用于量子位控制器的高保真波形发生器的制作方法

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用于量子位控制器的高保真波形发生器

背景技术：

技术领域
1.本公开总体上涉及超导器件，并且更具体地涉及可扩展的量子位架构。
2.相关技术的描述超导量子计算是超导电子电路中的量子计算机的实现方式。量子计算研究量子现象在信息处理和通信中的应用。存在多种量子计算的模型，且最流行的模型包括量子位和量子门的概念。量子位是具有两种可能的状态的位的概括，但可以处于两种状态的量子叠加中。量子门是逻辑门的概括，然而该量子门描述了在给定其初始状态的情况下一个或多个量子位在该门被施加在它们上之后将经历的变换。

技术实现要素：

3.根据不同的实施例，提供了用于控制量子位集中的量子位的方法和装置。该量子位控制器包括同相路径和正交路径。第一组合器，被配置成将所述同相路径的输出与所述正交路径的输出组合以创建单边带。分路器被配置为将该单边带分成n个部分；将该n个部分中的第一部分提供给对应于该量子位控制器的量子位；并且将剩余的n-1个部分中的每一个提供给量子位集的相邻的量子位控制器，该量子位集包括对应于该量子位控制器的量子位。第二组合器被配置为将该第一部分与从该量子位集的这些相邻的量子位控制器接收的n个反馈信号进行组合。
4.在一个实施例中，该同相路径包括：第一数模转换器(dac)，其被配置成接收第一频率处的同相信号；以及第一混频器，其被配置成将第一dac的输出与第二同相频率进行混频以在该同相路径的输出处创建第三同相频率。
5.在一个实施例中，正交相位路径包括：第二数模转换器，被配置为接收第一频率的正交信号；以及第二混频器，被配置为将第二数模转换器的输出与第二正交频率混合，以在同相路径的输出处产生第三正交频率。
6.在一个实施例中，第一频率上的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的。该第一频率下的正交信号在该量子位集的这些相邻的量子位控制器中是共用的。在第二频率的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的。进一步，该第二频率下的正交信号在该量子位集的这些相邻的量子位控制器中是共用的。
7.在一个实施例中，这些相邻的量子位控制器中的每一个被配置为控制该量子位集的一个量子位。
8.在一个实施例中，第二组合器的第一部分和n个反馈信号的组合操作用于减去该量子位集的电容耦合的串扰贡献。
9.在一个实施例中，该集是基于用于该集中的量子位的一组不同的中心频率。
10.在一个实施例中，匹配网络耦合到第二组合器的输出。该匹配网络可以被配置为将最大功率传输提供给对应的量子位。该匹配网络可以被配置为滤除由该第二同相频率和该第二正交频率中的至少一个引入的杂散信号，这些杂散信号远离对应于该量子位控制器
的该量子位的一个中心频率。
11.在一个实施例中，分路器是电流模式分路器。第一信号可以是电流。
12.在一个实施例中，该数量n是基于该集中的量子位的数量。
13.在一个实施例中，该量子位控制器被配置为在稀释制冷机中的低温下操作。
14.这些和其他特征将从以下对其说明性实施例的详细描述中变得显而易见，其将结合附图来阅读。
附图说明
15.附图是说明性实施例。它们没有示出所有实施例。可以附加地或替代地使用其他实施例。为了节省空间或更有效的说明，可能会省略可能明显或不必要的细节。一些实施例可用附加的组件或步骤和/或没有示出的所有组件或步骤来实践。当相同的数字出现在不同的附图中时，它指代相同或相似的部件或步骤。
16.图1示出根据说明性实施例的量子计算系统的示例架构。
17.图2是与说明性实施例一致的量子阵列系统的框图。
18.图3是与说明性实施例一致的量子控制器的单通道的框图。
19.图4是与说明性实施例一致的从相邻的量子位控制器接收反馈的量子控制器的单通道的框图。
20.图5是与说明性实施例一致的分布式电流模式消除系统的框图。
21.图6提供了具有图4分离器的电路级部件的量子控制器的双边带实现的简化框图。
22.图7提供了量子控制器的单边带实现的简化框图。
23.图8是与说明性实施例一致的基于量子位阵列的量子位的中心频率的量子位的示例频率规划的框图。
具体实施方式
概述
24.在以下详细说明中，通过举例的方式阐述了许多具体细节以便提供对相关教导的透彻理解。然而，应当清楚的是，可以在没有此类细节的情况下实践本教导。在其他情况下，众所周知的方法、过程、组件和/或电路已在相对较高的水平上进行了描述，而没有详细说明，以避免不必要地模糊本教导的方面。
25.本公开总体上涉及超导器件，并且更具体地涉及低噪声的、功率高效的、以及可扩展的量子位架构。与量子位相关联的电磁能可以被存储在所谓的约瑟夫逊结中以及在用于形成该量子位的电容和电感元件中。在一个示例中，为了读出该量子位状态，将微波信号施加到微波读出空腔上，该微波读出空腔在该空腔频率下耦联到该量子位上。例如，量子位可以由具有预定的振幅、相位和频率的量子位控制器通过电波形直接激发。该激励波形的频率可以是该量子位的谐振频率，并且由该量子位控制器提供的波形的形状可以是高斯或其其导数的集合。每个量子位还可以被另一个使用电容机制弱耦合的量子位激发，在本文有时被称为串扰。
26.传输的(或反射的)微波信号通过多个热隔离级和低噪声放大器，用于阻断或降低噪声并提高信噪比。大部分过程可以在冷的环境中(例如，在低温室中)进行，而量子位的微
波信号最终是在室温下测量的。返回的/输出的微波信号的振幅和/或相位携带了关于量子位状态的信息，例如该量子位是否已经相移到基态或激发状态。携带关于量子位状态的量子信息的微波信号通常是很弱(例如，在几个微波光子的数量级上)。为了用室温电子器件(即，在冷冻环境之外)测量该弱信号，低噪声量子限幅放大器(qlas)(如约瑟夫逊放大器和行波参量放大器(twpas))可以用作该量子系统的输出处的前置放大器(即，第一放大级)以增强该量子信号，同时添加由量子力学规定的最小噪声量，以便提高该输出链的信噪比。除了约瑟夫逊放大器之外，使用约瑟夫逊放大器或约瑟夫逊混频器的约瑟夫逊微波部件(如约瑟夫逊循环器、约瑟夫逊隔离器、以及约瑟夫逊混频器)可以用于可扩展的量子处理器中。
27.包括更多量子位的能力对于能够实现量子计算机的潜力是显著的。在一些情况下，该计算环境的温度降低至低温温度用于该量子处理器运行。通常，性能随着温度的降低而提高，例如通过减少剩余的热激发态量子位并且减少这些量子位跃迁频率的热拓宽。因而，温度越低，量子处理器的性能越好。
28.申请人已经认识到，为了增加量子计算机的计算能力和可靠性，可以沿着两个主要维度进行改进。首先，是量子位计数本身。量子处理器中的量子位越多，原则上可以操纵并存储越多的状态。其次是低错误率，它涉及精确地操纵量子位状态并且执行顺序操作，这些顺序操作提供一致的结果而不仅仅是不可靠的数据。由此，为了改进量子计算机的容错，应该使用大量的物理量子位来存储逻辑量子位。这些量子位中的每一个都可以由对应的量子位控制器来控制。以此方式，该局部信息被非局部化，这样使得该量子计算机不易受局部误差以及在量子位的本征基中的测量的性能的影响，类似于经典计算机的奇偶校验，由此推进到更容错的量子位。本文描述的架构减少了从量子位阵列的相邻量子位引入的串扰。示例架构
29.图1展示了符合说明性实施例的量子计算系统的示例架构100。架构100包括量子位阵列112，该量子位阵列包括多个量子位114。量子位阵列112位于制冷单元110中，该制冷单元可以是稀释制冷器。该制冷单元还可以容纳控制电路块113，该控制电路块在此有时被称为第二组控制电子器件。例如，控制电路模块113可以被配置为提供不同功能，如对量子位阵列112中的一个或多个量子位执行写入和/或读取操作。控制电路模块113在此有时被称为量子控制器。
30.在一个实施例中，制冷单元110可以具有多个腔室或区域，每个腔室或区域具有不同的受控温度。例如，控制电路模块113可以处于1k到4k的受控温度，而量子位阵列112处于240mk或更低的受控温度。稀释制冷机是提供持续冷却至低至2mk的温度的低温设备。架构100的大部分物理体积归因于制冷单元110的大尺寸。可以在最低温度下获得这些量子位的最佳性能。然而，由于热力学效率，不可能从室温一步就容易地达到最冷的温度。在这点上，申请人已经确定，在240mk下操作辅助电子器件是低能效的，并且因此不放置在第三受控温度环境(t2)中，而是放置在第二受控温度环境(t2)中。在这些温度范围的每一个中使用的冷却材料/试剂(例如，77k的液氮、4k以及更低的液氦)也可以是不同的。
31.为了达到系统操作的接近绝对零度，制冷单元110可以使用液氦作为冷却剂。例如，“干式”制冷单元可以用两种气态封闭循环来运行：一种是he-4，其将冰箱降至3k(“脉冲管”循环)；另一种是he-3/he-4混合物，其将冰箱降至10mk，或最低温度(“稀释”循环)。系统
中的唯一液体在冰箱内部，he-3/he-4混合物在冰箱内冷凝。
32.存在位于制冷单元110外部的测量和控制单元130(在此有时被称为第一组控制电子器件)。例如，测量和控制单元130可以在室温下操作。该测量和控制单元130能够通过开口116(有时被称为稀释制冷器110的隔板)与该量子处理器通信，该开口还形成气密密封，该气密密封将运行中的该低温恒温器的环境大气压与真空压力分开。在一个实施例中，本文讨论的量子位控制器是在控制电路块113中并且在第二控制温度t2中运行。在其他实施例中，控制电路块113和量子位阵列112在相同的低温下操作。
33.现在参考图2a和2b，其为与说明性实施例一致的量子阵列系统的框图。系统200包括多个量子位集202(a)至202(d)。稍后更详细地讨论有利的聚类。该系统包括用于每个写入/读取通道控制器210(在此有时被称为量子位控制器)的本地通道低功率锁相环(pll)，如216。整个系统200有一个公共参考时钟。存在可以在集之间共享的数字控制块，例如220。每组本地信道低功率pll经由其对应的缓冲器从参考时钟接收信号。量子阵列系统200使用公共的时钟系统，并且每个通道可以使用唯一的频率控制元件。以此方式，量子阵列系统200可以提供(i)公共时钟作为所有pll的参考时钟，其中，每个信道包括pll；以及(ii)所有信道使用公共pll并且每个信道包括唯一的频移元件(例如，分频器和/或乘法器)。
34.如图2所示，架构200提供了用于量子位集的多个通道的安排。每个写入/读取控制器(例如，210)为单个量子位提供频带受限的单边带脉冲。每个wr/rd通道控制器(即，量子位控制器)与其对应的量子位接口连接并且提供写入脉冲并且读取该集中的对应的量子位的状态信息。使用晶体管级电路执行信号处理。在一个示例中，这些晶体管级电路处于cmos中。与架构200相比，现有方法利用信号的直接数字化。例如，数模转换器负责提供除用于与每个量子位通信的特定波形之外的频移。
35.例如，数模转换器可提供100mhz信号，该信号被置于偏离其中心的450mhz处。因此，信号的最高带宽是450+0.5*100＝500mhz。根据奈奎斯特取样定理，时钟频率应为至少1000mhz(即，信号带宽的两倍)。如果不存在该偏移，则带宽将仅为100mhz，并且200mhz时钟应该就足够了。由此，对于相同的带宽(即，信号的信息内容)，频率偏移会导致更高的功耗。涉及较高功率dac和较高采样频率以提供dac的期望分辨率(例如，12-14比特)。通常，较高分辨率的dac意味着要在低温腔室与在低温腔室外部的控制逻辑(例如，室温)之间进行通信的许多通道。可替代地，可以存在对于所有量子位具有显著扇出的一个通道。这些都不是量子系统的功率、面积和可扩展性的最佳选择。
36.低温腔室中的室温电子器件和低温电子器件使用非常少的导线。例如，由于在一个方面，dac以低功耗实现，则其可驻留在低温环境t2中，并且需要在第一温度区域t1与低温腔室之间提供非常少的互连/电缆。在一个实施例中，wr/rd控制器的所有部件集成在低温环境110内的控制电路块113中，从而在室温下消除低温环境与第一组控制电子器件之间的大量导线。
37.在一个实施例中，可以测量一个量子位阵列的每个量子位来确定什么频率可以用于其激发(例如，5.27ghz)。这种确定可以用于对这些量子位进行逻辑地集，如图2中通过集202(a)至202(d)所展示的并且稍后予以更详细的说明。在其他情况中，在制造过程中更容易控制量子位的中心频率，可以如本文所述对量子位进行物理分组。在图2的实例中，
量子位集中的量子位的每个不同的图样代表对应的量子位的不同的中心频率。
38.例如，一旦确定了量子位阵列的每个量子位的中心频率，该量子位阵列就被分成不同的集，其中每个集包括量子位的中心频率的最多样化的集合。以此方式，可以给每个量子位提供具有更好保真度和更少干扰的信号。例如，20个量子位的阵列可以包括4个具有4ghz中心频率的量子位、4个具有5.5ghz中心频率的量子位、4个具有6ghz中心频率的量子位、4个具有7ghz中心频率的量子位、以及4个具有7.5ghz中心频率的量子位。20的量子位阵列可以被分成5个集，每个集包括具有4ghz、5.5ghz、6ghz、7ghz、以及7.5ghz的中心频率的量子位。以此方式，实质上减小了这些量子位之间的干扰。在不同的实施例中，在此讨论的集可以是(i)逻辑集(基于阵列中量子位的每个中心频率的确定，而这些量子位是在芯片的不同位置中)或(ii)物理集，其中量子位被确切地配置为具有预定的中心频率并且基于它们的中心频率而被放置，如稍后更详细地讨论的。随着量子位制造技术的改进，后一种方法变得越来越突出。可以通过超导带和/或电缆执行逻辑分组。示例框图
39.图3是与说明性实施例一致的量子控制器300的单通道的框图。量子控制器300包括两个相互类似的路径，即(i)同相路径(i)和(ii)正交路径(q)。该同相路径(i)包括第一数字处理块302a，该第一数字处理块被配置为提供用于量子位的波形生成的包络和中心频率偏移。第一数模转换器(dac)304a，其被配置成接收第一频率(f1)的同相信号，所述第一频率在本文中有时被称为采样频率。例如，采样频率可以是1ghz、2ghz等。虽然在图3中通过实例的方式示出了10位信号，但是应理解的是，可以使用任何数量的位。第一混频器306a，其被配置为将第一dac 304b的输出与第二同相频率(f2)混频，以在同相路径308a的输出处产生第三同相频率。
40.类似地，正交路径(q)包括第二数字处理模块302b。存在第二数模转换器(dac)304b，第二数模转换器(dac)304b被配置为接收处于第一频率(f1)的同相信号，所述第一频率在本文中有时被称为采样频率。存在第一混频器306a，其被配置为将第二dac 304b的输出与第二正交频率(f2)混频，以在正交路径308b的输出处产生第三正交频率。在一个实施例中，第一同相频率和第一正交频率(f1)以及第二同相频率和第二正交频率(f2)均来自公共pll。
41.第一组合器310被配置为将同相路径308a的输出与正交路径的输出组合以在其输出处创建单边带。分路器312接收第一组合器310的输出并且被配置为基于所接收的输出提供预定数量的信号n，其中该信号的数量n是基于用于预定的量子位集的量子位控制器的数量，在随后的图中更详细地讨论。在一个实施例中，分路器312为电流模式分路器。分路器312将在第一组合器310的输出处接收的信号(例如，电流)分路为n个部分。该n个部分被分布到与该量子位集相关联的n个量子位控制器中的每一个上。例如，可以是最大部分的第一部分通过第二组合器330被提供给该量子位控制器的对应的量子位，而其余的n-1个部分各自被分配给量子位集的其他量子位控制器。第二组合器330被配置为将分离器的n个部分的第一部分与反馈信号组合，该反馈信号用于减去由量子位阵列的其他相邻的量子位控制器引入的杂散信号(例如，串扰)。稍后更详细地讨论第二组合器330的操作。
42.在一个实施例中，存在匹配网络340，该匹配网络被配置为向对应的量子位提供最大功率传输以及过滤可能已经由第二同相频率lo-i(f2)和/或第二正交频率lo-q(f2)引入
的任何杂散信号。
43.现在参考图4，图4是与说明性实施例一致的从相邻的量子位控制器接收反馈的量子控制器400的单通道的框图。图4中的许多部件与图3中的部件相似，因此，为了简洁起见，此处不再重复。
44.仅通过举例而非限制的方式，考虑在量子位阵列中的n＝5个量子位432、434、436、438以及452的集，每个量子位由它们对应的量子位控制器控制。在一个实施例中，对于每个对应的量子位有一个量子位控制器400。例如，量子位452被控制器400控制，而量子位432、434、436、以及438各自具有它们自己对应的量子位控制器，量子位控制器可以类似于量子位控制器400。分路器312将在第一组合器310的输出处接收的信号(例如，电流)分路为n个部分。这n个部分被分配给与量子位432、434、436、438、以及452的集相关联的n个量子位控制器中的每一个。例如，分路器312分配的总电流可以是x。第一部分专用于其对应的量子位452(例如，x的95％)。剩余的n-1个部分(由从分路器发出的不同图案化的箭头表示)被分布到该量子位集的其他相邻的量子位控制器432、434、436、以及438。在不同实施例中，该量子位集的每个相邻的量子位控制器可以接收来自该分离器312的电流的相等部分，而量子位控制器400的对应的量子位452接收较大的部分。信号幅度的分布由量子位之间的电容耦合项给出，并且在量子位校准阶段期间获得。由此，主题量子位452被分配了分裂电流的第一部分(例如，95％)，而(n个)量子位控制器阵列中的剩余量子位控制器(n-1)中的每个接收剩余量的相等的部分。在一个实施例中，其余的量子位控制器(n-1)中的每一个接收分路器312提供的n个部分的一个不同的部分。例如，每个量子位可以具有对应的读取控制器(未示出)，该读取控制器运行来读取其对应的量子位的输出信号。该读取控制器能够识别量子位的输出信号中的频率分量，由此能够确定其对应的量子位的杂散信号的幅值和频率分量。在特定频率处的寄生信号越强，n个部分中分配给该量子位的部分就越大。以此方式，可以由第二组合器330执行准确的消除。
45.例如，主题量子位452被配置为在5.2ghz下运行工。然而，还有其他的量子位在例如4.5ghz的量子位432、5.7ghz的量子位434、6.2ghz的量子位436、以及7ghz的量子位438下运行。主题量子位452接收该信号的第一部分(例如，95％)(例如，1ma电流的0.95ma)，并且剩余的量子位432至438各自接收该剩余电流的相等的部分。例如，如果n是5，其余的量子位控制器接收(例如，0.05ma/(5-1)＝0.05ma/4)。
46.第二组合器330，该第二组合器被配置为将由该分路器312提供的n个部分的第一部分与从该量子位集的相邻的量子位控制器432、434、436、以及438接收的反馈信号进行组合。第二组合器330可操作用于从第一部分减去这些反馈信号，由此去除由该量子位集的相邻的量子位控制器432、434、436、以及438的这些反馈信号引入的杂散信号(例如，串扰)。通过从该量子位集的每个量子位控制器432、434、436、以及438接收反馈信号，从主要部分中减去所引入的串扰信号，由此得到质量更好的信号，该信号不具有在该受试量子位的中心频率之外的频率分量。这个“净化的”输出最终被提供给受试量子位452。通过举例的方式，为了简单起见，图4示出了来自相邻量子位432、434、436和438的对第二组合器330的反馈。应注意，串扰的机制是通过n个耦合的量子位的电容耦联网络。量子计算的功率依赖于这种耦合来实现交叉谐振门。然而，不需要的信号耦合被第二组合器330消除。
47.在一个实施方式中，这个“净化的”输出被提供给匹配网络340，先前在图3的控制
器的操作的背景下讨论。尽管在图4的实例中展示了n＝5的安排，将理解的是，数量n可以基于该量子位集中的大小(量子位的数量)而改变。与在第一组合器的输出处使用专用滤波来去除由第二同相频率和第二正交频率引入的杂散信号的已知方法相比，由于不使用在同相路径(i)、正交路径(q)中以及在这两个路径与量子位452之间的专用滤波器，如在图4中所描述的，节省了芯片面积并且降低了功耗。换言之，过滤以去除这些杂散音(例如，串扰信号)的功能主要由分路器312和第二组合器330的组合提供。
48.图5是与说明性实施例一致的分布式电流模式消除系统500的框图。系统600包括多个量子位控制器502(1)至502(n)。每个量子位控制器可以类似于图4的量子位控制器400，并且为了简洁起见，它的部件在此不再重复。在一个实施例中，对于每个量子位有一个量子位控制器。
49.在图5的实例中，每个通道(例如，量子控制器502(1)至402(n))可以瞄准唯一的量子位频率。存在本地振荡器310，其可以是被配置为提供第一同相频率和第一正交频率(f1)以及第二同相频率和第二正交频率(f2)的锁相环(pll)或延迟锁相环(dll)，如之前在图4的背景下描述的。因而，在一个实施例中，f1和f2信号对于量子位控制器502(1)至502(n)中的每一个是共用的，其中n是一个量子位集中的量子位的数目。在不同的实施例中，可以以不同的方式提供对应的量子位的中心频率。在一个实例中，每个量子位通道包括一个专用的锁相环(pll)以便从提供给所有量子位的一个共同的参考频率合成不同的频率。该参考频率是低频参考(例如，大约100mhz)，其被乘以本地pll以获得量子位中心频率。在另一个示例中，每个量子位通道接收一个公共的高频时钟(即，不需要pll)，并且每个通道使用图4的数字处理器302-a和302-b提供一个唯一的频移。
50.为了避免来自一个量子位控制器(例如502(1))的杂散信号来影响另一个量子位控制器(例如502(2)到502(n))，基于静态干扰计算执行从一个量子位控制器到另一个量子位控制器的电流模式串扰抵消。例如εi表示从量子位n到集中的量子位m的信号耦合((εi＝sn/sm)。当n和m不相等时，εi通常取一个较小的值，并且由于能量守恒，提供振幅分布如下：
51.ε1+ε2+ε3+
…
+εn＝1(公式1)其中(ε2+ε3+
…
+εn)/ε1《《1。
52.每个量子位在不同的频率下经历来自相邻量子位的x-talk，该x-talk被如由以下公式2提供的电流模式滤波抵消：
53.其中：s
qnc
(t)是这n个量子位在时域中的组合信号，以及s
qn
(t)是集中的第n个量子位的时域信号，以及sqn(t)是集中的第n个量子位的时域信号，以及εn是第n个量子位与第n个量子位之间的耦合系数。
54.所有的n个量子位都位于该集中的第n个量子位的附近。信号分离项在校准阶段之后可重新配置。例如，对于一个量子位集，{ε2,
…
ε
n-1
可以采取一组值，而对于另一个集，那些值可以是完全不同的。这些系数是由于这些量子位之间的耦合而获得的并且是在量子位校准过程中获得的。
55.通过图4的量子控制器的单通道的上述说明和图5的分布式电流模式消除系统的
框图，提供对电流模式消除的更详细的说明可以是有帮助的。在这方面，图6提供了具有图4的分路器的电路级部件的量子控制器的双边带实现方式的简化框图。量子控制器600包括同相路径(i)和(ii)正交路径(q)，它们相互类似。存在被配置为接收采样频率的同相信号i
dc
的第一数模转换器(dac)604a和被配置为接收正交信号i
dc
的第二dac604b。第一和第二混频器606a和606b中的每个用于将其对应的dac的输出与第二频率(f2)进行混频以生成第三同相频率，该第三同相频率在组合器610处相加。在一些实施例中，每个dac604a和604b包括dc偏移消除电路，以在两个dacs604a和604b之间提供更好的匹配和/或适应混频器604a和604b之间的任何失配。
56.在图6的实例中，分路器612将在组合器310的输出处接收的信号(例如，电流)分离成n个部分。该n个部分被分布到与该量子位集相关联的n个量子位控制器中的每一个上。第一部分通过匹配网络650被提供给对应的量子位，在图6中称为主题量子位。剩余的n-1个部分各自分布到量子位集的其他量子位控制器，在图6中称为相邻的量子位和交替的相邻的量子位。在图6的架构中示出的前馈电流模式加权矢量求和在dacs604a/b与混频器606a/b之间共享电流，促进低功率量子位控制器阵列，并且通过去除主题量子位的中心频率之外的信号分量来提高输出信号的线性度。在这点上，应注意，架构中存在越多的活跃级，它们可能会引入输出信号的失真越多。通过在dac与混频器之间共享电流，该架构消除了滤波组件，减小了失真，并且消耗更少的功率。图7提供了量子控制器的单边带实现的简化框图700。在这种布置中，取决于集中的量子位之间的耦合系数的强度，这些电流首先被分路器712a和712b分路为n个部分。例如，来自同相电流处理元件604a的总电流通过分路器712a被分成n部分，例如s
1i
，s
2i
，s
3i
，s
4i
和s
5i
，其中n＝5。类似地，来自正交相电流处理元件604b的总电流被分路器712b分成n部分，诸如s
1q
，s
2q
，s
3q
，s
4q
和s
5q
。上变频的单边带信号由以下公式给出：
57.yk＝s
ki
*cos(ω
lo
t)
±skq
*sin(ω
lo
t)(公式3)
58.根据特定的量子比特频率，使用上边带或下边带。生成边带的另一种方法包括以下公式：
59.yj＝s
ji
*sin(ω
lo
t)
±sjq
*cos(ω
lo
t)(公式4)
60.根据特定的量子比特频率，使用上边带或下边带。
61.尽管在图6和7的示例中示出和/或讨论pfets，但这些晶体管仅通过示例而非限制的方式提供。将理解，基于本文所公开的概念，也可以使用具有互补逻辑的其他类型的绝缘栅极场效应晶体管(igfet)，包括nfets。例如，来自周期表的11i-v列的任何fet(包括碳纳米管fet)也可以用于实现本文所描述的结构。在一些实施例中，可以使用双极型晶体管(例如，pnp或npn)、bicmos和/或finfets来代替mos晶体管。量子位集的示例平面图
62.在一个实施例中，一个量子位阵列包括多个集，每个集被布置为提供谐振频率的最大间隔以最小化相邻集之间的串扰。在此方面，参考图8，该图是与说明性实施例一致的基于量子位阵列的多个量子位的中心频率的多个量子位的示例频率规划的框图。这种等距间隔开的、公共质心六边形安排提供了在每个量子位与其邻近的量子位之间的相等量的物理分离。布置800中的每个方框表示量子位。每个框式图案代表量子位的唯一的中心频率。维持预定的物理距离以使这些不同的量子位之间的串扰最小化。具有相似中心频率
的每个量子位之间的距离被最大化。以此方式，减少了一个量子位与另一个量子位之间的确定性串扰。
63.在一个实施例中，当制造过程受到更多控制并且可以配置中心频率时，可以通过制造过程本身来设置中心频率。在其他情况中，其中制造过程不能预先确定该量子位的确切的中心频率，在此讨论的分组是逻辑(即，不是物理)分组。例如，中心频率的确定是通过在某一频率提供一定幅度的波形并启用读出电路来执行的。调谐量子位的中心频率的架构包括一种通量耦连的布置，其中额外的磁场被叠加在所考虑的量子位上。
64.因而，所确定的量子位的中心频率被用于对这些量子位进行分组。更确切地说，确定量子位阵列的每个量子位的中心频率，并且将该量子位阵列在逻辑上分成不同的组，其中每个组包括一组最多样化的量子位中心频率。
65.表示量子位的每个方框的图案表示不同的中心频率。在制造过程收到更多控制并且可以精确地实现中心频率的实施例中，这些量子位可以在空间上排列以便对这些相邻的以及交替的相邻的量子位提供最小的干扰。这种物理布置提高了计算的保真度。以此方式，可以给每个量子位提供具有更好保真度和更少干扰的信号。因而，该量子位芯片以空间方式实现量子位以最小化量子位之间的串扰并且提供信号保真度。这些布置可以遵循这些量子位谐振器的均匀的空间布置。每个量子位与其相邻的量子位相隔相等的距离。例如，如果量子位qn被多个量子位qa、qb、qc、qd、以及qe包围，{qn，qx}的每对之间的干扰项保持相同，x＝a，b，c，d，e。所以，当量子位qn是活动状态时，仅发送一个消除项(例如，主信号的复制)就足够了。因此，如果期望信号是yqn，那么消除项作为α*yqn给出。此项(信号＝α*yqn)被发送至qx中的每一个，并且与相应的qx信号相加以消除由qn的空间干扰引起的x-talk效应。
66.鉴于用于图8的静态互逆消除的圆形布置轮廓，因为x-talk是静态分量，所以这种布置提供确定性信号耦合，其可以容易地在当前域中消除。这种布置的另一个优点涉及以下事实：仅一个项足以消除整个阵列的串扰(因为任何两个盒式图案之间的空间距离遍及该量子位阵列都是恒定的)。这样的布置有助于串扰消除项，串扰消除项可在当前模式中实现以保持线性。结论
67.已经出于说明的目的呈现了本教导的各种实施例的描述，但不旨在穷举或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。这里使用的术语被选择来最好地解释实施例的原理、实际应用或对在市场中到的技术的技术改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解此处公开的实施例。
68.虽然上文已描述了被视为最佳状态和/或其他实例的内容，但应理解，可在其中进行不同修改，且本文所公开的主题可在不同形式和实例中实施，且教示可应用于许多应用中，本文仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本教导内容的真实范围内的任何和所有应用、修改和变化。
69.在此讨论的部件、步骤、特征、目的、益处和优点仅是说明性的。它们以及与其相关的讨论都不旨在限制保护范围。虽然本文已经论述了各种优点，但是应当理解，并非所有实施例都必须包括所有优点。除非另外说明，否则在本说明书(包括在以下权利要求书中)中阐述的所有测量值、值、评级、位置、幅值、大小、以及其他规范都是近似的、不精确的。它们
旨在具有与它们有关的功能以及与它们所属领域惯用的功能相一致的合理范围。
70.还设想了许多其他实施例。这些包括具有更少的、附加的和/或不同的部件、步骤、特征、目的、益处和优点的实施例。这些还包括部件和/或步骤被不同地布置和/或排序的实施例。
71.本文中的图中的调用流程、流程图和框图示出了根据本公开的不同实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。对此，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些备选实现中，框中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作或执行专用硬件与计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实现。
72.尽管已经结合示例性实施方式描述了上述内容，然而，应当理解的是，术语“示例性的”仅意味着作为实例，而非最好或者最佳。除了上文之外，已经陈述或展示的任何内容都不旨在或应该被解释为引起任何部件、步骤、特征、对象、益处、优点或等同物奉献给公众，而无论它是否在权利要求中陈述。
73.应当理解，本文所使用的术语和表达具有普通含义，如对于它们相应的相应查询和研究领域的这些术语和表达所赋予的，除非本文另外阐述具体含义。诸如第一和第二等之类的关系术语可仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不必要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅仅包括那些要素，而且还可以包括未明确列出的或对此类过程、方法、物品或装置固有的其他要素。在没有进一步限制的情况下，由“一个”或“一种”开始的元件不排除在包括该元件的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元件。
74.提供本公开的摘要以允许读者快速确定本技术公开的性质。在理解其不用于解释或限制权利要求的范围或含义的情况下提交。此外，在以上具体实施方式中，可以看出，出于精简本公开的目的，各个特征在各个实施方式中被组合在一起。本公开的该方法不应被解释为反映所要求保护的实施例具有比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此并入详细说明中，其中每个权利要求独立地作为单独要求保护的主题。

技术特征：

1.一种量子位控制器，包括：同相路径：正交路径：第一组合器，被配置成用于将所述同相路径的输出与所述正交路径的输出进行组合以创建单边带；分路器，被配置为：将所述单边带分成n个部分；将所述n个部分中的第一部分提供给与所述量子位控制器对应的量子位；以及将剩余的n-1个部分中的每个提供给量子位集的相邻的量子位控制器，该量子位集包括对应于该量子位控制器的量子位；以及第二组合器，被配置为将该第一部分与从量子位集的相邻的量子位控制器接收的n个反馈信号进行组合。2.根据权利要求1所述的量子位控制器，其中所述同相路径包括：第一数模转换器(dac)，被配置为接收第一频率的同相信号；以及第一混频器，被配置为将所述第一dac的输出与第二同相频率进行混频以在所述同相路径的输出处创建第三同相频率。3.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述正交相位路径包括：第二数模转换器，被配置为接收第一频率的正交信号；以及第二混频器，被配置为将第二dac的输出与第二正交频率进行混频以在所述同相路径的输出处创建第三正交频率。4.根据权利要求3所述的量子控制器，其中：在第一频率下的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；在第一频率下的正交信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；在第二频率下的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；以及在第二频率下的正交信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的。5.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中，所述相邻的量子位控制器中的每一个被配置为控制所述量子位集的量子位。6.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述第二组合器的所述第一部分和n个反馈信号的组合是可操作的以便减去所述量子位集的电容性耦合的串扰贡献。7.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述集是基于所述集中的量子位中心频率的不同集合。8.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，进一步包括一个匹配网络，所述匹配网络被耦合到所述第二组合器的输出。9.根据权利要求8所述的量子位控制器，其中：所述匹配网络被配置为向对应的量子位提供最大功率传输；以及匹配网络被配置为滤除由该第二同相频率和该第二正交频率中的至少一个引入的杂散信号，所述杂散信号远离对应于该量子位控制器的量子位的中心频率。10.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述分路器是电流模式分
路器。11.根据权利要求10所述的量子位控制器，其中所述第一信号是电流。12.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述数量n是基于所述集中的量子位的数量。13.根据前述权利要求中任一项所述的量子位控制器，其中所述量子位控制器被配置成在稀释制冷机中低温下运行。14.一种用控制器控制量子位的方法，该控制器具有同相路径和正交路径，该方法包括：由第一组合器将所述同相路径的输出与所述正交路径的输出组合以创建单边带；由该第一组合器将所述单边带分成n个部分；由该第一组合器将该n个部分中的第一部分提供给对应于量子位控制器的量子位；由该第一组合器将剩余的n-1个部分中的每个提供给量子位集的相邻的量子位控制器，该量子位集包括对应于该量子位控制器的量子位；以及通过第二组合器将该第一部分与从该量子位集的相邻的量子位控制器接收的n个反馈信号进行组合。15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：在同相路径中：由第一数模转换器(dac)以第一频率接收同相信号；以及由第一混频器将所述第一dac的输出与第二同相频率进行混频以在所述同相路径的输出处创建第三同相频率；以及在所述正交相位路径中：通过第二数模转换器以所述第一频率接收正交信号；以及通过第二混频器将所述第二数模转换器的输出与第二正交频率进行混频，以在所述同相路径的输出处产生第三正交频率。16.根据权利要求15所述的方法，其中：在第一频率下的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；在第一频率下的正交信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；在第二频率下的同相信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的；并且在第二频率下的正交信号在该量子位集的相邻的量子位控制器中是共用的。17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，该相邻的量子位控制器中的每一个被配置为控制所述量子位集的量子位。18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中所述第二组合器的所述第一部分和n个反馈信号的组合是可操作的以便减去所述量子位集的电容性耦连的串扰贡献。19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括：通过匹配网络将最大功率传输提供给对应的量子位；以及通过该匹配网络滤除由第二同相频率和第二正交频率中的至少一个引入的杂散信号，所述杂散信号远离对应于该量子位控制器的量子位的中心频率。20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中所述分路器是电流模式分路器。

技术总结

量子位控制器包括同相路径和正交路径。第一组合器被配置为将所述同相路径的输出与所述正交路径的输出组合以创建单边带。存在分路器，该分光器被配置为将该单边带分成N个部分，将该N个部分中的第一部分提供给对应于该量子位控制器的量子位，并且将剩余的N-1个部分中的每个提供给量子位集的相邻的量子位控制器，该量子位集包括对应于该量子位控制器的量子位。第二组合器被配置为将该第一部分与从该量子位集的这些相邻的量子位控制器接收的N个反馈信号进行组合。的N个反馈信号进行组合。的N个反馈信号进行组合。