光复用量子控制的制作方法

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用于量子计算机的量子位控制系统以及一种在量子计算机中控制量子位的方法。

背景技术：

1、量子计算中的一个结构单元(building block)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。该射频通过射频线路被递送到谐振器，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、控制射频线的数量可以与量子计算机中的量子位的数量成比例。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路的数量，可能令人希望的是采用复用器和解复用器(demultiplexer)以能够将多个射频能量信号发送到该多个量子位。然而，即使当使用复用器和多路分配器来传输射频能量信号时，仍然存在以下问题：这些类型的系统是庞大的，并且更重要的是将热量和相关联的噪声引入这些量子位的超导环境中。因此，期望解决现有信号传送技术的该问题和其他问题。

技术实现思路

1、本发明的方面是提供一种用于量子计算机的量子位控制系统。该量子位控制系统包括多个光载波的源，每个光载波是不同波长的光；以及光调制器，该光调制器被配置为接收该多个光载波并且用量子位控制信号对每个光载波进行调制，以提供多个调制的光信号。该量子位控制系统还包括光复用器，该光复用器被配置为接收该多个调制的光信号并且提供波分复用的光信号；以及光波导，该光波导被光学地耦合到该光复用器上，以通过其接收和发射该波分复用的光信号。该量子位控制系统进一步包括光解复用器，该光解复用器被光学地耦合到该光波导上，以在传输穿过该光波导之后接收该波分复用的光信号，以恢复该多个被调制的光信号中的每一个；解调器，该解调器被光学地耦合到该光解复用器上，以接收该恢复的多个调制的光信号的每一个，以输出相应的多个恢复的量子位控制信号；以及多个空间分离的量子位控制波导，每个量子位控制波导被配置为接收该多个恢复的量子位控制信号的至少一个，使得等效的恢复的量子位控制信号在空间上被分成不同的空间分离的量子位控制波导。该多个空间上分离的量子位控制波导中的每一个将量子位控制信号引导到多个量子位的不同子集，该多个量子位被配置为受到由该多个空间上分离的量子位控制波导所传递的量子位控制信号的控制。

2、在实施例中，该多个量子位控制信号和对应的该多个恢复的量子位控制信号是在与有待控制的对应的量子位的激发能量相对应的射频(rf)波长范围内。

3、在实施例中，该量子位控制系统进一步包括射频复用器，该射频复用器被配置为从该解调器接收至少两个恢复的量子位控制信号，这些量子位控制信号是不同的rf波长，并且将该至少两个恢复的量子位控制信号复用到该多个空间分离的量子位控制波导之一上。

4、在实施例中，该量子位控制系统进一步包括多个射频复用器，每个射频复用器被配置为从该解调器接收至少两个恢复的量子位控制信号，这些量子位控制信号是不同的rf波长，并且将该至少两个恢复的量子位控制信号复用到该多个空间分离的量子位控制波导中的对应一个之上。

5、在实施例中，该射频复用器包括多个带通滤波器，每个带通滤波器允许对应的一个恢复的量子位控制信号通过，同时衰减或基本上阻断所有其他恢复的量子位控制信号。在实施例中，解调器包括直接光电转换器。

6、本发明的另方面是提供一种量子计算机，该量子计算机包括：制冷系统，该制冷系统具有温控容器；被布置在该温控容器内的量子处理器，该量子处理器包括多个量子位；以及量子位控制系统，该量子位控制系统具有在该温控容器外部的部分以及延伸到该温控容器中的部分，以提供对该多个量子位的控制。

7、该量子位控制系统包括：具有多个光载波的源，每个光载波是不同波长的光；光调制器，该光调制器被配置为接收该多个光载波并且用量子位控制信号对每个光载波进行调制，以提供多个调制的光信号；光复用器，被配置为用于接收多个调制光信号并提供波分复用光信号；光波导，其与光复用器光耦合，以通过其接收和传输所述波分复用光信号；光解复用器，其与光波导光耦合以接收通过光波导传输之后的波分复用的光信号，以恢复多个调制的光信号中的每一个；解调器，该解调器被光学地耦合到该光解复用器上，以接收该恢复的多个调制的光信号的每一个，以输出相应的多个恢复的量子位控制信号；以及多个空间分离的量子位控制波导，每个量子位控制波导被配置为接收该多个恢复的量子位控制信号的至少一个，使得等效的恢复的量子位控制信号在空间上被分成不同的空间分离的量子位控制波导。该多个空间上分离的量子位控制波导中的每一个将量子位控制信号引导到该多个量子位的不同子集，该多个量子位被配置为受到由该多个空间上分离的量子位控制波导所传递的量子位控制信号的而控制。

8、在实施例中，多个光载波的源、光调制器和光复用器均设置在温控容器的外部。在实施例中，光解复用器和解调器设置在温控容器内。在实施例中，该光波导从布置在该温控容器外部的光复用器延伸到该温控容器中到达该光解复用器。在实施例中，该多个量子位控制信号和对应的该多个恢复的量子位控制信号是在与有待控制的对应的量子位的激发能量相对应的射频(rf)波长范围内。

9、在实施例中，该量子计算机进一步包括射频复用器，该射频复用器被配置为从该解调器接收是不同的rf波长的至少两个恢复的量子位控制信号，并且将该至少两个恢复的量子位控制信号复用到该多个空间分离的量子位控制波导之一上。在实施例中，该量子计算机还包括多个射频复用器，每个射频复用器被配置为从该解调器接收至少两个恢复的量子位控制信号，这些量子位控制信号是不同的rf波长，并且将该至少两个恢复的量子位控制信号复用到该多个空间分离的量子位控制波导中的对应一个之上。

10、在实施例中，该射频复用器包括多个带通滤波器，每个带通滤波器允许对应的一个恢复的量子位控制信号通过，同时衰减或基本上阻断所有其他恢复的量子位控制信号。在实施例中，解调器包括直接光至电检测器。在实施例中，该制冷系统进一步包括第二温控容器，该第二温控容器有待被控制在高于该第一提及的温控容器中的温度的温度下。来自该多个光载波的源的光复用器、该光调制器和该光复用器中的至少一个被布置在该第二温控容器中。

11、在实施例中，多个光载波的源、光调制器和光复用器均设置在第二温控容器中。在实施例中，该制冷系统进一步包括第二温控的以便被控制在高于该第一提及的温控容器中的温度的温度下。在实施例中，光解复用器和至少一个解调器设置在第二温控容器中。在实施例中，光解复用器和所有解调器都设置在第二温控容器中。

12、本发明的另方面是提供一种在量子计算机中控制量子位的方法。该方法包括：将多个量子位控制信号中的每一个调制到多个光载波中的对应一个的光载波上，以提供多个调制的光信号，该多个光载波中的每一个光载波是不同波长的光；将多个调制光信号复用到光波导上，以提供待通过光波导传输的波分复用光信号；将经过光波导传输后的多个调制光信号从波分复用光信号中解复用，以恢复所述多个调制光信号；对该恢复的多个调制的光信号进行解调，以恢复该多个量子位控制信号；在该解调之后将来自该多个恢复的量子位控制信号的每个恢复的量子位控制信号耦合到多个在空间上分离的量子位控制波导中的至少一个中，使得等效的量子位控制信号在空间上被分成不同的量子位控制波导；以及将恢复的量子位控制信号从每个空间分离的量子位控制波导引导到该量子计算机的多个量子位的不同子集上以便提供其控制。

13、在实施例中，在比解复用、解调、耦合和引导更高的温度下执行调制和复用。在实施例中，该多个量子位是多个超导量子位，并且该解复用、该解调、该耦合以及该引导中的至少一个是在该多个超导量子位的工作温度下进行的。在实施例中，该多个超导量子位中的每具有在射频(rf)光谱范围内的控制信号，这些量子位控制波导是rf波导。

14、在实施例中，从波分复用光信号中解复用多个调制光信号包括：对多个通带中的每个通带的波分复用光信号进行带通滤波，以在多个光信道中的每个光信道处提供多个解复用的调制光信号。

15、在实施例中，从多个调制的光信号解调制多个量子比特控制信号包括：直接光学检测多个解复用的调制光信号中的每一个，以在rf频谱范围内提供相应的多个解调制的电信号。

16、在实施例中，从该多个调制的光信号解调制该多个量子位控制信号包括直接光学检测，以在该rf光谱范围内提供对应的多个解调制的电信号。在实施例中，在该多个量子位的运行超导温度下执行该解调、该耦合以及该引导。