用可调谐耦合器实现的双量子位门

背景技术

本公开涉及量子计算。

典型计算机具有由位组成的存储器，其中每个位可以表示零或一。量子计算机维护量子位(quantum bits)的序列，称为量子位(qubits)，其中每个量子位可以表示零、一或任何零与一的量子叠加。量子计算机通过例如根据量子逻辑门的序列将量子位设置为初始状态并控制量子位进行操作。计算以量子位读出结束，将量子位的系统倒塌(collapse)为本征态(eigenstate)，其中每个量子位代表零或一。

发明内容

本公开描述了用于使用可调谐耦合器来实现双量子位量子逻辑门的技术。

通常，本公开的主题的一个创新方面可以体现为一种方法，包括：将酉变换(unitary transformation)控制信号施加到布置在第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合器，以获得第一数据量子位和第二数据量子位的目标酉变换，其中，在预定时间段内将酉变换控制信号施加到可调谐耦合器，以允许第一数据量子位和第二数据量子位之间通过可调谐耦合器进行耦合。

上述和其他实现方式可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，从多个不同候选控制信号中选择酉变换控制信号，其中，当酉变换控制信号在预定时间段内被施加到可调谐耦合器时，选择的酉变换控制信号导致具有高于预定阈值的精度的第一数据量子位和第二数据量子位的目标酉变换。

在一些实现方式中，从多个不同候选控制信号中选择酉变换控制信号包括：对于每个不同候选控制信号，将候选控制信号施加到可调谐耦合器，其中两个或更多个不同候选控制信号包括不同最大幅度值；对于施加到可调谐耦合器的每个不同候选控制信号，确定第一数据量子位和第二数据量子位的酉变换的对应精度；以及将候选控制信号之一识别为选择的酉变换控制信号，其中，识别的候选控制信号之一具有高于预定阈值的对应精度。

在一些实现方式中，所述方法还包括：在将每个不同候选控制信号施加到可调谐耦合器之前：向可调谐耦合器施加断开控制信号，以改变(turn)第一数据量子位和第二数据量子位之间的耦合；以及将第一数据量子位和第二数据量子位中的每一个调谐到相同谐振频率。

在一些实现方式中，在不同时间段上施加两个或更多个不同候选控制信号，所述方法还包括将与识别的候选控制信号相关联的时间段设置为预定时间段。

在一些实现方式中，对于每个不同候选控制信号，将候选控制信号施加到可调谐耦合器包括将候选控制信号的幅度从第一值改变为候选控制信号的最大幅度值。

在一些实现方式中，对于每个不同候选控制信号，将候选控制信号施加到可调谐耦合器还包括将候选控制信号从最大幅度值变回到第一值。

在一些实现方式中，第一值对应于在第一数据量子位和第二数据量子位之间不存在耦合的值。

在一些实现方式中，不同时间段是基于双量子位门执行时间选择的。

在一些实现方式中，候选控制信号具有预定波形轮廓。

在一些实现方式中，预定波形包括连续波形轮廓。

在一些实现方式中，预定波形轮廓为amplitude(t)＝constant*(1-cos(t))的形式。

在一些实现方式中，将酉变换控制信号施加到可调谐耦合器会导致可调谐耦合器的工作频率发生变化。

在一些实现方式中，将酉变换控制信号施加到可调谐耦合器包括将电压或电流信号施加到可调谐耦合器量子位。

在一些实现方式中，双量子位门包括费米SWAP门(fermionic swap gate)。

在一些实现方式中，第一数据量子位和第二数据量子位包括超导量子位。

在一些实现方式中，第一数据量子位和第二数据量子位包括transmon量子位。

本说明书中描述的主题可以以特定方式实现，以实现以下优点中的一个或多个。

使用本说明书中描述的技术实现双量子位量子逻辑门的系统比实现其他已知技术的系统可以显着更快地实现双量子门。例如，在一些情况下，可以使用本说明书中描述的技术在14ns或更短的时间内实现双量子位门。另外，当执行计算时，使用本说明书中描述的技术实现双量子位门的系统实现了电路深度的减小。例如，在一些情况下，建立量子霸权(quantum supremacy)的电路深度可以是16或10或更小。改进的电路深度和门/算法执行时间提高了实现本说明书中描述的技术的量子计算系统的操作和效率。

另外，使用本说明书中描述的技术实现的双量子位门具有高保真度和小的固有误差，例如，由于退相干(decoherence)而不会引起的误差。例如，在一些情况下，固有误差可以是8×10

使用本说明书中描述的技术来实现双量子位量子逻辑门的系统可以实现量子门(酉算子)，这对于经典计算机来说很难模拟例如费米SWAP门，因此有助于建立量子霸权。

另外，在一些情况下，使用本说明书中描述的技术实现双量子位门需要降低物理和计算复杂度，例如，由于可以施加到双量子位系统的可调谐耦合器的脉冲的波形轮廓的范围和灵活性。例如，在本说明书中描述的用于实现双量子位门的技术不需要电子传递函数的知识对直接可调节控制参数(例如电压)反向工程化合适的控制序列或控制波形，以实现所需的门。相反，当前描述的技术允许通过直接调谐那些控制参数来校准和实现门。此外，与其他已知技术不同，控制波形不受特定耦合器实现或耦合器提供的信号交互轨迹的限制。可以使用本说明书中描述的技术来实现与单量子位门组合形成通用量子门集的双量子位门。例如，费米SWAP门与单量子位门一起形成了通用量子门集。

使用本说明书中描述的技术实现双量子位量子门的系统可以避免频率拥挤。使用在本说明书中描述的技术实现的双量子位门可以在包括两个以上量子位的量子位系统上同时执行，而不会发生频率冲突和不必要交互。可以使用可控耦合器关闭与相邻量子位的不必要交互。同时执行双量子位门可能会减小电路深度。例如，与不同时执行双量子位门相比，同时执行双量子位门可能会使电路深度减少2倍。

本说明书的主题的一种或多种实现方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1描绘了用可调谐耦合器实现双量子位门的示例性系统。

图2是用于使用布置在第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合器在第一数据量子位和第二数据量子位上实现双量子位门的示例性处理的流程图。

图3是用于从多个不同候选控制信号选择酉变换控制信号的示例处理的流程图。

图4是示出用于实现双量子位费米SWAP门的示例性酉变换控制信号波形的曲线图。

图5是比较在6个量子位链上数值模拟随机选择的量子门的结果的曲线图。

图6是示出使用本公开中描述的技术实现的用于费米SWAP门的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

本说明书描述了通过直接调谐与对应的门参数相关联的可调节控制参数来实现具有减少的执行时间的高保真双量子位逻辑门的方法和系统。

可调谐耦合器位于双量子位之间。量子位和可调谐耦合器被配置和布置为使得在量子位的操作期间，可调谐耦合器提供双量子位之间的交互的动态控制范围，包括双量子位之间的零交互的OFF状态。通过直接调节控制参数，例如通过调节电压，调谐可调谐耦合器，进而调谐双量子位之间的交互。因此，可以通过在预定的持续时间或时间段内根据对应的控制波形直接调节控制参数来实现双量子位门。不需要知道双量子位门对可调谐耦合器参数(例如可调谐耦合器频率)或相关控制参数(例如电压)的功能依赖性。

通过执行一系列实验来确定控制波形的特定形式。例如，选择相应控制参数的最大值集合，例如，电压的最大值集合。然后，在某个固定的选择时间段内，将相应控制参数从初始电压连续增加到选择最大值之一，然后再减小回初始电压。耦合器的这种调谐导致双量子位之间交互的对应调谐以及量子位的对应酉变换。

通过确定交互之前的量子位的初始状态，并且在与该控制参数的不同最大值的不同控制波形相对应的不同交互作用之后测量量子位的状态，可以根据该控制参数(例如电压)确定与控制参数的相应控制波形相关联的酉变换。控制参数的最大值和对应于特定酉变换的持续时间只需确定一次。此后，可以通过将控制参数的值连续增加到确定的对应最大值并在确定的时间间隔内将其连续减小回到初始值来实现酉变换。广泛的波形曲线可用于实现高保真度的特定双量子位门操作。

图1是可以执行参照图2至图3描述的方法的示例系统。

系统100包括量子硬件102，其至少包括第一数据量子位104、第二数据量子位106以及在第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合器108。第一数据量子位104、第二数据量子位106和可调谐耦合器108可以是量子硬件102的子组件。例如，量子硬件108可以包括附加数据量子位和附加可调谐耦合器。第一数据量子位104、第二数据量子位106和可调谐耦合器108中的每一个可以是频率可调谐。

第一数据量子位104和第二数据量子位106可以是超导量子位。例如，第一数据量子位104和第二数据量子位106可以是transmon量子位。可以替代地使用其他量子位架构。

可以使用各种不同的可调谐耦合器设计。例如，可调谐耦合器108可以包括由超导体材料构造的三端设备，使用固定负互感和用作可调谐正电感的单个电流偏置的约瑟夫逊结。“A tunable coupling scheme for implementing high-fidelity two-qubitgates”,Fei Yan et al.,arxiv:quant-ph/180309813v1,“Demonstration of a TuneableCoupler for Superconducting Qubits Using Coherent,Time Domain,Two-QubitOperations”,R.C.Bialczak et al.,arxiv:quant-ph/1007.2219v1,“Sign-andmagnitude-tunable coupler for superconducting flux qubits”,and R.Harris etal.,arxiv:cond-mat/0608253v4,“Tunable coupler for superconducting Xmonqubits:Perturbative nonlinear model”,Michael R.Geller et al.,arxiv:quant-ph/1405.1915v1中详细描述了可调谐耦合器的进一步讨论和示例每一个均通过引用整体并入本文。

系统100包括控制电子设备110。控制电子设备110可以包括任意波形发生器。

系统100包括分别从控制电子设备110到第一数据量子位104和第二数据量子位106的量子位控制线112。例如，可以使用量子位控制线112来调谐第一数据量子位104和第二数据量子位106的频率。第一数据量子位104和第二数据量子位106的频率可以通过经由控制电子设备110施加控制信号至量子位控制线112而被调谐。另外，控制电子设备110可以通过量子位控制线112执行第一数据量子位104和第二数据量子位106的测量。第一数据量子位104的测量和第二数据量子位106的测量分别确定第一数据量子位104和第二数据量子位106的状态。控制电子设备110可以存储、显示和/或进一步处理第一数据量子位104和第二数据量子位106的每个测量的结果。

系统100包括可调谐耦合器控制线114。通过将控制信号施加到可调谐耦合器控制线114以调谐可调谐耦合器108的频率，控制电子设备110可以动态地调谐第一数据量子位104和第二数据量子位106之间的耦合或交互。例如，控制电子设备110可以将电压脉冲施加到可调谐耦合器控制线114以调谐可调谐耦合器108的频率。在一些实现方式中，控制电子设备110可以包括数据处理装置和关联存储器。存储器可以包括具有指令的计算机程序，该指令在由数据处理装置执行时使数据处理装置执行本文所述的一个或多个功能，诸如将控制信号施加到量子位和/或可调谐耦合器。

图2是用于使用布置在第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合器在第一数据量子位和第二数据量子位上实现双量子位门的示例处理200的流程图。例如，处理200可以用于在第一数据量子位和第二数据量子位上实现费米(fermionic)SWAP门。为了方便，将处理200描述为由与位于一个或多个位置的控制电子设备通信的量子硬件执行。例如，根据本说明书适当编程的图1的系统100可以执行处理200。

在处理的第一步中，从多个不同候选控制信号中选择酉变换控制信号，在施加到第一数据量子位和第二数据量子位时实现双量子位(步骤202)。当在预定时间段内将酉变换控制信号施加到可调谐耦合器时，选择的酉变换控制信号导致具有高于预定阈值的精度的第一数据量子位和第二数据量子位的目标酉变换。

可以基于双量子位门的目标保真度(target fidelity)来确定用于目标酉变换的精度的预定阈值。例如，可以将精度的预定阈值选择为高于临界值，以使用双量子位门成功地执行量子算法或使用双量子位门成功地建立量子霸权。

多个不同候选控制信号可以具有预定波形轮廓。在一些情况下，预定波形轮廓可以是连续的波形轮廓，例如，形式为amplitude(t)＝constant*(1-cos(t))。然而，只要最大振幅、预定时间段和振幅轨迹下的面积固定为预定值，波形轮廓就可以变化。这样允许各种不同控制波形，以实现双量子位门。在一些情况下，正弦的周期也可以改变。然而，为了使退相干的影响最小化，可以选择不降低门的固有保真度的较短总脉冲长度。下面参照图3描述用于确定酉变换控制信号的示例处理。

在处理的第二步中，将在步骤202中选择的酉变换控制信号施加到可调谐耦合器以获得第一数据量子位和第二数据量子位的目标酉变换(步骤204)。将酉变换控制信号施加到可调谐耦合器可以包括将电压或电流信号施加到可调谐耦合器，从而引起可调谐耦合器的工作频率改变。酉变换控制信号在预定时间段上被施加到可调谐耦合器，以允许第一数据量子位和第二数据量子位之间通过可调谐耦合器进行耦合。预定时间段可以基于目标双量子位门执行时间来选择，如下面参照图3所描述的。

图3是用于从多个不同候选控制信号中选择酉变换控制信号的示例处理300的流程图。为了方便，将处理300描述为由与位于一个或多个位置的控制电子设备通信的量子硬件执行。例如，根据本说明书适当编程的图1的系统100可以执行处理300。

在处理的第一步中，将每个不同的候选控制信号施加到可调谐耦合器(步骤302)。两个或更多个不同候选控制信号具有不同最大幅度值。可以基于实现双量子位门的硬件选择用于不同候选控制信号的不同最大振幅值。例如，最大幅度值可以被选择为低于临界值，该临界值可能导致第一数据量子位或第二数据量子位向非计算基础状态的不期望转变。

在将候选控制信号施加到可调谐耦合器之前，可以将第一数据量子位和第二数据量子位调谐到相同谐振频率。将第一数据量子位和第二数据量子位调谐为相同谐振频率使第一量子位和第二量子位对准，并使可调谐耦合器能够促进第一量子位和第二量子位之间的交互。例如，第一数据量子位和第二数据量子位可以被调谐到6GHz的谐振频率或在5GHz和7GHz之间的范围内的谐振频率。另外，可以将断开控制信号施加到可调谐耦合器以改变第一数据量子位和第二数据量子位之间的耦合。然后可以将候选控制信号施加到可调谐耦合器。

将两个或更多个不同候选控制信号施加到可调谐耦合器可以包括在不同时间段将两个或更多个不同候选控制信号施加到可调谐耦合器。可以基于目标双量子位门执行时间和实现双量子位门的硬件的细节来选择不同时间段。例如，候选时间段可以包括足够慢的时间段，以便不引起第一数据量子位或第二数据量子位到非计算基础状态的不期望转变，但是足够接近目标门执行时间。例如，在一些情况下，计算基础状态与非计算基础状态之间的最小距离可以是至少200-250MHz。在这些情况下，可以将候选时间段选择为长于1/200MHz，例如5ns、6ns、7ns、8ns或更慢。

将候选控制信号施加到可调谐耦合器可以包括候选控制信号振幅从第一值(例如，第一数据量子位和第二数据量子位之间不存在耦合的值)改变到该特定候选控制信号的最大振幅值。可选地，这可以进一步包括将候选控制信号从最大幅度值变回到第一值。

在处理的第二步中，对于施加到可调谐耦合器的每个不同候选控制信号，确定第一数据量子位和第二数据量子位的酉变换的对应精度(步骤304)。可以通过在将不同候选控制信号之一每次施加到可调谐耦合器之后测量第一数据量子位和第二数据量子位的状态来确定精度。

在处理的第三步中，识别导致具有高于预定阈值的精度的酉变换的候选控制信号(步骤306)。与识别的候选控制信号相关联的时间段可以被设置为预定时间段。下面参照图4至图6描述用于实现使用处理200和300识别的双量子位费米SWAP门的示例酉变换控制信号。

图4是示出用于实现由4×4矩阵表示的双量子位费米SWAP门的示例性酉变换控制信号波形的曲线图400。

该曲线图包括代表时间(ns)的水平轴404和代表耦合强度(MHz)(施加到可调谐耦合器控制线的电压)的垂直轴406。酉变换控制信号波形402是使用参照图2和图3描述的方法200和300确定的波形的示例。例如，酉变换控制信号波形302被配置为通过施加到位于第一数据量子位和第二数据量子位之间的可调谐耦合器在第一数据量子位和第二数据量子位上实现费米SWAP门。

酉变换控制信号波形402是可以实现费米SWAP门的许多酉变换控制信号波形的一个非限制性示例。例如，也可以使用具有结合不同最大幅度的不同持续时间的控制信号波形实现相同目标酉变换。只要最大幅度、持续时间和幅度曲线下方的面积相同，也可以对不同波形轮廓实现相同目标酉变换。通常，可以使用关于图2描述的方法200来确定结合相同或不同持续时间和最大幅度的不同酉变换控制信号波形，以实现不同目标酉变换。

如曲线图400所示，酉变换控制信号波形402可以在14ns内执行双量子位费米SWAP操作。实现双量子位费米SWAP操作的替代方法可能会慢3倍。另外，通过酉变换控制信号波形402实现的费米SWAP门具有8×10

图5是比较在6个量子位链上数值模拟随机选择的量子门的结果的曲线图500。该曲线图包括表示门施加的循环数的水平轴502和表示与Porter-Thomas分布的距离(即计算复杂性的度量)的垂直轴504。第一条线506示出使用受控Z(CZ)门模拟随机选择的量子门的结果。第二条线508示出使用通过使用本文所述的酉变换控制信号波形实现的费米SWAP门模拟随机选择的量子门的结果。

如曲线图500所示，使用费米SWAP门代替CZ栅极会导致Porter-Thomas分布收敛，电路深度减少2.5倍。

图6是示出使用本公开中描述的技术实现的用于费米SWAP门的模拟结果的曲线图600。该曲线图包括表示电路深度的水平轴602和表示性能指标纯度和交叉熵基准(crossentropy benchmarking，XEB)的垂直轴604，两者均取0到1之间的值。交叉熵测量了费米SWAP门的总保真度。纯度测量由于退相干引起的误差。

模拟结果表明，交叉熵(606)与纯度测量(608)几乎吻合，这表明使用费米SWAP门的量子算法是相干限制算法。更进一步，模拟结果表明，如参照图2和图3所描述，通过向可调谐耦合器施加酉变换控制信号而实现的费米SWAP门具有高保真度，每个费米SWAP门的误差约为0.4％或约为0.2％。0.2％的误差大约是使用其他已知技术所能达到的最小双量子位门误差的3倍。

可以以有形体现的软件或固件、以计算机硬件在数字电子电路、模拟电子电路、合适的量子电路中或更一般地在量子计算系统中实现本说明书中描述的主题和操作的实现，包括本说明书中公开的结构及其等同结构，或它们中的一个或多个的组合。术语“量子计算系统”可以包括但不限于量子计算机、量子信息处理系统、量子密码系统或量子模拟器。

本说明书中描述的主题的实现可以实现为一个或多个计算机程序，即，编码在有形非暂时性存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，以由数据处理装置执行或控制处理装置的操作。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行访问存储设备、一个或多个量子位或它们中的一个或多个的组合。可选地或另外，程序指令可以被编码在能够编码数字和/或量子信息的人工生成的传播信号上，例如机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以对数字和/或量子信息进行编码，以传输到合适的接收器设备以由数据处理装置执行。

术语量子信息和量子数据是指由量子系统所携带、保持或存储的信息或数据，其中最小非平凡系统是量子位，即定义量子信息单位的系统。应当理解，术语“量子位”涵盖了在对应的上下文中可以适当地近似为双级系统的所有量子系统。这样的量子系统可以包括例如具有两个或更多级的多级系统。例如，这样的系统可以包括原子、电子、光子、离子或超导量子位。在许多实现中，用基态和第一激发态来识别计算基础状态，但是应当理解，用较高水平的激发态来识别计算状态的其他设置也是可能的。

术语“数据处理装置”是指数字和/或量子数据处理硬件，并且包括用于处理数字和/或量子数据的各种装置、装置和机器，例如包括可编程数字处理器、可编程量子处理器、数字计算机、量子计算机、多个数字和量子处理器或计算机及其组合。装置还可以是或进一步包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或量子模拟器，即被设计用于模拟或产生关于特定量子系统的信息的量子数据处理装置。特别地，量子模拟器是没有执行通用量子计算的能力的专用量子计算机。除硬件之外，装置可以可选地包括为数字和/或量子计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或其中一个或多个组合的代码。

数字计算机程序，也可以称为或描述为程序、软件、软件应用程序、模块、软件模块、脚本或代码，可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，声明性或程序性语言，并且可以以任何形式进行部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程、对象或其他适合在计算环境中使用的单元。量子计算机程序，也可以称为或描述为程序、软件、软件应用程序、模块、软件模块、脚本或代码，可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言或声明性或程序性语言，并翻译成合适的量子编程语言，或者可以用量子编程语言(例如QCL或Quipper)编写。

计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、专用于所讨论程序的单个文件中或多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。可以将计算机程序部署为在一个计算机上执行，或者在位于一个站点上或分布在多个站点上并通过数据通信网络互连的多个计算机上执行。量子数据通信网络被理解为可以使用量子系统(例如，量子位)发送量子数据的网络。通常，数字数据通信网络不能发送量子数据，但是量子数据通信网络可以发送量子数据和数字数据。

本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，并适当地与一个或多个处理器一起操作，执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。处理和逻辑流程也可以由专用逻辑电路(例如，FPGA或ASIC)或量子模拟器执行，或者也可以将装置实现为专用逻辑电路或量子模拟器，或者通过专用逻辑电路或量子模拟器以及一个或多个编程的数字和/或量子计算机执行。

对于将一个或多个计算机的系统“被配置为”执行特定操作或动作，意味着系统已在其上安装了软件、固件，硬件或它们的组合，这些软件、固件、硬件或它们的组合在操作中导致系统执行这些操作或动作。对于将被配置为执行特定操作或动作的一个或多个计算机程序，意味着一个或多个程序包括指令，该指令在由数据处理装置执行时使装置执行操作或动作。例如，量子计算机可以从数字计算机接收指令，该指令在由量子计算装置执行时使装置执行操作或动作。

适用于执行计算机程序的计算机可以基于通用或专用处理器或任何其他种类的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器、随机存取存储器或适合于传输量子数据(例如，光子或其组合)的量子系统接收指令和数据。

计算机的元件包括用于进行或执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数字、模拟和/或量子数据的一个或多个存储设备。中央处理单元和存储器可以由专用逻辑电路或量子模拟器补充或并入其中。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如，磁、磁光盘，光盘或适于存储量子信息的量子系统)接收数据或将数据传送到一个或多个大容量存储设备或两者。然而，计算机不必具有此类设备。

量子电路元件(也称为量子计算电路元件)包括用于执行量子处理操作的电路元件。也就是说，量子电路元件被配置为利用诸如叠加和纠缠的量子机械现象以不确定性方式对数据执行操作。特定量子电路元件(诸如量子位)可以被配置为以一种以上的状态同时表示和操作信息。超导量子电路元件的示例包括诸如量子LC振荡器、量子位(例如，通量量子位、相位量子位或电荷量子位)和超导量子干扰设备(SQUID)(例如，RF-SQUID或DC-SQUID)等的电路元件。

相反，经典电路元件通常以确定性方式处理数据。经典电路元件可以被配置为通过对数据执行基本的算术、逻辑和/或输入/输出操作来共同执行计算机程序的指令，其中数据以模拟或数字形式表示。在一些实现方式中，经典电路元件可以用于通过电或电磁连接向量子电路元件发送数据和/或从量子电路元件接收数据。经典电路元件的示例包括基于CMOS电路的电路元件、快速单通量量子(RSFQ)器件、倒数量子逻辑(RQL)器件和ERSFQ器件，它们是不使用偏置电阻的RSFQ的节能版本。

在特定情况下，可以使用例如超导量子和/或经典电路元件来实现一些或全部量子和/或经典电路元件。超导电路元件的制造可能需要沉积一种或多种材料，诸如超导体、电介质和/或金属。根据选择的材料，这些材料可以使用沉积工艺来沉积，诸如化学气相沉积、物理气相沉积(例如，蒸发或溅射)或外延技术的以及其他沉积工艺。本文所述的用于制造电路元件的工艺可能需要在制造期间从设备中去除一种或多种材料。根据要去除的材料，去除工艺可以包括例如湿法蚀刻技术、干法蚀刻技术或剥离工艺。可以使用已知光刻技术(例如，光刻或电子束光刻)对形成本文所述的电路元件的材料进行图案化。

在使用超导量子电路元件和/或超导经典电路元件(诸如本文所述的电路元件)的量子计算系统的操作期间，将超导电路元件在低温恒温器内冷却至允许超导体材料表现出超导特性的温度。超导体(可替代地超导)材料可以理解为在或低于超导临界温度时展现出超导性能的材料。超导材料的示例包括铝(1.2开尔文的超导临界温度)和铌(9.3开尔文的超导临界温度)。因此，超导结构(诸如超导迹线和超导接地平面)是由在或低于超导临界温度时展现出超导特性的材料形成。

在某些实现方式中，可以使用电和/或电磁耦合到量子电路元件的经典电路元件来提供用于量子电路元件的控制信号(例如，量子位和量子位耦合器)。可以以数字和/或模拟形式提供控制信号。

适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性数字和/或量子存储器、介质和存储设备，包括例如半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；CD-ROM和DVD-ROM盘；以及量子系统，例如被俘获原子或电子。可以理解，量子存储器是可以高保真度和高效率长时间存储量子数据的设备，例如光-物质界面，其中光用于传输，物质用于存储和保存量子数据的量子特征，例如叠加或量子相干性。

可以在一种计算机程序产品中实现对本说明书中描述的各种系统或其部分的控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可以在一个或多个处理设备上可执行的指令。本说明书中描述的系统或其部分可以各自实现为一种装置、方法或系统，其可以包括一个或多个处理设备和存储器以存储可执行指令以执行本说明书中描述的操作。

尽管本说明书包含许多特定实现细节，但是这些细节不应被解释为对任何发明或所要求保护的范围的限制，而应解释为对特定发明的特定实现方式而言特定的特征的描述。在单独的实现方式的上下文中在本说明书中描述的特定特征也可以在单个实现方式中组合实现。相反，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实现方式中或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管上面可以将特征描述为以特定组合起作用并且甚至最初如此宣称，但是在一些情况下，可以从组合中删除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且可以将所要求保护的组合用于子组合或子组合的变型。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作并且在权利要求中对其进行了叙述，但是这不应理解为要求以所示的特定顺序或以连续的顺序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在特定情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实现方式中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实现方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品或打包成多个软件产品。

已经描述了主题的特定实施例。其他实施例在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。作为一个示例，附图中描绘的处理不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在特定情况下，多任务和并行处理可能是有利的。