專利名稱：用于校準(zhǔn)、控制并且運(yùn)行量子處理器的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
用于校準(zhǔn)、控制并且運(yùn)行量子處理器的系統(tǒng)、方法和裝置
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)根據(jù)35U. S.C. 119(e)要求以下申請(qǐng)的權(quán)益，S卩2008年5月20日提交的名 稱為“用于向目標(biāo)哈密爾頓算子受控量子退火的系統(tǒng)、方法和裝置”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序 列號(hào)61/054，740 ；2008年8月觀日提交的名稱為“在量子計(jì)算中避免局部最小值的系統(tǒng)、 方法和裝置”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/092，665 ；2008年9月3日提交的名稱為“用于 量子處理器元件的有效補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)、方法和裝置”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/094，002 ； 以及2008年9月沈日提交的名稱為“用于校準(zhǔn)量子處理器元件的系統(tǒng)、方法和裝置”的美 國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/100，582，所有這些申請(qǐng)均通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
技術(shù)領(lǐng)域
本系統(tǒng)、方法和裝置總體上涉及量子計(jì)算，并且確切地涉及超導(dǎo)量子計(jì)算以及量 子退火的實(shí)現(xiàn)方式。
超導(dǎo)量子位
人們?cè)诳紤]將多種不同的硬件和軟件途徑用于量子計(jì)算機(jī)中。一種硬件途徑采用 了超導(dǎo)材料(如鋁和/或鈮)形成的集成電路來(lái)定義超導(dǎo)量子位。根據(jù)用于對(duì)信息進(jìn)行編 碼的物理特性，超導(dǎo)量子位可以被分為幾個(gè)類別。例如，它們可以被分為電荷、通量與相位 裝置。電荷裝置以該裝置的電荷狀態(tài)來(lái)存儲(chǔ)和處理信息；通量裝置以與通過(guò)該裝置的某個(gè) 部分的磁通量相關(guān)的一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)和處理信息；而相位裝置以與該相位裝置的兩個(gè)區(qū)域 之間的超導(dǎo)相位差相關(guān)的一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)和處理信息。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種不同形式的超導(dǎo)通量量子位，但是所有成功的實(shí)現(xiàn) 方式通常包括被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個(gè)超導(dǎo)回路(即，一個(gè)“量子位回路”)。一 些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了或者串聯(lián)或者并聯(lián)連接的多個(gè)約瑟夫遜結(jié)(即，復(fù)合約瑟夫遜結(jié))，而一 些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了多個(gè)超導(dǎo)回路。
穩(wěn)恒電流
如此前討論的，一個(gè)超導(dǎo)通量量子位可以包括被至少一個(gè)約瑟夫遜結(jié)、或至少一 個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個(gè)量子位回路。由于量子位回路是超導(dǎo)的，所以它實(shí)際上沒(méi) 有電阻。因此，在量子位回路中流動(dòng)的電流可以不經(jīng)歷損耗。如果在量子位回路中通過(guò)(例 如)一個(gè)磁通量信號(hào)誘導(dǎo)出一個(gè)電流，那么這個(gè)電流可以無(wú)限期地維持。該電流可以無(wú)限 期地持續(xù)直到它被以某種方式所干擾或者直到該量子位回路不再是超導(dǎo)的(例如，由于將 該量子位回路加熱到了它的臨界溫度之上)。為了本說(shuō)明書的目的，術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)恒電流”被用 于說(shuō)明在一個(gè)超導(dǎo)量子位的量子位回路中循環(huán)流動(dòng)的電流。穩(wěn)恒電流的符號(hào)和幅值可以受 多種因素影響，這些因素包括但不限于直接連接到該量子位回路上的通量信號(hào)Φχ以及連 接到中斷該量子位回路的一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上的通量信號(hào)Oot。
量子處理器
一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器可以采取一種模擬處理器的形式，例如一種量子處理器(如一種超導(dǎo)量子處理器)。一個(gè)超導(dǎo)量子處理器可以包括多個(gè)量子位以及多個(gè)相關(guān)聯(lián)的局 部偏置器件，例如兩個(gè)或更多個(gè)超導(dǎo)量子位。在美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2006-0225165、美國(guó)專 利公開(kāi)2008-0176750、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/266, 378、以及PCT專利申請(qǐng)序列號(hào)PCT/ US09/37984中說(shuō)明了可以與本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和裝置結(jié)合使用的示例性量子處理器的進(jìn) 一步的細(xì)節(jié)和實(shí)施方案。
絕熱量子計(jì)算
絕熱量子計(jì)算典型地涉及通過(guò)逐漸改變哈密爾頓算子來(lái)將一個(gè)系統(tǒng)從一個(gè)已知 的初始哈密爾頓算子(該哈密爾頓算子是一個(gè)運(yùn)算符，它的本征值是該系統(tǒng)所允許的能 量)演算到一個(gè)最終的哈密爾頓算子。一個(gè)絕熱演算的簡(jiǎn)單實(shí)例是
He = (I-S)H^SHf
其中Hi是初始哈密爾頓算子，Hf是最終哈密爾頓算子，He是演算或瞬態(tài)哈密爾頓 算子，并且s是控制演算速率的一個(gè)演算系數(shù)。隨著系統(tǒng)的演算，系數(shù)s從0到1，這樣使得 在開(kāi)始時(shí)(即，s = 0)演算哈密爾頓算子He等于初始哈密爾頓算子Hi,并且在結(jié)束時(shí)(即， s = 1)演算哈密爾頓算子扎等于最終的哈密爾頓算子Hf。在演算開(kāi)始之前，典型地將系統(tǒng) 初始化為處于初始哈密爾頓算子Hi的一個(gè)基態(tài)中，并且目標(biāo)是使系統(tǒng)進(jìn)行演算的方式為使 得在演算結(jié)束時(shí)該系統(tǒng)結(jié)束在最終的哈密爾頓算子Hf的一個(gè)基態(tài)中。如果該演算太快，則 該系統(tǒng)能夠被激發(fā)到一個(gè)更高的能態(tài)，例如第一激發(fā)態(tài)。在本發(fā)明的這些系統(tǒng)、方法及裝置 中，“絕熱”演算被認(rèn)為是滿足以下絕熱條件的一種演算
s\{\\dHJds\ 0) |= Sg2{s)
其中i是s的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，g (s)是作為s的一個(gè)函數(shù)的系統(tǒng)的基態(tài)與第一激發(fā)態(tài)之間 的能量差值(在此還被稱為“間隙大小”)，并且δ是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1的一個(gè)系數(shù)。
絕熱量子計(jì)算中的演算過(guò)程有時(shí)可被稱為退火。s變化的速率(有時(shí)被稱為演算 或退火進(jìn)度)通常是足夠慢的以便使該系統(tǒng)在演算過(guò)程中總是處于演算哈密爾頓算子的 瞬時(shí)基態(tài)中，并且避免了在反交叉處(即，當(dāng)該間隙大小是最小的時(shí)候)的轉(zhuǎn)變。在美國(guó)專 利號(hào)7，135，701中描述了關(guān)于絕熱量子計(jì)算系統(tǒng)、方法及裝置的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
量子退火
量子退火是一種計(jì)算方法，該方法可以被用于找出一個(gè)系統(tǒng)的低能態(tài)，典型地優(yōu) 選是基態(tài)。與經(jīng)典的退火概念相類似，該方法所依賴的本質(zhì)性原理在于自然系統(tǒng)趨向于低 能態(tài)，因?yàn)榈湍軕B(tài)是更加穩(wěn)定的。然而，盡管經(jīng)典退火使用經(jīng)典的熱波動(dòng)將一個(gè)系統(tǒng)引導(dǎo)到 它的全局能量最小值，但量子退火可以使用量子效應(yīng)(如量子隧道效應(yīng))來(lái)更精確和/或 更快速地達(dá)到一個(gè)全局能量最小值。人們已知對(duì)于一個(gè)難題(例如組合優(yōu)化問(wèn)題)的解可 被編碼到一個(gè)系統(tǒng)哈米爾頓算子的基態(tài)中并且因此量子退火可被用于尋找此類難題的解。 絕熱量子計(jì)算是量子退火的一種特殊情況，對(duì)于量子退火該系統(tǒng)在理想情況下對(duì)于整個(gè)絕 熱演算開(kāi)始于并保持在它的基態(tài)中。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解量子退火系統(tǒng) 和方法總體上可在一臺(tái)絕熱量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，反之亦然。貫穿本說(shuō)明書以及所附的權(quán)利 要求，任何提及對(duì)量子退火之處均旨在包含絕熱量子計(jì)算，除非上下文中另有要求。
量子退火是在退火過(guò)程中使用量子力學(xué)來(lái)作為一個(gè)無(wú)序化源的一種算法。最優(yōu)化 問(wèn)題被編碼在一個(gè)哈密爾頓算子Hp中，并且該算法通過(guò)增加一個(gè)與Hp不進(jìn)行交換的無(wú)序化 哈密爾頓算子Hd來(lái)引入強(qiáng)的量子波動(dòng)。一個(gè)實(shí)例的情形為
He = Hp+Γ Hd,
其中Γ在演算過(guò)程中從一個(gè)大的值變化到實(shí)質(zhì)上為0，并且He可以被認(rèn)為是與以 上在絕熱量子計(jì)算的背景下說(shuō)明的He相類似的一個(gè)演算哈密爾頓算子。通過(guò)去除Hd(即， 減小Γ)來(lái)緩慢地去除這種無(wú)序化。因此，由于該系統(tǒng)以一個(gè)初始哈密爾頓算子開(kāi)始，并且 通過(guò)一個(gè)演算哈密爾頓算子演算到一個(gè)最終的“問(wèn)題”哈密爾頓算子Hp(它的基態(tài)對(duì)于該問(wèn) 題的一個(gè)解進(jìn)行編碼)，所以量子退火與絕熱量子計(jì)算是相類似的。如果該演算是足夠慢 的，那么該系統(tǒng)將典型地進(jìn)入一個(gè)接近該精確解的局部最小值；該演算越慢，將得到的解就 會(huì)越好。這種計(jì)算的性能可以通過(guò)與演算時(shí)間相對(duì)比的殘余能量(與使用目標(biāo)函數(shù)的精確 解之間的距離)來(lái)進(jìn)行評(píng)估。該計(jì)算的時(shí)間是生成在某個(gè)可接受的閾值以下的一個(gè)殘余能 量所需要的時(shí)間。在量子退火中，Hp可以編碼一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題，并且因此Hp在編碼該解的 這些量子位的子空間中可以是對(duì)角的，但是該系統(tǒng)不一定始終都保持在這種基態(tài)中。Hp的 能量形態(tài)可以是精心設(shè)計(jì)的，這樣使得它的全局最小值是有待被解決的問(wèn)題的答案，并且 處于低位的多個(gè)局部最小值是多個(gè)良好的近似。
在量子退火中Γ的逐步減小可以遵循被稱為是退火進(jìn)度的一個(gè)限定的進(jìn)度。與 絕熱量子計(jì)算的傳統(tǒng)形式(其中系統(tǒng)開(kāi)始于并且在整個(gè)演算過(guò)程中保持在它的基態(tài)中)不 同，在量子退火中，系統(tǒng)在整個(gè)退火進(jìn)度過(guò)程中也許不保持在它的基態(tài)中。這樣，量子退火 可以實(shí)現(xiàn)為一種啟發(fā)式的技術(shù)，其中具有的能量靠近基態(tài)能量的低能態(tài)可以提供對(duì)該問(wèn)題 的近似解。
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對(duì)利用超導(dǎo)通量量子位的量子退火的一種直截了當(dāng)?shù)耐緩绞褂昧耸┘拥搅孔游?回路(Φχ)和量子位耦聯(lián)器(Φτ)上的固定的通量偏置。這個(gè)方案的動(dòng)機(jī)是通過(guò)這些固定 的通量偏置來(lái)定義問(wèn)題哈密爾頓算子ΗΡ，這些固定的通量偏置在整個(gè)退火過(guò)程中通常是保 持不變的。無(wú)序項(xiàng)Γ Hd可以通過(guò)(例如)將一個(gè)對(duì)應(yīng)的通量信號(hào)連接到每個(gè)第i個(gè) 量子位的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此實(shí)現(xiàn)單一量子位的隧道分裂在該退火程序 中，初始地施加了信號(hào)以便在每個(gè)量子位中引入最大的無(wú)序化，并且然后逐步地改變， 這樣使得(如由這些靜態(tài)通量偏置所定義的)在演算結(jié)束時(shí)僅保留ΗΡ。這種途徑(由于施 加到量子位回路的這些信號(hào)實(shí)質(zhì)上是保持固定的，所以在此被稱作“固定的量子退火”)是 有吸引力的，這是由于它的簡(jiǎn)單性將僅有的時(shí)變信號(hào)施加到這些量子位復(fù)合約瑟夫遜結(jié) 上以便調(diào)制該隧道分裂Δ。然而，這種途徑?jīng)]有考慮一種重要的效應(yīng)量子位穩(wěn)恒電流同 樣是施加到每個(gè)量子位的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上的通量信號(hào)的一個(gè)函數(shù)。這意味著旨在 由施加到量子位回路(Φχ)和量子位耦聯(lián)器(Φ》上的靜態(tài)通量偏置定義的問(wèn)題哈密爾頓 算子Hp的這些被仔細(xì)設(shè)計(jì)的項(xiàng)在退火過(guò)程中實(shí)際上是受的逐步減小的影響的。簡(jiǎn)單 地施加固定的通量偏置Φτ)沒(méi)有解決這一問(wèn)題。量子位穩(wěn)恒電流在退火過(guò)程中演 變的事實(shí)可以影響該系統(tǒng)的整體演算路徑。
量子退火的最終目標(biāo)是找到系統(tǒng)哈密爾頓算子的一個(gè)低能態(tài)，典型地優(yōu)選是基 態(tài)。為其尋找低能態(tài)的特定的系統(tǒng)哈密爾頓算子是問(wèn)題哈密爾頓算子ΗΡ，它至少部分地被 在每個(gè)對(duì)應(yīng)的量子位中循環(huán)流動(dòng)的穩(wěn)恒電流所表征。在量子退火中，該問(wèn)題哈密爾頓算子 Hp典型地正是從一開(kāi)始就進(jìn)行配置。然后，該退火程序涉及施加一個(gè)有效地使該系統(tǒng)狀態(tài) 含混的無(wú)序項(xiàng)ΓΗΒ(它實(shí)現(xiàn)了隧道分裂Δ)，并且然后逐步地去除該無(wú)序項(xiàng)，這樣使得該系統(tǒng)最終穩(wěn)定在該問(wèn)題哈密爾頓算子Hp的一個(gè)低能態(tài)(例如，基態(tài))上。在該固定的量子退 火途徑中，Hp的這些項(xiàng)在整個(gè)退火過(guò)程中是靜態(tài)施加的，并且這些僅有的時(shí)變信號(hào)是實(shí)現(xiàn) 了該無(wú)序項(xiàng)Γ Hd的信號(hào)。然而，因?yàn)檫@些量子位穩(wěn)恒電流最終是受這些①⑽信號(hào)的施 加和逐步去除的影響，所以問(wèn)題哈密爾頓算子Hp的能量形態(tài)在整個(gè)退火程序中發(fā)生變化。 這意味著盡管該退火程序找求Hp的一個(gè)低能態(tài)，但是問(wèn)題哈密爾頓算子Hp本身發(fā)生演變， 并且因此所希望的低能態(tài)(例如，基態(tài))的位置也是如此。此外，該無(wú)序項(xiàng)ΓΗΒ的“逐步去 除”是通過(guò)一系列向下的階梯而不是連續(xù)的斜度而典型地物理性地實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)檫@些量子 位中的穩(wěn)恒電流響應(yīng)于每個(gè)向下的階梯而改變，所以該系統(tǒng)在每個(gè)階梯中可以有效地退火 到一個(gè)不同的狀態(tài)。因此，對(duì)于超導(dǎo)通量量子位的固定的量子退火可以是有問(wèn)題的，因?yàn)樗?依賴于向一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)的一種不連續(xù)的演化。這樣，在本領(lǐng)域中對(duì)于一種利用超導(dǎo)通量 量子位的量子退火的更可靠并且更準(zhǔn)確的方案存在一種需要。
簡(jiǎn)要說(shuō)明
在此說(shuō)明了能夠校準(zhǔn)、控制并且運(yùn)行一個(gè)量子處理器的多種系統(tǒng)、方法和裝置。
至少一個(gè)實(shí)施方案可以被歸納為一種量子退火的方法，該方法使用了一種包括多 個(gè)超導(dǎo)通量量子位的超導(dǎo)量子處理器，該方法包括對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)通量偏置，由此 至少部分地定義一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子；對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)無(wú)序項(xiàng)，由此至少部分地 定義一個(gè)演算哈密爾頓算子；逐步地去除施加到每個(gè)量子位上的該無(wú)序項(xiàng)，由此誘導(dǎo)出每 個(gè)量子位中的一個(gè)穩(wěn)恒電流的變化；通過(guò)動(dòng)態(tài)地改變施加到每個(gè)量子位上的該通量偏置來(lái) 對(duì)在每個(gè)量子位中的穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償；并且測(cè)量在該量子處理器中的至少一個(gè)量 子位的狀態(tài)。逐步地去除施加到每個(gè)量子位上的該無(wú)序項(xiàng)可以包括根據(jù)一個(gè)時(shí)變的退火波 形逐步地去除該無(wú)序項(xiàng)。對(duì)每個(gè)量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償可以包括根據(jù)一個(gè)時(shí)變 的補(bǔ)償波形來(lái)調(diào)整施加到每個(gè)量子位上的通量偏置。該退火波形和該補(bǔ)償波形可以是實(shí)質(zhì) 上同步的。在一些實(shí)施方案中，對(duì)每個(gè)量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償可以包括在該演 算哈密爾頓算子中維持一個(gè)實(shí)質(zhì)上恒定的比值。對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)通量偏置可以至少 部分地定義了一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子，該問(wèn)題哈密爾頓算子包括一個(gè)2局部伊辛哈密爾頓 算子，該2局部伊辛哈密爾頓算子被實(shí)質(zhì)上表述為
權(quán)利要求
1.一種量子退火的方法，該方法使用了一種包括多個(gè)超導(dǎo)通量量子位的超導(dǎo)量子處理 器，該方法包括對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)通量偏置，由此至少部分地定義一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子； 對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)無(wú)序項(xiàng)，由此至少部分地定義一個(gè)演算哈密爾頓算子； 逐步地去除施加到每個(gè)量子位上的該無(wú)序項(xiàng)，由此誘導(dǎo)出每個(gè)量子位中的一個(gè)穩(wěn)恒電 流的變化；通過(guò)動(dòng)態(tài)地改變施加到每個(gè)量子位上的該通量偏置來(lái)對(duì)在每個(gè)量子位中的穩(wěn)恒電流 的變化進(jìn)行補(bǔ)償；并且測(cè)量在該量子處理器中的至少一個(gè)量子位的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中逐步地去除施加到每個(gè)量子位上的該無(wú)序項(xiàng)包括根 據(jù)一個(gè)時(shí)變的退火波形逐步地去除該無(wú)序項(xiàng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)每個(gè)量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償包括根據(jù) 一個(gè)時(shí)變的補(bǔ)償波形來(lái)調(diào)整施加到每個(gè)量子位上的該通量偏置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該退火波形以及該補(bǔ)償波形是實(shí)質(zhì)上同步的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)每個(gè)量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償包括在該 演算哈密爾頓算子中維持一個(gè)實(shí)質(zhì)上恒定的比值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)通量偏置至少部分地定義了 一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子，該問(wèn)題哈密爾頓算子包括一個(gè)2局部伊辛哈密爾頓算子，該2局部 伊辛哈密爾頓算子被實(shí)質(zhì)上表述為
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中對(duì)每個(gè)量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償包括在該 問(wèn)題哈密爾頓算子中維持hi Ju的一個(gè)實(shí)質(zhì)上恒定的比值。
8.一種量子退火的方法，該方法使用了包括一組量子位的一種量子處理器，該方法包括通過(guò)對(duì)每個(gè)量子位施加至少一個(gè)控制信號(hào)來(lái)建立一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子； 通過(guò)對(duì)每個(gè)量子位施加至少一個(gè)無(wú)序化信號(hào)來(lái)建立一個(gè)演算哈密爾頓算子； 通過(guò)從每個(gè)量子位中逐步地去除這些無(wú)序化信號(hào)向一個(gè)目標(biāo)哈密爾頓算子進(jìn)行退火;并且通過(guò)在退火過(guò)程中調(diào)整施加到每個(gè)量子位上的該至少一個(gè)控制信號(hào)來(lái)維持一個(gè)實(shí)質(zhì) 上固定的無(wú)量綱目標(biāo)哈密爾頓算子。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中向一個(gè)目標(biāo)哈密爾頓算子進(jìn)行退火包括向?qū)嵸|(zhì)上類 似于該問(wèn)題哈密爾頓算子的目標(biāo)哈密爾頓算子進(jìn)行退火。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括 從該問(wèn)題哈密爾頓算子中提取一個(gè)標(biāo)量前因子。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中維持一個(gè)實(shí)質(zhì)上固定的無(wú)量綱目標(biāo)哈密爾頓算子 包括對(duì)施加到每個(gè)量子位上的該至少一個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，這樣使得在退火過(guò)程中施加 到每個(gè)量子位上的該至少一個(gè)控制信號(hào)與該標(biāo)量前因子之間的一個(gè)比值是實(shí)質(zhì)上恒定的。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)控制信號(hào)包括將該控制信 號(hào)施加在一個(gè)超導(dǎo)量子處理器中的多個(gè)量子位中的每一個(gè)上。
13.一種量子位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)第一量子位；一個(gè)第二量子位；一個(gè)第一乘法器，其中該第一乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第一量子位上；一個(gè)第二乘法器，其中該第二乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第二量子位上；以及一個(gè)全局信號(hào)線，其中該全局信號(hào)線被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第一乘法器和該第二 乘法器二者上，這樣使得該第一乘法器調(diào)節(jié)在該全局信號(hào)線與該第一量子位之間的連接， 并且該第二乘法器調(diào)節(jié)在該全局信號(hào)線與該第二量子位之間的連接。
14.如權(quán)利要求13所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一乘法器是可調(diào)諧的以便向由該 全局信號(hào)線攜帶的一個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)提供一個(gè)第一比例因子，并且其中該第二乘法器是可調(diào)諧 的以便向由該全局信號(hào)線攜帶的該動(dòng)態(tài)信號(hào)提供一個(gè)第二比例因子。
15.如權(quán)利要求14所述的量子位控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)第一編程接口，該第一編程接口被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第一乘法器上，其中 來(lái)自該第一編程接口的一個(gè)可控信號(hào)所起的作用是調(diào)諧該第一乘法器的該第一比例因子， 以及一個(gè)第二編程接口，該第二編程接口被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第二乘法器上，其中 來(lái)自該第二編程接口的一個(gè)可控信號(hào)所起的作用是調(diào)諧該第二乘法器的該第二比例因子。
16.如權(quán)利要求15所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一編程接口包括一個(gè)第一數(shù)模轉(zhuǎn) 換器并且該第二編程接口包括一個(gè)第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
17.如權(quán)利要求15所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一量子位是包括一個(gè)量子位回路 和一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位，并且其中該第二量子位是包括一個(gè)量子位 回路和一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位。
18.如權(quán)利要求17所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一乘法器是一個(gè)超導(dǎo)耦聯(lián)器，該 超導(dǎo)耦聯(lián)器包括被一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜所中斷的一個(gè)超導(dǎo)材料的回路，并且該第一編程接口 被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第一乘法器的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上；并且其中該第二乘法器是一 個(gè)超導(dǎo)耦聯(lián)器，該超導(dǎo)耦聯(lián)器包括被一個(gè)復(fù)合約瑟夫遜所中斷的一個(gè)超導(dǎo)材料的回路，并 且該第二編程接口被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第二乘法器的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上。
19.如權(quán)利要求18所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián) 到該第一量子位的量子位回路上，并且該第二乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第二量子 位的量子位回路上。
20.如權(quán)利要求18所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián) 到該第一量子位的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上，并且該第二乘法器被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該第二 量子位的復(fù)合約瑟夫遜結(jié)上。
21.如權(quán)利要求18所述的量子位控制系統(tǒng)，其中該第一編程接口包括一個(gè)第一超導(dǎo)數(shù) 模轉(zhuǎn)換器并且該第二編程接口包括一個(gè)第二超導(dǎo)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
22.—種將動(dòng)態(tài)信號(hào)施加到量子處理器的至少兩個(gè)器件上的方法，該方法包括對(duì)一個(gè)第一乘法器進(jìn)行編程以便將一個(gè)第一比例因子施加到一個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)上，以此調(diào)解在該量子處理器中的一個(gè)第一器件的行為；對(duì)一個(gè)第二乘法器進(jìn)行編程以便將一個(gè)第二比例因子施加到該動(dòng)態(tài)信號(hào)上，以此調(diào)解 在該量子處理器中的一個(gè)第二器件的行為；通過(guò)一個(gè)全局信號(hào)線對(duì)該動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行傳輸；配置該第一乘法器以便將該全局信號(hào)線可聯(lián)通地耦聯(lián)到該量子處理器的該第一器件 上，這樣使得該第一乘法器將一個(gè)第一信號(hào)連接到該量子處理器的該第一器件上，其中該 第一信號(hào)是被該第一比例因子按比例調(diào)整的該動(dòng)態(tài)信號(hào)；并且同時(shí)配置該第二乘法器以便將該全局信號(hào)線可聯(lián)通地耦聯(lián)到該量子處理器的該第二 器件上，這樣使得該第二乘法器將一個(gè)第二信號(hào)連接到該量子處理器的該第二器件上，其 中該第二信號(hào)是被該第二比例因子按比例調(diào)整的該動(dòng)態(tài)信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該第一器件是一個(gè)第一超導(dǎo)通量量子位并且該第 二器件是一個(gè)第二超導(dǎo)通量量子位。
24.—種量子處理器，包括多個(gè)量子位，這些量子位被安排在一個(gè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中，這樣使得每個(gè)量子位被配置為 可聯(lián)通地耦聯(lián)到該互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)其他的量子位上；以及至少兩個(gè)全局信號(hào)線，其中每個(gè)量子位被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些全局信號(hào)線之一 上，并且其中該至少兩個(gè)全局信號(hào)線被安排處于一種相互交錯(cuò)的模式之中，這樣使得被配 置為可聯(lián)通地耦聯(lián)在一起的任何兩個(gè)量子位各自被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些全局信號(hào) 線中不同的一個(gè)上。
25.如權(quán)利要求M所述的量子處理器，其中該至少兩個(gè)全局信號(hào)線都是退火信號(hào)線， 這些退火信號(hào)線被配置為在一個(gè)絕熱量子計(jì)算和一個(gè)量子退火計(jì)算之一的過(guò)程中攜帶退 火信號(hào)以便使得該量子處理器進(jìn)行演算。
26.如權(quán)利要求25所述的量子處理器，其中該多個(gè)量子位中的每個(gè)量子位是包括一個(gè) 復(fù)合約瑟夫遜結(jié)的一個(gè)超導(dǎo)通量量子位，并且其中每個(gè)量子位的該復(fù)合約瑟夫遜結(jié)被配置 為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些退火信號(hào)線之一上。
27.如權(quán)利要求M所述的量子處理器，其中該多個(gè)量子位中的每個(gè)量子位是包括一 個(gè)量子位回路的一個(gè)超導(dǎo)量子位，其中每個(gè)量子位回路是由一個(gè)超導(dǎo)材料的對(duì)應(yīng)回路形成 的，并且其中每個(gè)量子位的量子位回路被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些全局信號(hào)線之一上。
28.如權(quán)利要求M所述的量子處理器，其中在任何兩個(gè)量子位之間被配置為可聯(lián)通地 耦聯(lián)在一起的這種可聯(lián)通的連接是通過(guò)一個(gè)對(duì)應(yīng)的連接器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且其進(jìn)一步包括 至少兩個(gè)額外的全局信號(hào)線，這樣使得被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到同一個(gè)量子位上的任何兩 個(gè)連接器件各自被該至少兩個(gè)額外的全局信號(hào)線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)分別進(jìn)行控制。
29.一種量子處理器，包括多個(gè)量子位；多個(gè)耦聯(lián)器，這些耦聯(lián)器被安排為選擇性地將一個(gè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng)的量子位對(duì)可聯(lián) 通地進(jìn)行連接，這樣使得每個(gè)量子位被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到該互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè) 其他的量子位上；以及至少兩個(gè)全局信號(hào)線，這些全局信號(hào)線包括多個(gè)接口，這些接口選擇性地可運(yùn)行以便 將多個(gè)信號(hào)連接到這些量子位的多個(gè)對(duì)應(yīng)的對(duì)上，其中被配置為由一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦聯(lián)器可聯(lián)通地耦聯(lián)在一起的任何兩個(gè)量子位是各自配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些全局信號(hào)線中不同 的一個(gè)上。
30.如權(quán)利要求四所述的量子處理器，其中這些接口是電感性耦聯(lián)結(jié)構(gòu)。
31.如權(quán)利要求四所述的量子處理器，進(jìn)一步包括一組全局耦聯(lián)器控制線，其中被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到同一個(gè)量子位上的任何兩個(gè)耦 聯(lián)器各自被配置為可聯(lián)通地耦聯(lián)到這些全局耦聯(lián)器控制線中不同的一個(gè)上。
32.在一個(gè)量子處理器中校準(zhǔn)一個(gè)量子位的一種方法，該量子處理器包括安排在一個(gè) 互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)量子位，該方法包括通過(guò)使該量子處理器中的一對(duì)量子位與其他量子位之間的連接解除啟動(dòng)來(lái)使得該量 子處理器中的該對(duì)耦聯(lián)的量子位與其他量子位在通信上進(jìn)行隔離，其中該對(duì)量子位包括一 個(gè)第一量子位和一個(gè)第二量子位；對(duì)該對(duì)耦聯(lián)的量子位中的第一量子位施加一個(gè)第一信號(hào)；并且利用該對(duì)耦聯(lián)的量子位中的第二量子位測(cè)量第一量子位響應(yīng)于該第一信號(hào)的一個(gè)行為。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中該第一量子位是作為一個(gè)源量子位來(lái)運(yùn)行而該第 二量子位是作為一個(gè)傳感器量子位來(lái)運(yùn)行。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)該對(duì)耦聯(lián)的量子位中的第二量子位施加一個(gè)第二信號(hào)；并且利用該對(duì)耦聯(lián)的量子位中的第一量子位測(cè)量第二量子位響應(yīng)于該第二信號(hào)的一個(gè)行為。
35.一種超導(dǎo)量子處理器，包括 多個(gè)量子位；多個(gè)耦聯(lián)器，這些耦聯(lián)器被配置為在至少一些對(duì)應(yīng)對(duì)的量子位之間提供可聯(lián)通耦聯(lián)； 一個(gè)第一組的編程接口，這些編程接口是可運(yùn)行的以便對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)通量偏置；一個(gè)第二組的編程接口，這些編程接口是可運(yùn)行的以便對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)動(dòng)態(tài)退 火信號(hào)；以及一個(gè)第三組的編程接口，這些編程接口是可運(yùn)行的以便對(duì)每個(gè)量子位施加一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ) 償信號(hào)；其中在該第三組編程接口中的每個(gè)編程接口包括一個(gè)對(duì)應(yīng)的乘法器，并且其中每 個(gè)對(duì)應(yīng)的乘法器被配置為調(diào)節(jié)一個(gè)全局信號(hào)線與一個(gè)對(duì)應(yīng)的量子位之間的一個(gè)可聯(lián)通的 連接。
36.一種超導(dǎo)量子處理器，包括 多個(gè)量子位；多個(gè)耦聯(lián)器，這些耦聯(lián)器被配置為在至少一些對(duì)應(yīng)對(duì)的量子位之間提供可聯(lián)通的連 接；以及一組編程接口，該組編程接口被配置為通過(guò)對(duì)每個(gè)量子位施加至少一個(gè)控制信號(hào)來(lái) 建立一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子；通過(guò)對(duì)每個(gè)量子位施加至少一個(gè)無(wú)序化信號(hào)來(lái)建立一個(gè)演算 哈密爾頓算子；通過(guò)將這些無(wú)序化信號(hào)從每個(gè)量子位中逐步去除來(lái)向一個(gè)目標(biāo)哈密爾頓算 子進(jìn)行退火；并且通過(guò)在該退火過(guò)程中調(diào)整施加到每個(gè)量子位上的該至少一個(gè)控制信號(hào)來(lái)維持一個(gè)實(shí)質(zhì)上固定的無(wú)量綱目標(biāo)哈密爾頓算子。
37. 一種量子處理器，包括 一個(gè)第一量子位；一個(gè)第一編程接口，該第一編程接口被配置為對(duì)該第一量子位施加一個(gè)第一信號(hào)；以及一個(gè)第二量子位，該第二量子位被配置為測(cè)量該第一量子位響應(yīng)于該第一信號(hào)的一個(gè) 行為。
全文摘要
量子退火可以包括對(duì)一個(gè)量子處理器的多個(gè)量子位(例如一個(gè)超導(dǎo)量子處理器的多個(gè)超導(dǎo)通量量子位)施加并且逐步去除多個(gè)無(wú)序項(xiàng)。通過(guò)對(duì)這些量子位施加多個(gè)控制信號(hào)可以建立一個(gè)問(wèn)題哈密爾頓算子，通過(guò)施加多個(gè)無(wú)序項(xiàng)、并且通過(guò)逐步去除這些無(wú)序項(xiàng)來(lái)進(jìn)行退火可以建立一個(gè)演算哈密爾頓算子?？梢詫?duì)這些量子位中穩(wěn)恒電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償。多個(gè)乘法器(例如)可以通過(guò)施加對(duì)應(yīng)的比例因子來(lái)調(diào)節(jié)不同的量子位與一個(gè)全局信號(hào)線之間的連接。兩個(gè)全局信號(hào)線可以被安排在一種相互交錯(cuò)的模式之中以便連接到一對(duì)通信連接的量子位中對(duì)應(yīng)的量子位上。多對(duì)量子位可以在通信上被隔離開(kāi)、并且可以被用于測(cè)量彼此對(duì)所定義信號(hào)的一個(gè)響應(yīng)。
文檔編號(hào)G06G7/00GK102037475SQ200980117971
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者安德魯·J·伯克利, 理查德·G·哈里斯, 穆罕默德·阿明 申請(qǐng)人:D-波系統(tǒng)公司