针对超导量子电路的通量偏置的系统和方法

技术领域

本发明涉及超导电路、以及更特别地用于应用于量子计算的超导电路的领域。

背景技术

本文引用的每个专利、专利公开文件和其他所引用的参考文献出于所有目的通过引用以其整体明确地并入本文中。

基于约瑟夫森结(JJ)的超导集成电路能够以极低功率和高速进行操作，远远超出了使用常规半导体电路所能实现的那些。长久以来已知超导集成电路可用于基于单通量量子(SFQ)脉冲的数字逻辑电路。这些SFQ脉冲是带有Φ

最近，包括多个JJ的超导集成电路也已被应用于使用量子比特(qubit)的真实量子计算，这可实现使用经典计算机无法实现的计算。现有技术中公开了若干个类型的超导量子比特，诸如通量量子比特、相位量子比特、电荷量子比特、拓扑量子比特、fluxonium量子比特和超导传输子(transmon)量子比特等。参见例如美国专利和公开的申请号：6,459,097；6,504,172；6,576,951；6,627,915；6,784,451；6,838,694；6,984,846；7,268,576；7,335,909；7,843,209；8,648,331；8,654,578；9,524,470；9,685,935；10,068,184；10,176,432；10,255,557；10,256,392；10,622,998；10,789,123；10,840,295；10,949,769；和2020/0280316。

每个量子比特具有无数个不同的潜在量子力学状态。当对量子比特的状态进行物理测量时，该测量产生从量子比特的状态解析出的两个不同的基本状态中的一个。因此，单个量子比特可表示一、零或这两个量子比特状态的任何量子叠加；成对的量子比特可处于4个正交基本状态的任何量子叠加；并且三个量子比特可处于8个正交基本状态的任何叠加。定义量子比特的量子力学状态的函数被称为其波函数。波函数也指定针对给定测量的结果的概率分布。

尽管本文中对量子比特的某些描述可根据它们的数学性质来描述此类量子比特，但是每个此类量子比特可以多种不同方式中的任何方式在物理介质中实现。此类物理介质的示例包括：超导材料、俘获离子、光子、光腔、被俘获在量子点内的单独的电子、固体中的点缺陷(例如，硅中的磷供体或金刚石中的氮空位中心)、分子(例如，丙氨酸、钒配合物)、或前述物理介质中表现出量子比特行为(即，包括可以可控地诱导或检测的量子态及其之间的跃迁)的任何物理介质的聚集体。

对于实现量子比特的任何给定介质，可选择该介质的多个性质中的任何性质来实现量子比特。例如，如果选择电子来实现量子比特，则可选择其自旋自由度的x分量作为此类电子的性质来表示此类量子比特的状态。替代性地，可选择自旋自由度的y分量或z分量作为此类电子的性质来表示此类量子比特的状态。这仅仅是一般特征的具体示例，对于被选择用于实现量子比特的任何物理介质而言，可能存在多个物理自由度(例如，电子自旋示例中的x、y和z分量)，该多个物理自由度可被选择为表示0和1。对于任何特定的自由度，物理介质可以可控地被置于叠加状态，并且然后可以所选择的自由度进行测量以获得量子比特值的读数。

被称为门模型量子计算机的量子计算机的某些具体实施包括量子门。与经典门相比，存在可使量子比特的状态向量改变的无数可能的单量子比特量子门。使量子比特状态向量的状态改变通常被称为单量子比特旋转，并且在本文中也可被称为状态改变或单量子比特量子门操作。旋转、状态改变或单量子比特量子门操作可在数学上通过带有复元素的幺正2×2矩阵来表示。旋转对应于量子比特状态在其希尔伯特空间内的旋转，其可被概念化为布洛赫球的旋转。(如本领域普通技术人员众所周知的，布洛赫球是量子比特的纯态空间的几何表示。)多量子比特门改变成组量子比特的量子态。例如，双量子比特门将两个量子比特的状态旋转为该两个量子比特的四维希尔伯特空间中的旋转。希尔伯特空间是抽象向量空间，具有允许测量长度和角度的内积的结构。此外，希尔伯特空间是完备的：该空间中存在足够的限制以允许使用微积分技术。

量子电路可被指定为量子门的序列。术语“量子门”可指将门控制信号(下文定义)施加到一个或多个量子比特，以使这些量子比特经历某些物理转变并从而实现逻辑门操作。为了使量子电路概念化，对应于分量量子门的矩阵可以由门序列指定的次序相乘，以产生表示n个量子比特上的相同总体状态变化的2

可以合适的特定于设备的方式使给定变分量子电路参数化。更一般地，组成量子电路的量子门可具有相关联的多个调谐参数。例如，在基于光切换的实施方案中，调谐参数可对应于单独的光学元件的角度。

在量子电路的某些实施方案中，量子电路包括一个或多个门以及一个或多个测量操作两者。使用此类量子电路实现的量子计算机在本文中被称为实现“测量反馈”。例如，实现测量反馈的量子计算机可执行量子电路中的门，并且然后测量仅量子计算机中的量子比特的子集(即，少于全部)，并且然后基于测量的结果来决定接下来要执行哪个(哪些)门。特别地，该测量可指示门操作中的误差程度，并且量子计算机可基于误差程度来决定接下来要执行哪个(哪些)门。然后，量子计算机可执行由该决策所指示的门。执行门、测量量子比特的子集、并且然后决定接下来要执行哪个(哪些)门的该过程可被重复任何次。测量反馈对于执行量子误差纠正可能是有用的，但不限于用于执行量子误差纠正。对于每一个量子电路，存在带有或没有测量反馈的电路的经纠错的具体实施。

每个超导量子比特通过由能量E分开，使得E＝hf的基量子态和激发量子态来表征。基态与激发态之间的跃迁由带有通常为10GHz数量级的频率f的窄带微波信号来介导。此类微波信号可具有带有可以为100个循环数量级的宽度的成形包络，其有时可被称为“微波脉冲”。然而，此类“微波脉冲”与上述SFQ脉冲有很大不同，上述SFQ脉冲具有高达数百GHz的宽带频谱含量。大多数现有技术控制系统是基于这些窄带微波脉冲的；参见美国专利号：7,932,514；8,294,138；8,872,360；10,572,816；和10,650,319。

现有技术中已知任何量子计算系统都需要与经典计算机接口以进行控制和读出。在大多数现有技术中，经典控制计算机可包括处于室温的常规半导体计算机，其控制线一直延伸到低温量子比特。然而，对于至少量子计算机的第一级控制而言，采用靠近量子计算机的低温控制电路可能是有利的。紧邻量子计算机的此类控制系统将减小延迟，使得量子计算机的控制能够更加快速和灵活。此外，超导量子计算需要约0.01K的超低温，通常使用氦稀释制冷机，其中可用的冷却能力是非常小的。低温计算机中的主要热负载包括成组的输入/输出(I/O)线，这对于大规模的量子计算机而言会变得大得不切实际。包括经典控制电路的本地源可减小I/O线的数量，因而使大规模系统更加实用，前提是低温经典控制电路的耗散也是非常小的。

一些现有技术公开了在低温使用常规半导体电路来控制低温量子比特。参见例如美国专利和公开的申请号：10,671,559；2020/0394548；和2020/0160205。然而，针对半导体控制电路的功率水平通常远远高于与量子计算机的深低温环境兼容的功率水平。

可用于控制超导量子比特的一个类型的超导电路是施加磁通量的感应电路，包括基于超导量子干涉器件或SQUID的电路。参见例如美国专利和公开的申请号：7,847,615；7,932,514；8,854,074；9,996,801；10,665,635；10,969,443；和2021/0033683。这些控制方法通常是相当慢的。

尽管所有超导逻辑电路的耗散都很低，但某些变体的能量是特别低的，诸如如ERSFQ、eSFQ、RQL和QFP所识别的那些。这些是基于SFQ脉冲的，其与更常用的谐振窄带微波信号有很大不同。考虑到常见的低温环境和低功率耗散，此类电路可被放置成靠近超导量子比特。已有针对用于控制或读出超导量子比特的SFQ逻辑电路的若干先前提案。例如，经适当地定时的SFQ脉冲串可用于诱导超导量子比特中的量子跃迁或测量量子比特的量子态。参见例如美国专利号：7,969,178；8,138,784；8,508,280；9,425,804；9,787,312；10,726,351；和10,748,079。

尽管SFQ脉冲本身是相当快的，但现有技术没有教导用于对针对实际量子计算机会需要的非常大量的量子比特进行快速、可编程SFQ控制的方法。特别地，现有技术没有教导用于使用SFQ电路来调谐各种量子比特的参数以及它们之间的耦合的方法。

包括量子比特的量子计算机(QC)有望在解决某些问题方面实现指数级加速。可在带有表示|0)和|1)状态(例如，电子的向上和向下自旋状态)的两个有区别的能级的物理系统中实现量子比特。可用微波脉冲来操纵量子比特状态，其频率f与能级间距E＝hf匹配。量子比特操作可被表示为布洛赫球中的旋转。通过微波信号相对于量子比特相位的相位来设定旋转轴，必须对其进行跟踪才能进行相干操作。脉冲振幅和持续时间决定旋转角度。

奇异值分解允许通过成对的布洛赫球(每个子系统一个)来使双量子比特状态可视化。布洛赫向量

在带有相同指数的两个此类轴的方向上的自旋是相关的，与其共享的长度x

量子信道和操作是通过完全正保迹映射来描述的，并且是量子信息科学中的研究核心。就布洛赫球的某些变形而言，单个量子比特(qubit)情况具有特别有吸引力的几何解释。该几何图在很大程度上引导了对更高维情况的直觉。

将量子操作视为作用于算子的算子致使在单个量子比特情况下进行清晰的几何分解；即，完全正保迹映射。例如，给定任意2×2复矩阵，我们可通过四个条目的实部和虚部来识别八个自由度。在厄米特矩阵的情况下，这八个自由度减小到四个，因为非对角线项中的任一项的指定使其他项中的一项固定，并且对角线项中的每一项必须是实数。因此，从2×2厄米特矩阵到2×2厄米特矩阵的线性映射可完全通过十六个参数来表征。很容易验证任何厄米特矩阵都可被写为单位矩阵和三个泡利矩阵的线性组合，其带有实系数。因此，我们可将任何厄米特2×2矩阵表达为泡利基中的4分量实向量{1,σx,σy,σz}，并且我们可将2×2厄米特矩阵上的线性映射表达为相同基中的4×4实矩阵。

将注意力转移到2×2厄米特矩阵的子集，即针对单个量子比特的密度矩阵，我们添加矩阵必须为正且具有等于一的迹的条件。迹条件强制恒等系数为1/2，将表征简化为3维实子空间。正性则告诉我们，所有密度矩阵都由该3维实子空间中距原点1/2半径范围内的点来表示。使用从每个分量中分离出1/2的标准惯例，我们得到了熟悉的密度矩阵的布洛赫向量表示，其中容许的密度矩阵的集由球||r||

因此，我们可将任意完全正保迹映射对布洛赫球的影响表征为带有可能的反转的旋转、对椭球的压缩、带有可能的反转的第二旋转和平移的复合。

发明内容

量子计算机需要带有明确定义和精确的能量的许多量子比特和耦合器。超导量子计算机由包括多个约瑟夫森结的集成电路制成。实际上，由于约瑟夫森结的制造过程方面的扩展，制成的量子比特将拥有与设计参数略有不同的能量。量子比特和耦合器的能量中的此类变化使得难以在量子计算机中准确地执行单量子比特和多量子比特操作，特别是当所耦合的量子比特的数量增加时。通过通量偏置对量子比特进行外部能量调谐可补偿制造过程的固有变化，并且允许附加程度的控制。超导电路的精确受控的通量偏置对于在可缩放量子计算系统中实现所需的量子行为是必要的。

除补偿制造变化之外，量子电路(诸如量子比特和量子耦合器)的能量的可控性还实现某些功能和性质。例如，通过改变量子比特和量子耦合器的能量，我们可增加或减少与量子电路中的其他部件的相互作用。这使得能够基于所需的功能性来对不同的量子部件有意地进行耦合和解耦。例如，为了实现两量子比特或多量子比特门操作，可调谐耦合器或量子比特的能量以实现它们之间的相互作用。类似地，通过经由通量偏置使能量失谐，可使量子比特与其他量子比特或耦合器解耦。改变通量偏置以增加耦合使得能够进行多量子比特和耦合器门操作，而改变通量偏置以使量子部件解耦使得能够通过减少相互作用来保留量子相干性。

最后，人们可通过施加所生成的快速通量偏置脉冲来执行单量子比特或两量子比特门操作，以执行高保真度量子比特控制。此类控制可使用通量脉冲的通用集来完成，其中量子比特门在单个或多个拉莫尔周期内完成。根据本发明的SFQ通量偏置的基本原理如下。超导存储环磁耦合到量子电路。为了使量子比特或耦合器的通量偏置的量改变，可添加或从存储环路移除SFQ脉冲，如图1所示。

可通过变压器(即，L

Li,X.,T.Cai,H.Yan,Z.Wang,X.Pan,Y.Ma,W.Cai等人“Tunable coupler forrealizing a controlled-phase gate with dynamically decoupled regime in asuperconducting circuit.”Physical Review Applied 14，2(2020):024070号公开了一种可调谐和可切换的量子比特耦合器。超导量子比特之间的可控相互作用对于大规模量子计算和模拟来说是理想的。基于Yan等人[Phys.Rev.Appl.10,054061(2018)]，测试了一种磁通量受控的可调谐耦合器，其通过调节耦合器频率来实现连续可调谐性，可完全关闭相邻超导量子比特耦合。利用两个量子比特之间经由耦合器(带有动态解耦机制的受控相位(CZ)门)的可调谐相互作用，允许量子比特-量子比特耦合仅在通常操作点处“打开”，而在一个量子比特频率进入和离开操作点的调谐过程期间动态地“关闭”。这有效地抑制计算子空间漏出，并且也允许所获取的两量子比特相位在操作点处具有几何形状。

可以多种方式来设计用于添加或移除通量的电路。最简单的方法是使用约瑟夫森传输线(JTL)，如图2所示。在图2中，JTL的链可以为放大JTL以增加可存储在L

一种更可缩放的方法使用并联JTL以增加环路中所存储的磁通量子的容量，并且因此增加通过电感器L

使用该技术可以随时间推移创建通量偏置的不同曲线。在图5中，示出了采样时间和振幅变化的通量偏置。通量偏置可以为正或负。可针对通量偏置的特定曲线或时间依赖性来设计用于向图1中的通量偏置电路添加或移除通量的SFQ电路。可通过使由SFQ电路时钟、其分谐波和/或特殊片上SFQ脉冲发生器电路(通量泵)设定的SFQ脉冲重复率改变来实现通量偏置波形或通量偏置脉冲(FBP)的上升和下降沿的转换速率。一般情况下，SFQ脉冲重复率可能是不均匀的。

例如，通量泵可用于通过注入或移除快速脉冲串以进行粗略通量偏置来实现通量偏置中的快速改变，如图6所示。通量泵的一个示例是使用欠阻尼约瑟夫森结的张弛振荡器电路。当欠阻尼约瑟夫森结切换时，其产生SFQ脉冲串，其中脉冲的数量由电路的电阻和电感负载来决定。

使用SFQ脉冲的通量偏置可针对特定目的被进一步细化，包括通过结合粗略和精细调谐偏置在大间隔内实现快速但高分辨率的偏置，如图7所示。在图7中，粗略偏置可用于偏置中的快速步骤，并且精细调谐偏置可用于初始和/或最终高分辨率调谐。一般而言，基于特定功能和优化来选择粗略和精细偏置的特定序列、持续时间、脉冲速率和其他参数以及因此所生成的通量偏置脉冲形状、它们的数量和极性，以实现最高门保真度。

可通过添加重置电路来重置存储在通量偏置存储环路中的初始磁通，如图8所示。在图8中，与输入变压器串联的SQUID可用作重置机制。当通过向输入变压器施加重置电流来抑制SQUID的临界电流时，存储在L

SFQ脉冲控制不仅可用于量子比特的调谐，还可用于发起量子比特状态之间的量子跃迁，如现有技术中所提出的。在该方案中，在许多量子比特拉莫尔周期内谐振地(均匀地)或者使用利用最优控制理论方法导出的更复杂、非均匀的脉冲型式来施加SFQ脉冲。

利用中央控制单元(其也可以为SFQ数字逻辑电路)，可使这两种控制机制的组合和定时协调和同步，如图9A的框图中所表明的。量子比特和耦合器的快速通量偏置也使得能够进行新的和具有改善的多量子比特操作，如图10A所示。这可用于通过利用多量子比特相互作用的新模式来增加多量子比特门操作的速度或改善门操作的保真度。

在这里，中央控制单元能够对作用于每个量子比特的SFQ脉冲串以及所有量子比特和耦合器的通量偏置进行精确定时和控制，以实现带有更高保真度的更快多量子比特操作。

替代性地，可使用由SFQ电路生成的FBP波形来执行量子跃迁，如图9B所示。在这种情况下，量子比特旋转仅由施加到量子比特的通量偏置来驱动，而SFQ电路用于生成对应于所需门的特定FBP。该方法可能潜在地导致更快的门执行，因为所施加的FBP可在单个或几个拉莫尔周期内执行门，这与通常在许多个量子比特拉莫尔周期内施加的SFQ脉冲串或微波脉冲形成对比。

图10B示出了使用仅通量偏置控制的多量子比特操作的框图。在这种情况下，生成独立的FBP以控制量子比特和连接量子比特的耦合器。将用于调节量子比特能量(量子比特频率)的SFQ通量偏置与量子比特控制通量偏置结合，参见图10B中的SFQ通量偏置偏移。

在SFQ单个量子比特操作期间施加SFQ通量偏置以使量子比特的能量改变的示例如图11所示。在该示例中，可在单个量子比特操作期间快速地减小量子比特的能量，这使得能够进行更快的单个量子比特操作。在单个量子比特旋转结束时，通量偏置可再次使量子比特的能量改变以将其与电路的其余部分解耦。

可应用该类型的通量偏置控制，以使量子比特中并入的SQUID环路(代替作为超导量子比特或耦合器的中心部件的单个约瑟夫森结(有时被称为分离结))的超导临界电流改变，这继而影响量子器件的能量和耦合强度。适用的量子比特包括通量量子比特、相位量子比特和超导传输子等。对于具有大电感器(超电感器)的fluxonium和类似的量子比特而言，可将通量偏置施加到可使用约瑟夫森结阵列制成的超电感器。对量子计算的快速时间变化超导数字通量控制的其他应用在下文进行更详细的描述或者对于本领域技术人员而言可能变得清楚。

因此，一个目的是提供一种磁通量控制系统，其包括：超导电路，该超导电路被配置为：将连续单通量量子脉冲中的每一个转换成磁通量；超导电感器，该超导电感器被配置为：对来自超导电路的磁通量进行积分以定义所积分的磁通量；以及控制系统，该控制系统包括多个约瑟夫森结，该控制系统被配置为：生成用于控制超导电路的至少一个输出控制信号，输出控制信号包括被适配为选择性地使所积分的磁通量改变的单通量量子脉冲的至少一个序列。

另一个目的是提供一种磁通量控制系统，其包括：至少一个超导电路，该至少一个超导电路被配置为：生成单通量量子脉冲；耦合电路，该耦合电路被配置为：将单通量量子脉冲耦合成对应磁通量；超导电感器，该超导电感器被配置为：对对应于单通量量子脉冲的磁通量进行积分以定义所积分的磁通量；量子比特，该量子比特具有取决于所积分的磁通量的谐振频率；以及传感器，该传感器具有传感器输出，该传感器被配置为：确定谐振频率和所积分的磁通量中的至少一者；控制系统，该控制系统包括多个约瑟夫森结，该控制系统被配置为：取决于传感器输出来控制所积分的磁通量的值。

进一步的目的是提供一种用于控制超导系统的磁通量控制方法，该超导系统包括：超导电路，该超导电路被配置为：将连续单通量量子脉冲中的每一个转换成磁通量；和超导电感器，该超导电感器被配置为：对来自超导电路的磁通量进行积分以定义所积分的磁通量；以及控制电路，该控制电路包括多个约瑟夫森结，该方法包括：定义目标磁通量；控制超导电路以产生单通量量子脉冲的序列，该单通量量子脉冲的序列用于使所积分的磁通量单调地改变以使目标磁通量与所积分的磁通量之间的差值减小；以及控制超导电路以停止产生用于使所积分的磁通量单调地改变的单通量量子脉冲的序列，并且从而停止使所积分的磁通量单调地改变，其中所述控制超导电路以停止产生单通量量子脉冲的序列取决于所积分的磁通量的值。

磁通量控制系统可进一步包括量子计算电路，该量子计算电路包括至少一个量子比特，该至少一个量子比特具有可取决于至少所积分的磁通量来调谐的至少一个物理性质，其中所积分的磁通量与该至少一个量子比特耦合。该至少一个物理性质可包括微波谐振。控制系统可被配置为：控制该至少一个量子比特的该至少一个物理性质随时间推移的动态变化。该至少一个物理性质可包括量子比特的微波谐振、能量和相位中的至少一者，并且可控制量子比特的微波谐振、能量和相位中的每一者。控制系统可被配置为：控制量子比特和可调谐量子比特耦合器中的至少一者的该至少一个物理性质的动态变化。量子比特和可调谐量子比特耦合器中的该至少一者可包括切换式量子比特耦合器，该切换式量子比特耦合器被配置为：选择性地控制多个量子比特的相互作用的存在和不存在。

磁通量控制系统可被设置在第一集成电路中，并且量子比特和可调谐量子比特耦合器中的该至少一者被设置在第二集成电路中，其中第一集成电路和第二集成电路被设置在公共基板上。

磁通量控制系统可进一步包括耦合到所积分的磁通量的量子比特和与量子比特相关联的可调谐量子比特耦合器中的至少一者，其中量子比特的量子比特布洛赫球状态响应于该至少一个输出控制信号。

磁通量控制系统可进一步包括耦合到所积分的磁通量的量子比特，该量子比特的状态由布洛赫球的相位和振幅来表示，其中布洛赫球的相位和振幅响应于该至少一个输出控制信号。

磁通量控制系统可被设置在第一集成电路中，并且量子比特和可调谐量子比特耦合器中的该至少一者被设置在第二集成电路中，其中第一集成电路和第二集成电路被感应地耦合并设置在具有倒装芯片几何形状的独立基板上。

控制系统可进一步包括输入端口，该输入端口被配置为：接收与所积分的磁通量的大小相关的至少一个反馈信号。

控制系统进一步可进一步包括成对的输出端口，该成对的输出端口被配置为：产生被适配为使所积分的磁通量增加的第一信号以及被适配为使所积分的磁通量减少的第二信号。

控制系统可被配置为：实现锁相环控制和锁频环控制中的至少一者。

控制系统可被配置为：接收光子输入控制信号。

磁通量控制系统可进一步包括混频器和检测器，该混频器和该检测器被配置为：接收至少一个量子比特的输出，并且产生用于控制系统的输入控制信号。

磁通量控制系统可进一步包括超导振荡器，该超导振荡器被配置为：生成与量子比特相互作用的微波信号。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括超导传输子量子比特电路，该超导传输子量子比特电路具有可取决于至少所积分的磁通量来调谐的微波谐振。控制系统可被配置为：在超导传输子量子比特的量子计算周期内定义超导传输子量子比特的第一微波谐振频率，并且随后定义超导传输子量子比特的第二微波谐振频率，其中第一微波谐振频率和第二微波谐振频率是不同的。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括超导传输子量子比特电路，该超导传输子量子比特电路具有可取决于至少所积分的磁通量来调谐的微波谐振，并且控制系统可被配置为：取决于超导传输子量子比特电路的微波谐振状态用所积分的磁通量来调谐超导传输子量子比特电路的微波谐振。

磁通量控制系统可进一步包括响应于所积分的磁通量的超导量子干涉器件，该超导量子干涉器件被适配为产生磁力计输出，其中控制系统包括响应于磁力计输出的控制系统输入。

控制系统可进一步包括：第一输入端口，该第一输入端口被配置为：接收参考频率信号；第二输入端口，该第二输入端口被配置为：接收微波谐振信号；以及比较电路，该比较电路被配置为：产生被配置为控制所积分的磁通量的比较输出，以响应于该比较输出而选择性地使所积分的磁通量改变。

控制系统被进一步配置为：选择性地取决于在量子计算计算期间来自量子比特的表示该量子比特在量子计算的相位期间的计算状态的信号来接收至少一个控制信号，并且选择性地取决于该量子比特在量子计算的后续相位期间的计算状态来控制所积分的磁通量。

磁通量控制系统可进一步包括：误差输入端口，该误差输入端口被配置为：接收误差信号；以及至少一个存储器，该至少一个存储器被配置为：持久地存储取决于误差信号的校准值，其中控制系统选择性地取决于持久地存储的校准值来产生输出控制信号。

磁通量控制系统可进一步包括被配置为将所积分的磁通量重置为预定值的超导电路。

控制系统可被进一步配置为：产生单通量量子脉冲的至少两个类型的该至少一个序列，包括：被适配为使所积分的磁通量以第一量改变的第一类型的序列，以及被适配为使所积分的磁通量以第二量改变的第二类型的序列，第一量与第二量不同；并且控制系统被配置为：接收表示所积分的磁通量的改变的量的至少一个输入控制信号，并且选择性地取决于该至少一个输入控制信号来产生至少第一类型的序列和第二类型的序列。

控制系统可被进一步配置为：产生包括单通量量子脉冲的该至少一个序列的至少两个不同类型的输出控制信号，该单通量量子脉冲的该至少一个序列包括：与第一正整数的单个单通量量子脉冲相关联的第一类型的序列，以及与第二正整数的单通量量子脉冲相关联的第二类型的序列，第一正整数和第二正整数是不同的。

磁通量控制系统可进一步包括响应于目标值的计数器，该计数器被配置为：对每个单通量量子脉冲进行计数，并且当单通量量子脉冲的该至少一个序列的累积值对应于目标值时选择性地产生信号，其中超导电路包括超导变压器初级电感器，该超导变压器初级电感器耦合到作为超导变压器次级电感器的超导电感器；并且单通量量子脉冲的该至少一个序列包括第一脉冲和第二脉冲；超导变压器初级电感器具有第一端子和第二端子，第一脉冲在第一端子处进入超导变压器初级电感器，并且第二脉冲在第二端子处进入超导变压器初级电感器，使得第一脉冲相对于所积分的磁通量中的改变以相对于第二脉冲的相反极性起作用。

控制系统可被配置为：接收基于所积分的磁通量的大小的反馈信号，该控制系统进一步包括门，该门被配置为：当反馈信号指示所积分的磁通量中的足够纠正时，使单通量量子脉冲的该至少一个序列停止。

磁通量控制系统可进一步包括表示反馈信号的控制系统输入，其中控制系统被配置为：选择性地取决于反馈信号来产生该至少一个输出控制信号，以产生：用于使所积分的磁通量增加的第一类型的单通量量子脉冲的连续系列；或者用于使所积分的磁通量减少的第二类型的单通量量子脉冲的连续系列；或者表示没有用于保持所积分的磁通量的净单通量量子脉冲的输出。

磁通量控制系统可进一步包括计数器，其中控制系统被配置为：接收目标值，并且取决于该目标值来选择性地：基于被适配为使所积分的磁通量增加的单通量量子脉冲的连续系列来使计数器递增；基于被适配为使所积分的磁通量减少的单通量量子脉冲的连续系列来使计数器递减；以及当计数器的计数值对应于目标值的误差容限的同时，抑制净单通量量子脉冲。

磁通量控制系统可进一步包括重置电路，该重置电路被配置为：将磁通量建立在预定值，重置电路包括重置电感器，该重置电感器与超导电感器串联地耦合到具有临界电流的超导量子干涉器件(SQUID)，其中重置电感器中的电流足以驱动SQUID高于临界电流并且变成电阻性的并耗散存储在超导电感器中的能量。

本发明的另一目的是提供一种用于控制超导量子计算电路的方法，该方法包括：随时间推移使用超导数字SFQ控制电路取决于至少一个控制信号来生成不同类型的通量偏置脉冲；在带有或没有应用于超导量子电路的单通量量子脉冲控制型式的情况下，使用所生成的通量偏置脉冲选择性地取决于该至少一个控制信号的历史将单通量量子电压脉冲转换为磁通量，不同类型的单通量量子电压脉冲选择性地引起磁通量中的增加和减少；将磁通量耦合到量子计算电路，该量子计算电路具有可取决于所耦合的磁通量来调谐的性质；以及随时间推移取决于量子计算电路的性能来定义该至少一个控制信号。

本发明的另一目的是提供一种用于控制超导量子计算电路的方法，该方法包括：随时间推移取决于至少一个控制信号用超导数字控制电路来生成单通量量子电压脉冲；选择性地取决于该至少一个控制信号的历史来将单通量量子电压脉冲转换为磁通量；将磁通量耦合到量子计算电路，该量子计算电路包括具有可取决于所耦合的磁通量来调谐的性质的至少一个部件；以及随时间推移定义该至少一个控制信号来选择性地定义磁通量，以改变该至少一个部件的性质。例如，所耦合的磁通量可控制该至少一个部件的频率、相位、速率、精度或动态范围。

进一步的目的是提供一种磁通量控制方法，该方法包括：控制系统，该控制系统包括多个约瑟夫森结，该控制系统被配置为：生成单通量量子脉冲的序列；超导电路，该超导电路被配置为：将单通量量子脉冲的序列转换成磁通量；以及超导电感器，该超导电感器被配置为：将磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括至少一个量子比特耦合器电路，该至少一个量子比特耦合器电路具有可取决于磁通量来调谐的物理性质。

另一目的是提供一种磁通量控制系统，该磁通量控制系统包括：控制系统，该控制系统包括多个约瑟夫森结，该控制系统被配置为：生成单通量量子脉冲的序列；超导电路，该超导电路被配置为：将单通量量子脉冲的序列中的每个脉冲转换成磁通量；以及超导电感器，该超导电感器被配置为：对磁通量进行积分，其中对应于控制系统的至少一个控制信号来控制所积分的磁通量增加或减少。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括至少一个量子比特电路，该至少一个量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质。

磁通量控制系统可进一步包括量子计算电路，该量子计算电路包括至少一个量子比特电路，该至少一个量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质。

控制系统可具有被适配为保持该至少一个量子比特的恒定物理性质的至少一个控制模式。

控制系统可具有被适配为随时间推移使该至少一个量子比特的物理性质动态地变化的至少一个控制模式。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质的量子比特电路耦合。

磁通量控制系统可与量子比特电路一起提供或集成，该量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质。

控制系统可具有被适配为保持量子比特的恒定物理性质的至少一个控制模式。

控制系统可具有被适配为随时间推移使量子比特的物理性质动态地变化的至少一个控制模式。

控制系统可包括被配置为接收反馈信号的输入。

控制系统可包括成对的输入，该成对的输入被配置为：接收表示磁通量的过量和磁通量的不足的反馈信号。

控制系统可包括成对的输出，该成对的输出被配置为：产生表示磁通量的增加和磁通量的减少的信号。

控制系统可被配置为：实现锁相环控制。参见en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop。

控制系统可被配置为：实现锁频环控制。参见en.wikipedia.org/wiki/Frequency-locked_loop。

控制系统可被配置为：接收光控制信号。

控制系统可被配置为：接收光子控制信号。

控制系统可进一步包括光输出信号。

信号的调制可通过使用具有外差或零差架构的接收器来检测。在零差中，经调制的信号在混合器中混合，该混合器通常是非线性设备，其产生输入频率f

磁通量控制系统可进一步包括外差检测器。参见例如Ilves,Jesper,ShingoKono,Yoshiki Sunada,Shota Yamazaki,Minkyu Kim,Kazuki Koshino和YasunobuNakamura.“On-demand generation and characterization of a microwave time-binqubit.”npj Quantum Information 6，1(2020):1-7号。

磁通量控制系统可进一步包括零差检测器。

磁通量控制系统可进一步包括相敏放大器，该相敏放大器被配置为：放大与至少一个量子比特相互作用的微波信号。

磁通量控制系统可进一步包括约瑟夫森参数放大器，该约瑟夫森参数放大器被配置为：放大与至少一个量子比特相关联的信号。

磁通量控制系统可进一步包括正交振荡器。

磁通量控制系统可进一步包括正交信号解调器。

控制系统可被配置为：在量子比特的退相干时间内保持与量子比特相关联的第一磁通量，并且保持与量子比特相关联的第二磁通量，其中第一磁通量和第二磁通量是不同的。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括至少一个量子比特电路，该至少一个量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质，并且控制系统可被配置为：在该至少一个量子比特的退相干时间内保持该至少一个量子比特的物理性质的第一状态，并且随后保持该至少一个量子比特的物理性质的第二状态，其中第一状态和第二状态是不同的。

物理性质可包括微波谐振。

超导电感器可被进一步配置为：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括具有可取决于至少磁通量来调谐的微波谐振的超导传输子量子比特电路，并且控制系统可被配置为：在超导传输子量子比特的量子计算周期内，定义超导传输子量子比特的第一微波谐振频率，并且随后定义超导传输子量子比特的第二微波谐振频率，其中第一微波谐振频率和第二微波谐振频率是不同的。

磁通量控制系统可进一步包括磁力计，该磁力计被配置为：测量所积分的磁通量。磁力计可包括超导量子干涉检测器(SQUID)磁力计。磁力计可包括超导量子干涉滤波器(SQIF)磁力计。控制系统可进一步包括用于接收取决于磁力计的输出的信号的输入。

控制系统可进一步包括：用于接收参考频率信号的输入、用于接收微波谐振信号的输入、以及产生用于控制磁通量增加或减少的输出的比较电路。

控制系统可接收包括参考频率信号和微波谐振信号的控制信号，控制系统进一步包括比较电路，该比较电路产生用于取决于比较电路的输出来控制磁通量增加或减少的输出。

控制系统可选择性地取决于在量子计算计算期间来自量子比特的表示该量子比特在量子计算的相位期间的计算状态的信号来接收至少一个控制信号，并且选择性地取决于量子比特在量子计算的后续相位期间的计算状态来控制磁通量。

磁通量控制系统可进一步包括至少一个存储器，该至少一个存储器被配置为：持久地存储校准值，其中控制系统取决于持久地存储的校准值来产生单通量量子脉冲的序列。可提供输入来接收校准值。可提供电路来确定校准值。

磁通量控制系统可进一步包括这样的电路，该电路被配置为：例如通过提供暂时从超导状态转变到非超导状态以耗散存储在超导电感器中的能量的元件来将所积分的磁通量重置到预定值。

控制系统可被配置为：产生单通量量子脉冲的至少两个类型的序列，包括：具有用于使所积分的磁通量以第一量改变的第一数量的单通量量子脉冲的第一类型，以及具有用于使所积分的磁通量以第二量改变的第二数量的单通量量子脉冲的第二类型，第一数量与第二数量不同。

控制系统可被配置为：产生单通量量子脉冲的至少两个类型的序列：使所积分的磁通量以第一量改变的第一类型，以及使所积分的磁通量以第二量改变的第二类型，第一量和第二量是不同的。

控制系统可被配置为：产生单通量量子脉冲的至少四个类型的序列，包括：具有用于使所积分的磁通量以第一量增加的第一数量的单通量量子脉冲的第一类型，具有用于使所积分的磁通量以第二量增加的第二数量的单通量量子脉冲的第二类型，具有用于使所积分的磁通量以第三量减少的第三数量的单通量量子脉冲的第三类型，以及具有用于使所积分的磁通量以第二量减少的第四数量的单通量量子脉冲的第四类型，第一数量与第二数量不同；并且第三数量与第四数量不同。

控制系统可被配置为：产生单通量量子脉冲的至少四个类型的序列：使所积分的磁通量以第一量增加的第一类型，使所积分的磁通量以第二量增加的第二类型，使所积分的磁通量以第三量减少的第三类型，以及使所积分的磁通量以第四量减少的第四类型，第一量和第二量是不同的，并且第三量和第四量是不同的。

控制系统可被配置为：产生单通量量子脉冲的至少三个分别不同的类型的序列：使所积分的磁通量以第一量改变的第一类型，使所积分的磁通量以第二量改变的第二类型，以及使所积分的磁通量以第三量改变的第三类型。

控制系统可接收表示所积分的磁通量的改变的量的至少一个控制信号，并且控制系统被配置为：选择性地取决于表示所积分的磁通量的改变的量的该至少一个控制信号来产生至少第一类型、第二类型和第三类型。

控制系统可被配置为：产生用于使所积分的磁通量增加的单通量量子脉冲的至少两个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第一类型，以及产生多个单通量量子脉冲的第二类型。

控制系统可被配置为：产生用于使所积分的磁通量减少的单通量量子脉冲的至少两个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第三类型，以及产生多个单通量量子脉冲的第四类型。

控制系统可被配置为：产生用于使所积分的磁通量增加的单通量量子脉冲的至少三个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第一类型，产生包括第一范围的多个单通量量子脉冲的第二类型，以及产生包括第二范围的多个单通量量子脉冲的第三类型。第一范围和第二范围可以是不同的。控制系统可被配置为：产生用于使所积分的磁通量减少的单通量量子脉冲的至少三个附加不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第四类型，产生包括第三范围的多个单通量量子脉冲的第五类型，以及产生包括第四范围的多个单通量量子脉冲的第六类型。第一范围和第二范围是不同的，并且第三范围和第四范围是不同的。

另一目的是提供一种通量偏置控制方法，该方法包括：用具有多个约瑟夫森结的控制系统生成单通量量子脉冲的序列；用超导电路将单通量量子脉冲的序列中的每个脉冲转换成磁通量；以及用超导电感器对磁通量进行积分，其中所积分的磁通量可对应于控制系统的至少一个控制信号而增加和减少。

超导电感器可将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括至少一个量子比特电路，该至少一个量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质。

控制系统可在一定周期内保持该至少一个量子比特的恒定物理性质。

控制系统可随时间推移使该至少一个量子比特的物理性质动态地变化。

超导电感器可将所积分的磁通量与量子比特电路耦合，该量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质。

控制系统可在一定周期内保持量子比特的恒定物理性质。

控制系统可随时间推移使量子比特的物理性质动态地变化。

可接收控制系统反馈信号。可接收分别表示磁通量的过量和磁通量的不足的成对的反馈信号。

可提供成对的输出，从而产生表示磁通量的增加和磁通量的减少的信号。

控制系统实现锁相环控制和/或锁频环控制。

磁通量控制方法可接收光控制信号和/或光子控制信号，并且可产生光输出信号和/或光子输出信号。

可用外差检测器或零差检测器来检测微波信号。

可提供相敏放大器以放大与至少一个量子比特相互作用的微波信号。可提供约瑟夫森参数放大器以放大与至少一个量子比特相关联的信号。微波信号可以为量子比特的输出，具有取决于量子比特的特性。在一些情况下，多个量子比特被耦合，并且从一个量子比特导出的输出信号可用于影响另一量子比特。

可用正交振荡器生成正交微波信号。

可用正交信号解调器对微波信号进行解调。

在量子比特的退相干时间内可保持与量子比特相关联的第一磁通量，并且随后保持与量子比特相关联的第二磁通量，其中第一磁通量和第二磁通量是不同的。

磁通量控制方法可进一步包括：将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括至少一个量子比特电路，该至少一个量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的物理性质，以及在该至少一个量子比特的退相干时间内保持该至少一个量子比特的物理性质的第一状态，并且随后保持该至少一个量子比特的物理性质的第二状态，其中第一状态和第二状态是不同的。

物理性质可包括微波谐振。

超导电感器可将所积分的磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括超导传输子量子比特电路，该超导传输子量子比特电路具有可取决于至少磁通量来调谐的微波谐振，该方法进一步包括：在超导传输子量子比特的量子计算周期内：定义超导传输子量子比特的第一微波谐振频率，并且随后定义超导传输子量子比特的第二微波谐振频率，其中第一微波谐振频率和第二微波谐振频率是不同的。

可提供磁力计传感器以测量所积分的磁通量。磁力计可包括超导量子干涉检测器(SQUID)磁力计。磁力计可包括超导量子干涉滤波器(SQIF)磁力计。可提供取决于磁力计的输出的控制系统输入信号。

磁通量控制方法可进一步包括：对参考频率信号和微波谐振信号进行比较，并且取决于该比较来控制磁通量增加或减少。

磁通量控制方法可进一步包括：接收包括参考频率信号和微波谐振信号的控制信号；对参考频率信号和微波谐振信号进行比较以产生比较输出；以及取决于该比较输出来控制磁通量增加或减少。

磁通量控制方法可进一步包括：选择性地取决于在量子计算计算期间来自量子比特的表示该量子比特在量子计算的相位期间的计算状态的信号来接收至少一个控制信号；以及选择性地取决于量子比特在量子计算的后续相位期间的计算状态来控制磁通量。

磁通量控制方法可进一步包括：将校准值存储在存储器、寄存器或模拟存储器中；以及取决于持久地存储的校准值来产生单通量量子脉冲的序列。可从外部输入接收校准值。可在控制系统内确定校准值。

可将所积分的磁通量重置为预定值。可通过当超导电感器的一部分保持超导性的同时，使与超导电感器相关联的至少一个超导元件变成暂时电阻性的来重置所积分的磁通量。该至少一个超导元件可包括超导量子干涉器件(SQUID)，其通过超出临界电流而被诱导进入非超导状态。

可产生单通量量子脉冲的至少两个类型的序列，包括：具有用于使所积分的磁通量以第一量改变的第一数量的单通量量子脉冲的第一类型，以及具有用于使所积分的磁通量以第二量改变的第二数量的单通量量子脉冲的第二类型，第一数量与第二数量不同。

可产生单通量量子脉冲的至少两个类型的序列，包括：使所积分的磁通量以第一量改变的第一类型，以及使所积分的磁通量以第二量改变的第二类型，第一量和第二量是不同的。

可产生单通量量子脉冲的至少四个类型的序列，包括：具有用于使所积分的磁通量以第一量增加的第一数量的单通量量子脉冲的第一类型，具有用于使所积分的磁通量以第二量增加的第二数量的单通量量子脉冲的第二类型，具有用于使所积分的磁通量以第三量减少的第三数量的单通量量子脉冲的第三类型，以及具有用于使所积分的磁通量以第二量减少的第四数量的单通量量子脉冲的第四类型，第一数量与第二数量不同；并且第三数量与第四数量不同。

可产生单通量量子脉冲的至少四个类型的序列：使所积分的磁通量以第一量增加的第一类型，使所积分的磁通量以第二量增加的第二类型，使所积分的磁通量以第三量减少的第三类型，以及使所积分的磁通量以第四量减少的第四类型，第一量和第二量是不同的，并且第三量和第四量是不同的。

磁通量控制方法可进一步包括：产生单通量量子脉冲的至少三个分别不同的类型的序列：使所积分的磁通量以第一量改变的第一类型，使所积分的磁通量以第二量改变的第二类型，以及使所积分的磁通量以第三量改变的第三类型。该方法可进一步包括：接收表示所积分的磁通量的改变的量的至少一个控制信号，并且控制系统可被配置为：选择性地取决于表示所积分的磁通量的改变的量的该至少一个控制信号来产生至少第一类型、第二类型和第三类型。

磁通量控制方法可进一步包括：产生用于使所积分的磁通量增加的单通量量子脉冲的至少两个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第一类型，以及产生多个单通量量子脉冲的第二类型。该方法可进一步包括：产生用于使所积分的磁通量减少的单通量量子脉冲的至少两个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第三类型，以及产生多个单通量量子脉冲的第四类型。

磁通量控制方法可进一步包括：产生用于使所积分的磁通量增加的单通量量子脉冲的至少三个不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第一类型，产生包括第一范围的多个单通量量子脉冲的第二类型，以及产生包括第二范围的多个单通量量子脉冲的第三类型。第一范围和第二范围可以是不同的。可产生用于使所积分的磁通量减少的单通量量子脉冲的至少三个附加不同类型的序列：产生单个单通量量子脉冲的第四类型，产生包括第三范围的多个单通量量子脉冲的第五类型，以及产生包括第四范围的多个单通量量子脉冲的第六类型。第一范围和第二范围可以是不同的，并且第三范围和第四范围可以是不同的。

来自单通量量子脉冲的序列的磁通量可由超导电感器积分，使得连续单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的量子化的量的改变。

控制系统可选择性地产生表示不同极性的单通量量子脉冲。

控制系统可选择性地产生第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。超导电路可包括超导变压器初级电感器，该超导变压器初级电感器耦合到作为超导变压器次级电感器的超导电感器。超导变压器初级电感器可具有第一端子和第二端子，其中第一类型的单通量量子脉冲在第一端子处进入超导变压器初级电感器，并且第二类型的单通量量子脉冲在第二端子处进入超导变压器初级电感器，使得第一类型的单通量量子脉冲相对于磁通量中的改变以相对于第一类型的单通量量子脉冲的相反极性起作用。

控制系统可被配置为：接收针对磁通量的目标值，该系统进一步包括计数器，该计数器被配置为：对单通量量子脉冲进行计数，并且当计数器值对应于目标值时，使单通量量子脉冲的序列停止。

控制系统可被配置为：接收针对磁通量的反馈信号，该系统进一步包括门，该门被配置为：当反馈信号指示磁通量中的足够纠正时，使单通量量子脉冲的序列(或它们对所积分的磁通量的影响)停止。

控制系统可接收反馈信号，并且取决于该反馈信号来选择性地产生第一类型的单通量量子脉冲的连续系列或者选择性地产生第二类型的单通量量子脉冲的连续系列，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。

控制系统可接收目标值，并且取决于该目标值来选择性地产生第一类型或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列并对该第一类型或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列进行计数，直到计数对应于目标值，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。计数器充当针对脉冲的数值积分器。因为脉冲是量化的，所以它们的累积效应与它们的数量相关。

控制系统可接收反馈信号，并且取决于该反馈信号来选择性地产生：第一类型的单通量量子脉冲的连续系列；或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列；或表示没有净单通量量子脉冲的输出；其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少，并且表示没有净单通量量子脉冲的输出不产生超导电感器中的电流中的净改变。表示没有净单通量量子脉冲的输出可不包括单通量量子脉冲。该输出可表示没有净单通量量子脉冲可包括：使第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲抵消。

控制系统可接收目标值，并且取决于该目标值来选择性地：基于第一类型的单通量量子脉冲的连续系列使计数器递增，直到计数增加到目标值；基于第二类型的单通量量子脉冲的连续系列使计数器递减，直到计数减少到目标值；或者当计数器对应于目标值的误差容限的同时，抑制净单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。受抑制的净单通量量子脉冲可不包括单通量量子脉冲和/或使第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲抵消。

该系统可进一步包括：被配置为测量磁通量的传感器、被配置为测量物理性质的传感器、和/或被配置为接收取决于该多个量子比特的性能的反馈信号的输入。

该至少一个量子比特可包括多个量子比特以及该多个量子比特之间的耦合器，具有可取决于磁通量来调谐的物理性质。量子比特可以为超导量子比特。

控制系统可选择性地产生第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的第一振幅的改变，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的第二振幅的改变，并且其中第一类型的单通量量子脉冲独立于第二类型的单通量量子脉冲而产生。第一类型的单通量量子脉冲可引起超导电感器中的电流中的改变，该改变具有比由第二类型的单通量量子脉冲引起的超导电感器中的电流中的改变小的绝对值。

可提供被配置为将磁通量建立在预定值(例如，零)的重置装置。重置装置可包括重置电感器，该重置电感器与超导电感器串联地耦合到超导量子干涉器件(SQUID)，其中重置电感器中的电流足以驱动SQUID高于其临界电流并且变成电阻性的并因此耗散存储在超导电感器中的能量。

另一目的是提供一种通量偏置控制方法，该方法包括：用包括多个约瑟夫森结的控制系统生成单通量量子脉冲的序列；将单通量量子脉冲的序列转换成磁通量；将磁通量与量子计算电路耦合，该量子计算电路包括带有超导电感器的至少一个量子比特电路；以及取决于磁通量来调谐量子比特的物理性质。

来自单通量量子脉冲的序列的磁通量可由超导电感器积分，使得连续单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的量子化的量的改变。

该生成可包括：用控制系统选择性地产生表示不同极性的单通量量子脉冲。

可选择性地产生第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。

单通量量子脉冲的序列可由超导电路转换成磁通量，该超导电路包括超导变压器初级电感器，该超导变压器初级电感器耦合到作为超导变压器次级电感器的超导电感器。

超导变压器初级电感器可具有第一端子和第二端子，其中第一类型的单通量量子脉冲在第一端子处进入超导变压器初级电感器，并且第二类型的单通量量子脉冲在第二端子处进入超导变压器初级电感器，使得第一类型的单通量量子脉冲相对于磁通量中的改变以相对于第一类型的单通量量子脉冲的相反极性起作用。

该方法可进一步包括：接收针对磁通量的目标值；对单通量量子脉冲的序列进行计数；以及在计数器值对应于目标值之后使单通量量子脉冲停止。

该方法可进一步包括：接收取决于磁通量的所需纠正的针对磁通量的反馈信号；以及当反馈信号指示磁通量的足够纠正时，对单通量量子脉冲的序列进行选通。

该方法可进一步包括：接收反馈信号；以及选择性地取决于反馈信号来产生第一类型或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。

该方法可进一步包括：接收目标值；以及对第一类型或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列进行计数，直到计数对应于目标值；其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。

该方法可进一步包括：接收反馈信号；以及选择性地取决于反馈信号来选择性地产生第一类型或第二类型的单通量量子脉冲的连续系列或表示没有净单通量量子脉冲的输出；其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少，并且表示没有净单通量量子脉冲的输出不产生超导电感器中的电流中的净改变。

表示没有净单通量量子脉冲的输出可不包括单通量量子脉冲和/或使第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲抵消。

该方法可进一步包括：接收目标值；如果计数低于目标值，则基于第一类型的单通量量子脉冲的连续系列来选择性地使计数器递增；如果计数高于目标值，则基于第二类型的单通量量子脉冲的连续系列来选择性地使计数器递减；以及如果计数对应于目标值的误差容限，则选择性地抑制净单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的增加，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的减少。受抑制的净单通量量子脉冲可不包括单通量量子脉冲和/或使第一类型的单通量量子脉冲和第二类型的单通量量子脉冲抵消。

该方法可进一步包括：用传感器测量磁通量或所积分的磁通量，和/或用传感器测量物理性质，和/或接收取决于该多个量子比特的性能的反馈信号。

该至少一个量子比特可包括多个量子比特以及该多个量子比特之间的耦合器，具有可取决于磁通量来调谐的物理性质。量子比特可以为超导量子比特。

该方法可进一步包括：选择性地产生第一类型的单通量量子脉冲以及选择性地产生第二类型的单通量量子脉冲，其中第一类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的第一振幅的改变，并且第二类型的单通量量子脉冲引起超导电感器中的电流中的第二振幅的改变，并且其中第一类型的单通量量子脉冲独立于第二类型的单通量量子脉冲而产生。第一类型的单通量量子脉冲可引起超导电感器中的电流中的改变，该改变具有比由第二类型的单通量量子脉冲引起的超导电感器中的电流中的改变小的绝对值。

该方法可进一步包括：将磁通量重置为预定值。该重置可包括：使脉冲穿过重置电感器，该重置电感器与超导电感器串联地耦合到超导量子干涉器件(SQUID)，其中重置电感器中的脉冲感应电流足以驱动SQUID高于其临界电流并且变成电阻性的并因此耗散存储在超导电感器中的能量。

附图说明

图1示出了SFQ通量偏置电路。

图2示出了使用JTL的链的SFQ通量偏置。

图3示出了使用并联JTL的通量偏置。

图4示出了通过添加或移除磁通量子来模拟通量偏置。

图5示出了任意形状的时间变化通量偏置。

图6示出了使用通量泵进行粗略通量偏置的电路。

图7示出了组合的粗略和精细调谐偏置。

图8示出了用于重置存储在通量偏置电路中的通量的电路。

图9A示出了针对用时间可变通量偏置进行的单量子比特门操作的框图。

图10B示出了针对用时间和脉冲速率可变通量偏置进行的单量子比特门操作的框图。

图10A示出了针对用量子比特和耦合器的时间可变通量偏置进行的多量子比特门操作的框图。

图10B示出了针对用量子比特和耦合器的时间和脉冲速率可变通量偏置进行的多量子比特门操作的框图。

图11示出了结合SFQ脉冲以进行单量子比特控制和通量偏置的单量子比特操作。

图12A示出了采用计数器的原型SFQ通量偏置电路的框图。

图12B示出了采用反馈的原型SFQ通量偏置电路的框图。

图12C示出了用于产生用于fluxonium控制的净零通量偏置脉冲的原型SFQ通量偏置电路的框图。

图12D示出了用于产生用于fluxonium控制的净零通量偏置脉冲的原型低硬件开销SFQ通量偏置电路的框图。

图13示出了放大JTL的示意图。

图14A至图14B示出了张弛振荡器通量泵的框图和电路示意图。

图14C示出了张弛振荡器的操作的模拟的图，其中虚线曲线示出了电压输出，并且实线曲线表示总通量输出。

图15示出了可编程脉冲计数器的框图。

图16A示出了原型SFQ通量偏置电路的顶级示意图。

图16B示出了图16A中的通量生成电路的示意图。

图16C示出了图16B中的开关的示意图。

图16D示出了图16C中的开关的同步器部件的示意图。

图17示出了原型SFQ通量偏置电路的电路布局。

图18示出了原型SFQ通量偏置电路的操作的模拟。

图19示出了原型SFQ偏置电路的实验测量结果。

具体实施方式

图1示出了通量偏置电路的优选实施方案的概念图。该图包括通量偏置电路本身，其生成时间可变磁通量，感应地耦合到超导量子比特或两个量子比特之间的超导耦合器(量子比特/耦合器)。电感耦合包括变压器，通常没有磁芯，带有初级电感L

图1也包括两个数字SFQ生成电路，它们可以是名义上相同的，但它们以相反极性连接到初级电感L

该概念图在图2中被进一步细化为在该两个信道中的每一个中包括约瑟夫森传输线(JTL)。JTL用于对SFQ脉冲进行传送和整形，并且也可被并联配置以实现电流增益，如图3所示。尽管JTL本身串联地传播SFQ脉冲，但并联输出配置用作数字脉冲乘法器，使总通量增加，倍数为并联单位单元的n倍。

图4和图5示出了可由此类正和负磁通量子发生器生成的时间变化通量曲线的两个示例。图4示出了简单的曲线，该曲线线性地上升、保持恒定、并且然后再次斜降，而图5表示随时间的任意变化。每种情况下均未指定时间轴，但特性斜坡时间可处于从10ps到1ns或更长时间的任何位置，因为单独的SFQ脉冲具有1ps至2ps量级的固有脉冲宽度。这可与量子比特谐振的周期进行比较，量子比特谐振的周期可以为100ps量级。因此，通量偏置变化可发生在单个谐振周期内或多个谐振周期内。也需注意，尽管SFQ脉冲包括非常高的频率分量，但可将电路配置为滤除最高频率分量以产生平滑通量曲线。此类平滑通量曲线也不会激发电路的量子部分中的准粒子，这往往会减少量子相干性时间。

通量偏置电路的另一实施方案在图6和图7中示出并且包括两级粗略和精细控制。粗略控制可包括将通量乘以已知因子的通量泵。通量泵的一个实施方案为如图14A至图14C所示并在下文进一步描述的SQUID张弛振荡器。两级通量偏置控制可实现高精度、高速度和大动态范围。

图8中示出了进一步的改进，其将控制环路中的通量重置为零。这是使用与感应存储环路串联的SQUID来实现的。当控制SFQ脉冲驱动SQUID高于其临界电流进入其正常状态时，环路变成电阻性的，并且任一符号的所存储的通量快速地逃离环路。

图9A中的框图示出了SFQ数字控制可应用于量子比特控制的各种方式。在优选的实施方案中，所有这些框都包括处于低温的超导电路。顶部的框为中央控制单元，其为同步和顺序定时提供针对时钟脉冲的集中源。这些时钟脉冲也是SFQ脉冲。例如，SFQ控制信号包括针对量子比特的通量偏置，但也包括可用于诱导量子跃迁的其他SFQ脉冲序列。这些包括被标记为“SFQ型式生成”、“SFQ振幅控制”和“SFQ-量子比特耦合器”的框。这些与用于SFQ控制的现有技术电路类似，但在这里它们可与通量偏置电路适当地同步以进行具有改善的控制。

图9B上的框图示出了另一实施方案，其中仅使用通量偏置脉冲(FBP)来控制量子比特。使用“SFQ FBP振幅控制”和“SFQ FBP斜坡控制”框来控制脉冲的形状。这些框的特定控制功能由“SFQ通量偏置(FBP)型式生成”框来生成。

图10A和图10B对于两个耦合的量子比特及其他量子比特进一步推进了这一步骤。如图中心所示，通过耦合器链接的两个可调谐量子比特构成超导量子电路本身。这些可链接到其他量子比特和耦合器，如底部所示。所有级处完全同步的数字控制为精确控制提供了新的机会，同时使量子操作的退相干最小化。

图11示出了这两个类型的SFQ控制的例示性示例。在底部的脉冲(对应于相反极性)提供通量偏置，该通量偏置对量子比特的能量首先进行调谐然后进行失谐，如中间所示。顶部的脉冲表示在其能量被适当地调谐期间耦合以诱导量子比特的跃迁的谐振脉冲串。

除呈现量子比特的超导数字通量偏置的概念和方法之外，还已通过实验设计、模拟、制造和演示了优选的实施方案的部分。

图12A示出了类似于图3所示的通量偏置控制电路的框图。该电路包括正和负通量生成电路，每个电路带有放大JTL(AJTL)、开关和计数器。这也包括：将磁通量耦合到量子比特或耦合器(被标记为Q)的单个耦合电感器L1，以及设定SFQ脉冲的生成速率的超导时钟源。

替代性地，如图12B所示，类似于图3所示的通量偏置控制电路设有基于传感器测量结果或取决于量子比特的输出的性能指标的反馈输入。该电路也包括正和负通量生成电路，每个电路带有放大JTL(AJTL)、开关、用于确定磁通量是高于还是低于由控制器供应的目标值或设定点的比较器、以及用于驱动相反相位(通量开与通量关)的反相器。比较器也可具有固有的互补输出。这也包括：将磁通量耦合到量子比特或耦合器(被标记为Q)的单个耦合电感器L1，以及设定SFQ脉冲的生成速率的超导时钟源。12B中未示出用于抑制所有脉冲的选项，例如当传感器输出或性能指标显示足够接近不需要调谐的目标时。通常，这是由数字控制、死区控制电路或迟滞电路产生的，其可有利地通过调节设定点来实现。可通过脉冲的抑制或通过通量开和通量关脉冲两者的存在来实现空调谐区。前一种情况减小了功率耗散。通常，比较器是以数字逻辑来实现的，但只要功率耗散被保持在低水平，则模拟具体实施也是可能的。比较器可以在振幅方面是数字的并且在时间方面是模拟的，并且对相位关系进行操作。例如，如果比较器是时钟控制的，则输出可选择性地取决于是否一个输入在时钟之前并且另一输入在时钟之后。如果两者都在之前或在之后，则比较器可产生空输出。

图12C示出了用于产生净零通量偏置脉冲的SFQ电路的示例，该净零通量偏置脉冲可用于单个量子比特循环(拉莫尔周期)内的fluxonium控制。净零脉冲由以间隔Δt

图12D示出了用于产生类似于图12C所述的净零通量偏置脉冲的简化的SFQ电路的示例。通过使用dc/SFQ转换器来实现复杂性降低，该转换器生成控制SFQ脉冲以设定相反极性通量偏置脉冲之间的间隔

AJTL可以为带有并联的6个JTL级的并联JTL，如图13所示。替代性地，可以使用基于张弛振荡器(ROS)的通量泵，如图14A至图14C所示。图14A示出了全通量偏置电路的框图，该全通量偏置电路带有针对正和负通量两者的两个ROS电路。图14B示出了围绕迟滞约瑟夫森结Jm2构建的ROS的示意图。当该结切换时，其保持在电压级中达延长的时间段，通常生成数百个或更多的磁通量子。ROS的操作的模拟在图14C中示出，其中振荡虚线曲线示出了电压输出，并且带有长尾的实线曲线表示总通量输出。该ROS通量偏置电路对于两级通量偏置电路的粗略信道而言会是特别有用的，如图6和图7中所表明的。

计数器可以为基于现有技术中众所周知的生成2

图16A、图16B、图16C和图16D中示出了针对基于图12的原型通量偏置控制电路的示意性层次结构的部分。图16A示出了整个双极性通量控制电路的部件，包括正和负通量信道(通量开和通量关)、两个相同的通量偏置驱动器(FB_DRV)、带有用于时钟分配的分离器的同步时钟发生器、以及输出通量偏置电感器LFB。该输出电感器会将通量耦合到量子比特或耦合器，但量子电路不包括在该原型演示电路中。

图16B提供了通量偏置驱动器FB_DRV的更详细的示意图，包括开关、16位计数器和放大JTL，如图11中的框所示。该开关在图16C中被进一步扩展，包括同步器电路SYNC和存储寄存器NDRO。最后在图16D中，SYNC电路被示出为包括现有技术中众所周知的两个D触发器(DFF)。

使用标准集成电路设计工具将图16A至图16D的电路布置在芯片上，并且该芯片布局的部分如图17所示。这包括通量开和通量关偏置驱动器，带有部件计数器171(×16)、开关172和JTL电流放大器173。

对图16中的电路的操作进行了模拟，图18中示出了若干个输入和输出。顶部的图示出了输出电流(以及因此通量偏置)斜升和斜降的若干个周期。下面是时钟信号、来自左侧和右侧的交替通量脉冲(正和负通量)以及针对该两侧的触发脉冲。

基于图17的布局的芯片是使用铌约瑟夫森结技术来制成的，被冷却到低于超导临界温度的约4K，并进行了测试。初步结果如图19所示，其示出了时钟输入、通量泵输入以及如由DC SQUID测量的磁通量输出。尽管这是初步的低频测试，但该电路演示了预期的功能性。

类似的超导电路将有望在与超导量子比特或量子比特间耦合器相关的通量偏置的情况下以高速、在mK范围内的降低的低温表现出类似的性能。

权利要求书。