光复用量子控制接口的制作方法

本发明的当前要求的实施例涉及量子计算，并且更具体地涉及一种控制量子计算机中的量子位的方法以及一种用于量子计算机的量子位控制系统。

背景技术：

1、量子计算中的一个结构框是能够制备处于特定量子状态的量子位。超导量子计算机中的量子位通常使用射频能量来控制。射频能量经由射频线被递送到谐振器，该谐振器进而与该量子位相互作用以控制该量子位的量子状态。

2、控制射频线的数目可以与量子计算机中的量子位的数目成比例。在非常大量的量子位上，射频线的数目也可以变得非常大。为了减少所使用的线的数目，可能令人希望的是采用复用器和解复用器以能够将多个射频能量信号发送到多个量子位。然而，即使当使用复用器和解复用器来发送射频能量信号时，问题仍然是这些类型的系统庞大并且更重要地仅允许有限数目的量子位信号被复用(在8的量级上)，因为量子位频率被非近邻量子位在量子器件上重新使用。因此，需要解决现有信号传输技术的这个问题和其他问题。

技术实现思路

1、本发明的一方面是提供一种控制量子计算机中的量子位的方法。所述方法包括：通过光链路接收波分复用的光信号，其中，所述波分复用的光信号具有多个调制光载波，所述多个调制光载波中的每个光载波具有不同的光波长，并且每个载波携带数字量子位控制信号；解复用所述波分复用的光信号以恢复所述多个调制光载波，每个调制光载波携带所述数字量子位控制信号；使用相应的光电检测器检测所述多个调制光载波中的每个调制光载波的所述数字量子位控制信号；使用对应的低温滤波器对所述多个调制光载波中的每个调制光载波的所述数字量子位控制信号进行滤波以提供模拟量子位控制信号；以及将所述模拟量子位控制信号引导到多个超导量子位中的对应的超导量子位。所述检测和所述滤波在低温温度下执行。

2、在实施例中，使用所述对应的低温滤波器对所述多个调制光载波中的每个调制光载波中的所述数字量子位控制信号进行滤波以提供所述模拟量子位控制信号包括：使用超导lc带通低温滤波器对所述多个调制光载波中的每个调制光载波中的所述数字量子位控制信号进行滤波以提供所述模拟量子位控制信号。

3、在实施例中，所述方法进一步包括：在使用所述对应的低温滤波器对所述多个调制光载波中的每个调制光载波中的所述数字量子位控制信号进行滤波以提供所述模拟量子位控制信号之后，并且在将所述模拟量子位控制信号引导到所述对应的超导量子位之前，使用衰减器对所述模拟量子位控制信号进行衰减以减少在所述模拟量子位控制信号中存在的外部微波能量。

4、在实施例中，所述检测和所述滤波在高于所述对应的超导量子位的第二低温工作温度的第一低温温度下执行。

5、在实施例中，所述方法进一步包括：使用电复用器对每个模拟量子位控制信号进行电复用以输出单个电控制模拟信号，从而减少将每个模拟量子位控制信号传输到对应的超导量子位所需的传输线的数目。

6、在实施例中，通过所述光链路接收所述波分复用光信号包括：通过光波导传输所述波分复用的光信号。在实施例中，所述检测和所述滤波中的至少一者基本上在所述多个超导量子位的工作温度下执行。在实施例中，所述多个超导量子位中的每个超导量子位具有在射频(rf)频谱范围内的控制信号。

7、本发明的另方面是提供一种用于量子计算机的量子位控制系统。所述量子位控制系统包括：光波导，其被配置为通过其接收和发送波分复用的光信号，其中，所述波分复用的光信号具有多个调制光载波，所述多个光载波中的每个光载波在不同的光波长处并且携带数字量子位控制信号；以及光解复用器，其光学地耦合到所述光波导以接收通过所述光波导发送后的所述波分复用的光信号，以恢复所述多个调制光载波，每个所述调制光载波携带多个数字量子位控制信号中的对应的数字量子位控制信号。所述量子位控制系统进一步包括：与所述光解复用器通信的多个光电检测器，所述多个光电检测器中的每个光电检测器被配置为检测所述多个数字量子位控制信号中的对应的数字量子位控制信号；以及与所述多个光电检测器通信的多个低温滤波器，所述多个低温滤波器中的每个低温滤波器被配置为对所述多个数字量子位控制信号中的对应的数字量子位控制信号进行滤波以提供多个模拟量子位控制信号中的对应的模拟量子位控制信号。所述多个模拟量子位控制信号中的所述对应的模拟量子位控制信号被引导到多个超导量子位中的对应的超导量子位。所述多个光电检测器和所述多个低温滤波器在低温温度下被提供。

8、在实施例中，所述多个低温滤波器中的每个低温滤波器包括超导lc带通低温滤波器。

9、在实施例中，所述量子位控制系统进一步包括：多个衰减器，其被耦合到所述多个低温滤波器，所述多个衰减器中的每个衰减器被配置为减少在所述多个模拟量子位控制信号中的对应的模拟量子位控制信号中存在的外部微波能量。

10、在实施例中，所述多个光电检测器和所述多个低温滤波器在高于所述多个超导量子位的第二低温工作温度的第一温度下被提供。

11、在实施例中，所述多个模拟量子位控制信号中的所述对应的模拟量子位控制信号的每个模拟量子位控制信号在与待控制的所述对应的超导量子位的激发能量相对应的射频(rf)波长范围中。

12、在实施例中，所述量子位控制系统进一步包括：电复用器，其被耦合到所述多个低温滤波器，所述电复用器被配置为电复用每个模拟量子位控制信号以输出单个电控制模拟信号，从而减少将每个模拟量子位控制信号传输到对应的超导量子位所需的传输线的数目。

13、在实施例中，所述多个光电检测器中的每个光电检测器是被配置为在光伏操作模式下工作以使功耗最小化的硅(si)基锗(ge)光电检测器。

14、本发明的又一方面是提供一种量子计算机，所述量子计算机包括：制冷系统，其包括温控容器；量子处理器，其被布置在所述温控容器内，所述量子处理器包括多个量子位；以及量子位控制系统，其延伸到所述温控容器中以提供对所述多个量子位的控制。所述量子位控制系统包括：光波导，其被配置为通过其接收和发送波分复用的光信号，其中，所述波分复用的光信号具有多个调制光载波，所述多个光载波中的每个光载波在不同的光波长处并且携带数字量子位控制信号；以及光解复用器，其光学耦合到所述光波导，以接收通过所述光波导发送后的所述波分复用的光信号，以恢复所述多个调制光载波，每个调制光载波携带对应的数字量子位控制信号。所述量子位控制系统进一步包括：与所述光解复用器通信的多个光电检测器，所述多个光电检测器中的每个光电检测器被配置为检测对应的数字量子位控制信号；以及与所述多个光电检测器通信的多个低温滤波器，所述多个低温滤波器中的每个低温滤波器被配置为对对应的数字量子位控制信号进行滤波以提供对应的模拟量子位控制信号。所述对应的模拟量子位控制信号被引导到多个超导量子位中的对应的超导量子位。所述多个光电检测器和所述多个低温滤波器在所述温控容器内在低温温度下被提供。

15、在实施例中，所述多个低温滤波器中的每个低温滤波器包括超导lc带通低温滤波器。

16、在实施例中，所述量子位控制系统进一步包括：多个衰减器，其被耦合到所述多个低温滤波器，所述多个衰减器中的每个衰减器被配置为衰减在对应的模拟量子位控制信号中存在的外部微波能量。

17、在实施例中，所述多个光电检测器和所述多个低温滤波器在高于所述多个超导量子位的第二低温工作温度的第一温度下被提供。

18、在实施例中，所述量子位控制系统包括：电复用器，其被耦合到所述多个低温滤波器，所述电复用器被配置为电复用每个模拟量子位控制信号以输出单个电控制模拟信号，从而减少将每个模拟量子位控制信号传输到所述对应的超导量子位所需的传输线的数目。