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公開番号2025141607
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041621
出願日2024-03-15
発明の名称量子回路装置と制御方法
出願人日本電気株式会社
代理人個人,個人
主分類H10N 60/10 20230101AFI20250919BHJP()
要約【課題】複数の量子ビット間での多体相互作用を発現し得る結合器に関して、周波数調整のためのバイアスラインや入出力ラインを不要としながら、多体相互作用の強さを設定自在とした量子回路装置の提供。
【解決手段】線形素子で構成された結合器と、前記結合器を介して多体相互作用で結合する少なくとも3つ以上の量子ビットと、を含み、前記少なくとも3つ以上の量子ビットのうち少なくとも一つの量子ビットは、他の量子ビットと異なる非線形性を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
線形素子で構成された結合器と、
前記結合器を介して多体相互作用で結合する少なくとも３つ以上の量子ビットと、
を含み、
前記少なくとも３つ以上の量子ビットのうち少なくとも一つの量子ビットは、他の量子ビットと異なる非線形性を有する、量子回路装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記多体相互作用は、４つの量子ビットによる４体相互作用である、請求項１記載の量子回路装置。
【請求項３】
前記結合器は、前記線形素子として、キャパシタおよび／またはインダクタを含む、請求項１記載の量子回路装置。
【請求項４】
前記量子ビットは、ジョセフソン接合とキャパシタとを含む、請求項１記載の量子回路装置。
【請求項５】
前記量子ビットは、ループに複数のジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）と、キャパシタとを含む、請求項１記載の量子回路装置。
【請求項６】
前記量子ビットは、前記結合器に容量結合する、請求項３記載の量子回路装置。
【請求項７】
前記４つの量子ビットによる４体相互作用の結合係数ｈ
（４）
は、
TIFF
2025141607000051.tif
17
150
（ただし、ｈ
ｉｊ
は、第ｉの量子ビットと第ｊの量子ビット（i,j=1,…,4 ただし、j≠i）間の結合の強さ、
δ
ｊi
は、第ｊの量子ビットと第ｉの量子ビット（i,j=1,…,4 ただし、j≠i）の共振角周波数ω
ｊ
とω
ｉ
の差ω
ｊ
－ω
ｉ
、
Ｋ
ｉ
（i=1,…,4）は第ｉの量子ビットの非線形を表すパラメータ）で表される、請求項２記載の量子回路装置。
【請求項８】
前記４つの量子ビットのうち第１乃至第４の量子ビットの第１乃至第４の共振角周波数ω
１
、ω
２
、ω
３
、ω
４
に関する前記４体相互作用の条件
ω
１
＋ω
l
＝ω
m
＋ω
n
（ただし、ｌ、ｍ、ｎは、
ｌが２のとき、ｍとｎはそれぞれ３と４、
ｌが３のとき、ｍとｎはそれぞれ２と４、
ｌが４のとき、ｍとｎはそれぞれ２と３
のいずれか）について、前記４つの量子ビットによる４体相互作用の結合係数ｈ
（４）
は、
前記４つの量子ビットのうち第１の量子ビットの非線形パラメータＫ
１
と第ｌの量子ビットの非線形パラメータＫ
ｌ
の差と、第ｎの量子ビットの非線形パラメータＫ
ｎ
と第ｍの量子ビットの非線形パラメータＫ
ｍ
の差と、前記第１の量子ビットの共振角周波数ω
１
と前記第ｌの量子ビットの共振角周波数ω
ｌ
の差δ
１１
＝ω
１
－ω
ｌ
と、前記第ｎの量子ビットの共振角周波数ω
ｎ
と前記第ｍの量子ビットの共振角周波数ω
ｎ
の差δ
ｎｍ
＝ω
ｎ
－ω
ｍ
のそれぞれの設定値に応じて定められる、請求項２記載の量子回路装置。
【請求項９】
前記少なくとも一つの量子ビットに含まれる、直列に接続されたジョセフソン接合の個数、および／またはＳＱＵＩＤの個数が、前記他の量子ビットと相違している、請求項４記載の量子回路装置。
【請求項１０】
少なくとも第１乃至第３の量子ビットが結合器を介して多体相互作用する結合の強さの制御方法であって、
前記結合器を線形素子で構成し、
前記第１乃至第３の量子ビットのうち少なくとも一つの量子ビットの非線形性を他の量子ビットの非線形性と異なるように設定する、制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子回路装置と制御方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
組合せ最適化問題を解く方法である量子アニーリングの方式の一つとして、LHZ(Lechner, Hauke, Zoller)方式が知られている(参考文献１)。非特許文献１には、LHZ方式（LHZ scheme）の物理的実装として、例えば図１に示すような、量子ビットと結合器の４体相互作用によるネットワ－クが開示されている。図１は、非特許文献１のFigure 4のaの図に基づく図である。図１の例では、量子ビットとして、例えばジョセフソンパラメトリック発振器（Josephson Parametric Oscillator, JPO）が用いられ、結合器として例えばジョセフソン接合（Josephson Junction, JJ）等の非線形素子が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Puri, et. al., "Quantum annealing with all-to-all connected nonlinear oscillators", Nature Communications 8, 15785 (2017)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
量子アニ－リング動作にとって充分な大きさの４体相互作用を得るには、例えば、
・量子ビットの共振周波数と結合器の共振周波数の周波数差、
・結合器の非線形性等、に関して所定（所望）の条件に適合していることが求められる。図１のように、結合器としてジョセフソン接合等の非線形素子を用いた構成において、これらの条件をうまく満たすジョセフソン接合を備えた結合器の設計、製造等は、一般に、簡単ではない。また、周波数可変型の結合器の場合、その調整（較正等）には、時間、工数を要することになる。周波数可変型の結合器では、周波数の調整のためのバイアスラインや周波数を読み出すための入出力ラインが配設され、さらに、新たな測定機器や配線を用意しなければならない。
【０００５】
本開示は、複数の量子ビット間での多体相互作用を発現し得る結合器に関して、周波数調整のためのバイアスラインや入出力ラインを不要としながら、多体相互作用の強さを所望の値に設定自在とした量子回路装置と制御方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、量子回路装置は、線形素子で構成された結合器と、前記結合器を介して多体相互作用で結合する少なくとも３つ以上の量子ビットと、を含み、前記少なくとも３つ以上の量子ビットのうち少なくとも一つの量子ビットは、他の量子ビットと異なる非線形性を有する構成とされる。
【０００７】
本開示によれば、少なくとも第１乃至第３の量子ビットが結合器を介して多体相互作用する結合の強さの制御方法であって、前記結合器を線形素子で構成し、前記第１乃至第３の量子ビットのうち少なくとも一つの量子ビットの非線形性を他の量子ビットの非線形性と異なるように設定する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、量子ビットを多体相互作用で結合する結合器に関して、周波数調整のためのバイアスラインや周波数を読み出すための入出力ラインを不要とし、多体相互作用の強さを所望の値に設定自在としている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
比較例の一例を説明する図である。
本開示の構成の一例を説明する図である。
本開示の構成の一例を説明する図である。
本開示の構成の別の一例を説明する図である。
本開示の構成を説明する図である。
（A）乃至（D）は本開示の構成を説明する図である。
（A）、（B）は本開示の量子ビットの例を説明する図である。
（A）、（B）は本開示のレイアウトの例を模式的に説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の構成の別の例を説明する図である。
本開示の量子計算機を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態について説明する。はじめに、上記した課題に関連して、図１の開示に関する本願発明者によるさらなる分析を以下に与える。なお、図１では、非特許文献１のＪＰＡ（Josephson Parametric Amplifier）はパラメトリック発振器として機能することから、ＪＰＯと表記している。４つの量子ビット（ＪＰＯ１～ＪＰＯ４）において、ループにジョセフソン接合（JJ）を複数含むＳＱＵＩＤ（superconducting quantum interference device）を備え、不図示の磁場印加部からの磁束で駆動される。量子ビット（ＪＰＯ１～ＪＰＯ４）において、ＳＱＵＩＤを介して対向するコプレーナ導波路（Coplanar waveguide, CPW）は電極／伝送路である。各量子ビットにおいて、ポンプ信号の角周波数ω
p,i
(i=1,2,3,4)は、量子ビットの共振角周波数ω
i
の２倍の角周波数：2ω
i
近くとされる。ポンプ信号の強さが閾値を超えると、量子ビットは発振を起こし共振角周波数ω
i
のシグナルを出力する（「パラメトリック発振」という）。
（【００１１】以降は省略されています）

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