用于操纵双量子位量子态的技术及相关系统和方法与流程

技术特征：

1.一种操作包括多级量子系统的系统的方法，所述多级量子系统色散地耦合至第一量子力学振荡器并且色散地耦合至第二量子力学振荡器，所述方法包括：

将第一驱动波形施加至所述多级量子系统；

将一个或更多个第二驱动波形施加至所述第一量子力学振荡器；以及

将一个或更多个第三驱动波形施加至所述第二量子力学振荡器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一量子力学振荡器实现第一逻辑量子位，

所述第二量子力学振荡器实现第二逻辑量子位，并且

所述第一驱动波形、所述一个或更多个第二驱动波形以及所述一个或更多个第三驱动波形一起被配置成在所述第一逻辑量子位与所述第二逻辑量子位之间实现量子逻辑门。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多级量子系统是非线性量子系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一驱动波形被配置成产生所述多级量子系统的状态的叠加，

所述一个或更多个第二驱动波形被配置成以所述多级量子系统的状态为条件来相干地向所述第一量子力学振荡器添加能量或者从所述第一量子力学振荡器去除能量，并且

所述一个或更多个第三驱动波形被配置成以所述多级量子系统的状态为条件来相干地向所述第二量子力学振荡器添加能量或者从所述第二量子力学振荡器去除能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多级量子系统的状态是基态和第一激发态的叠加。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或更多个第二驱动波形和所述一个或更多个第三驱动波形被配置成以所述多级量子系统是处于所述基态还是处于所述第一激发态为条件来相干地添加能量或者去除能量。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或更多个第二驱动波形由带宽小于所述第一量子力学振荡器的色散频移的单个驱动波形组成，所述色散频移与所述多级量子系统的所述基态与所述第一激发态之间的跃迁相关联。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述一个或更多个第二驱动波形包括：

将初始驱动波形施加至所述第一量子力学振荡器，所述初始驱动波形相干地向所述第一量子力学振荡器添加能量或者从所述第一量子力学振荡器去除能量；

在施加了所述初始驱动波形之后等待预定时间；以及

将后续驱动波形施加至所述第一量子力学振荡器，所述后续驱动波形相干地向所述第一量子力学振荡器添加能量或者从所述第一量子力学振荡器去除能量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在施加所述第一驱动波形之前，所述多级量子系统、所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器处于相应的基态。

10.根据权利要求4所述的方法，还包括：

将第四驱动波形施加至所述多级量子系统，所述第四驱动波形被配置成以所述第一量子力学振荡器的状态和所述第二量子力学振荡器的状态为条件来改变所述多级系统的状态。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括测量所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器的联合奇偶性。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，测量所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器的联合奇偶性包括：

将第五驱动波形施加至所述多级量子系统；

在施加了所述第五驱动波形之后等待第一预定时间；

将第六驱动波形施加至所述多级量子系统；

在施加了所述第六驱动波形之后等待第二预定时间；以及

将第七驱动波形施加至所述多级量子系统。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括经由耦合至所述多级量子系统的读出谐振器来测量所述多级量子系统的状态。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述读出谐振器电容耦合至所述多级量子系统，并且其中，所述读出谐振器还耦合至传输线。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，经由所述读出谐振器来测量所述多级量子系统的状态包括测量从所述读出谐振器输出的信号的幅度和相位。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，

其中，是所述第一量子力学振荡器的与所述多级量子系统的基态与所述多级量子系统的第一激发态之间的跃迁相关联的色散频移，并且

其中，是所述第二量子力学振荡器的与所述多级量子系统的基态与所述多级量子系统的第一激发态之间的跃迁相关联的色散频移。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多级量子系统是超导传输子。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器是谐振器腔。

19.一种电路量子电动力学系统，包括：

多级量子系统；

第一量子力学振荡器，其色散地耦合至所述多级量子系统；

第二量子力学振荡器，其色散地耦合至所述多级量子系统；以及

至少一个电磁辐射源，被配置成将独立的电磁脉冲施加至所述多级量子系统、所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个电磁辐射源被配置成：

将第一驱动波形施加至所述多级量子系统，所述第一驱动波形被配置成产生所述多级量子系统的状态的叠加；

将一个或更多个第二驱动波形施加至所述第一量子力学振荡器，所述一个或更多个第二驱动波形被配置成以所述多级量子系统的状态为条件来相干地向所述第一量子力学振荡器添加能量或者从所述第一量子力学振荡器去除能量；以及

将一个或更多个第三驱动波形施加至所述第二量子力学振荡器，所述一个或更多个第三驱动波形被配置成以所述多级量子系统的状态为条件来相干地向所述第二量子力学振荡器添加能量或者从所述第二量子力学振荡器去除能量。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述多级量子系统是非线性量子系统。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述非线性量子系统包括：

约瑟夫森结，其包括第一超导部、第二超导部和绝缘部，其中，所述绝缘部将所述第一超导部和所述第二超导部物理地隔开；

第一天线，其电连接至所述第一超导部；

第二天线，其电连接至所述第一超导部；以及

第三天线，其电连接至所述第二超导部。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述第一量子力学振荡器经由所述第一天线色散地耦合至所述非线性量子系统，并且其中，所述第二量子力学振荡器经由所述第二天线色散地耦合至所述非线性量子系统。

24.根据权利要求19所述的系统，其中，所述多级量子系统是超导传输子。

25.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一量子力学振荡器和所述第二量子力学振荡器是谐振器腔。

26.根据权利要求19所述的系统，还包括电容耦合至所述多级量子系统的带状线读出谐振器。

27.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一驱动波形、所述一个或更多个第二驱动波形和所述一个或更多个第三驱动波形中的至少一个由现场可编程门阵列(FPGA)产生。

28.一种非线性量子装置，包括：

约瑟夫森结，其包括第一超导部、第二超导部和绝缘部，其中，所述绝缘部将所述第一超导部和所述第二超导部物理地隔开；

第一天线，其电连接至所述第一超导部；

第二天线，其电连接至所述第一超导部；以及

第三天线，其电连接至所述第二超导部。

29.根据权利要求28所述的非线性量子装置，其中，所述第一天线、所述第二天线和所述第一超导部在单个位置处相交。

30.根据权利要求28所述的非线性量子装置，还包括电容耦合至所述第三天线的金属带。