ビット１０１は、第１のジョセフソン接合１０２ａと第２のジョセフソン接合１０２ｂを第１の超伝導部材１０３ａと第２の超伝導部材１０３ｂで環状（ループ状）に接続したＳＱＵＩＤ１０４を備えている。第１の超伝導部材１０３ａの一端と第２の超伝導部材１０３ｂの一端とが不図示の絶縁層（トンネル絶縁層）を介して結合している部位（×で示す）が第１のジョセフソン接合１０２ａに対応し、第１の超伝導部材１０３ａの他端と第２の超伝導部材１０３ｂの他端が不図示の絶縁層（トンネル絶縁層）を介して結合された部位（×で示す）が第２のジョセフソン接合１０２ｂに対応する。第１のジョセフソン接合１０２ａと第２のジョセフソン接合１０２ｂは、ＳＱＵＩＤ１０４の一端（ノードｎ１）と他端（ノードｎ２）間の左右二つの経路に並列に接続されている。ＳＱＵＩＤ１０４の一端（ノードｎ１）は電極１０７に接続され、ＳＱＵＩＤ１０４の他端（ノードｎ２）はグランドに接続されている。ＳＱＵＩＤ１０４の一端（ノードｎ１）とグランド間にはキャパシタンス１０５（容量）が接続されている。キャパシタンス１０５は電極１０７とグランド間に、ＳＱＵＩＤ１０４に並列に接続されたシャントキャパシタの容量である。ＳＱＵＩＤは、一般に、Ｎ個（Ｎは１以上の所定の整数）のジョセフソン接合を超伝導部材で環状に接続した閉回路である。ノードｎ１とｎ２の間の二つの経路にそれぞれジョセフソン接合を含むものを、例えばｄｃ－ＳＱＵＩＤ、ジョセフソン接合が１個のものをｒｆ－ＳＱＵＩＤという場合もある。図１には、ＳＱＵＩＤ１０４の構成としてジョセフソン接合が２個並列に接続された構成を示しているが、ＳＱＵＩＤのループに含まれるジョセフソン接合の個数は任意としてよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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