[發明專利]混合表面聲波和微波信號的超導器件的應用

在審

• 申請號: 201980045248.0
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN112368940A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: B·阿布多
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H03D7/00
• 分類號: H03D7/00;H03F19/00;G06N10/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 酆迅;李崢宇

提供了以與約瑟夫遜環調制器耦合的表面聲波諧振器和超導微波諧振器實現的超導器件應用。一種方法可以包括由微波約瑟夫遜混頻器從超導器件的超導表面聲波諧振器接收表面聲波信號，該表面聲波信號包括在第一頻率諧振的一個或多個聲子。該方法還可以包括由微波約瑟夫遜混頻器從超導器件的超導微波諧振器接收微波信號，該微波信號包括可以在第二頻率諧振的一個或多個光子。進一步，該方法還可以包括由微波約瑟夫遜混頻器基于從操作性地耦合到微波約瑟夫遜混頻器的微波源接收的微波控制信號來混合表面聲波信號和微波信號。

背景技術

在量子電路中，將約瑟夫遜環(Josephson ring)調制器耦合到兩個超導微波諧振器上，并且在這兩個超導微波諧振器所支持的差模與饋送到約瑟夫遜環調制器的非諧振的公共驅動之間進行三路混頻。由于將約瑟夫遜環調制器耦合到這兩個超導微波諧振器上，器件在差模的頻率的選擇方面受到限制，這可能引起一個或多個問題。例如，將約瑟夫遜環調制器耦合到低頻傳輸線諧振器可能具有不同問題，諸如占據大面積(例如，大占用面積)。另一個問題是，與約瑟夫遜環調制器的電感相比，與低諧振頻率傳輸線路相關聯的線性電感相對較大。這可導致非常低的參與率，這反過來為了其操作又要求諧振器具有非常高的外部品質因數(Qs)。然而，不希望諧振器有高的外部Qs，因為它可能引起非常窄的動態帶寬，從而嚴重限制器件的可用性和實用性。

此外，將約瑟夫遜環調制器耦合到低頻的集總元件諧振器可能需要使用大的集總電容和大的集總電感。實踐中很難實現大的集總電容和電感。大電容可能具有相當大的損耗(降低器件的內部Q)，因此可能導致相當一大部分的量子信號的丟失。大的幾何電感通常受到寄生電容對其實用性的限制。大的動電感通常依賴于難以制造和集成的非常規薄超導體。

發明內容

下面給出概述以提供對本發明的一個或多個實施例的基本理解。本概述不旨在標識關鍵或重要元素，或描繪特定實施例的任何范圍或權利要求的任何范圍。其唯一目的是以簡化形式呈現概念，作為稍后呈現的更詳細描述的前序。在本文描述的一個或多個實施例中是混合表面聲波和微波信號的器件、促進表面聲波與微波信號之間的無損頻率轉換的系統、方法、裝置和/或計算機程序產品，是用于表面聲波和微波信號的非退化參數約瑟夫遜放大器，并且纏結聲子模式和光子模式。

根據實施例，一種方法可以包括：由微波約瑟夫遜混頻器從超導器件的超導表面聲波諧振器接收表面聲波信號，該表面聲波信號包括在第一頻率諧振的一個或多個聲子。該方法還可以包括由該微波約瑟夫遜混頻器從該超導器件的超導微波諧振器接收微波信號，該微波信號包括可以在第二頻率諧振的一個或多個光子。進一步，該方法還可以包括由該微波約瑟夫遜混頻器基于從一個微波源接收的微波控制信號對該表面聲波信號和該微波信號進行混合，該微波源可操作地聯接到該微波約瑟夫遜混頻器上。這種方法的優點是可以在超導表面聲波諧振器的低微波頻率與超導微波諧振器的高微波頻率之間進行無耗散的三波混頻和放大。另一個優點在于，由表面聲波信號攜帶的量子信息能夠以單一方式被轉換成微波信號或反之亦然(例如，量子信號的能量和相位相干性被保留)。同樣，該量子操作可以通過由該器件接收的單獨的微波控制信號(稱為泵或泵裝置)來控制和啟用。

在一些實現方式中，該方法可以包括基于施加在微波信號與表面聲波信號之間的頻率差施加的泵驅動，由微波約瑟夫遜混頻器將量子信息從超導表面聲波諧振器傳送到超導微波諧振器(和/或從超導微波諧振器傳送到表面聲波諧振器)。這種方法的優點在于，可以利用微波控制信號來選擇其信息被交換或轉換的模式。

在一些實現方式中，該方法可以有利地包括基于確定表面聲波信號與微波信號的混合將要停止，由微波約瑟夫遜混頻器斷開超導表面聲波諧振器與超導微波諧振器之間的連接或相互作用。進一步，該方法可以包括基于確定表面聲波信號與微波信號的混合將被重新啟動，由微波約瑟夫遜混頻器重新啟用超導表面聲波諧振器與超導微波諧振器之間的連接或相互作用。這種方法的一個優點在于，微波約瑟夫遜混頻器可以控制表面聲波信號與微波信號之間的信息傳輸。