[發明專利]多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法及其系統

有效

• 申請號: 201810380235.6
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN109583592B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 俞大鵬;吳健生;肖江;陳遠珍;陳偉強;翁文康
• 申請（專利權）人: 南方科技大學;復旦大學
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 潘霞

本申請涉及一種多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法及其系統。應用于具有多超導量子比特陣列以及能夠實現自旋波的磁性薄膜材料的場合下，包括：將磁性薄膜材料設置于多超導量子比特陣列下方；通過磁性薄膜材料中磁疇磁化方向的組合，以形成多個供自旋波通過的通道；多超導量子比特陣列中的量子比特對應設置于自旋波通過的通道上方，以實現單個量子比特與自旋波的耦合；自旋波通道上設有至少兩個量子比特，通過單個量子比特與自旋波之間的耦合以實現兩個量子比特之間的耦合。上述方法利用磁性薄膜材料層來傳遞超導量子比特層的量子比特的狀態變化，同時利用自旋波的軟連接，以實現任意兩個超導量子比特的耦合。

技術領域

本申請涉及超導量子領域，特別是涉及一種多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法。

背景技術

超導量子比特以其在可控性、低損耗以及可擴展性等方面的優勢被認為是最有希望實現量子計算機的固態方式之一。量子比特之間的相干可控耦合是實現大規模的量子計算的必要條件。

目前，公知的超導量子比特之間的耦合是通過電容、電感，或者超導約瑟芬森結進行的。這樣的耦合方式需要固定的布線去連接(硬連接)需要耦合的兩個量子比特，這種方法會受到空間的制約，并且只能實現一個超導量子比特附近的幾個比特，或者幾個遠程的比特之間的耦合。而我們在量子計算和量子信息的應用中，往往需要實現多個量子比特之間任意兩個的耦合，以硬連接的方式是無法實現的。

申請內容

基于此，有必要針對以硬連接的方式是無法實現多個量子比特之間任意兩個的耦合問題，提供一種多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法及其系統。

一種多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法，應用于具有多超導量子比特陣列以及能夠實現自旋波的磁性薄膜材料的場合下，包括：

將所述磁性薄膜材料設置于所述多超導量子比特陣列下方；

通過所述磁性薄膜材料中磁疇磁化方向的組合，以形成多個供所述自旋波通過的通道；

所述多超導量子比特陣列中的量子比特對應設置于所述自旋波通過的通道上方，以實現單個所述量子比特與所述自旋波的耦合；

所述自旋波通道上設有至少兩個所述量子比特，通過單個所述量子比特與所述自旋波之間的耦合以實現兩個所述量子比特之間的耦合。

上述多超導量子比特中任意兩個比特耦合的方法，采用磁性薄膜材料層和超導量子比特層上下兩層重疊的結構，利用磁性薄膜材料層的自旋波來傳遞超導量子比特層的量子比特的狀態變化。最終達到利用超導量子比特和自旋波的耦合同時利用自旋波的軟連接，實現了任意兩個超導量子比特的耦合。

在其中一個實施例中，通過改變所述磁性薄膜材料中磁疇磁化方向的組合以改變所述自旋波通過的通道。

在其中一個實施例中，所述自旋波至少包括第一自旋及第二自旋；所述第一自旋對應作用于所述多超導量子比特陣列中的第一量子比特，所述第二自旋對應作用于所述多超導量子比特陣列中的第二量子比特。

在其中一個實施例中，所述第一自旋與所述第一量子比特之間實現耦合；所述第二自旋與所述第二量子比特之間實現耦合；所述第一量子比特與所述第二量子比特通過所述自旋波實現耦合。

在其中一個實施例中，通過調節所述自旋波內的第一自旋及第二自旋的數密度以調節所述超導量子比特線圈與所述自旋波的耦合能量。

在其中一個實施例中，通過調節所述超導量子比特線圈與所述磁性薄膜材料的豎直距離以調節所述超導量子比特線圈與所述自旋波的耦合能量。

在其中一個實施例中，通過調節所述超導量子比特線圈與所述磁性薄膜材料的豎直距離以調節所述超導量子比特線圈與所述自旋波的耦合能量。

在其中一個實施例中，所述自旋波通過的通道兩側的磁化方向相反以使整體磁通為零。