Search

JP-2026514822-A - 量子コンピューティングに適した周波数マルチプレクサ

JP2026514822AJP 2026514822 AJP2026514822 AJP 2026514822AJP-2026514822-A

Abstract

本開示は、第１のポート（２ａ）と、各々が特定の周波数帯域に関連付けられた複数の第２のポート（２ｂ）と、各々の第２のポート（２ｂ）を前記第１のポート（２ａ）に接続する複数の信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）と、を備える周波数マルチプレクサ（１）に関する。各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、ハイパス信号フィルタリング部分（３０）、ローパス信号フィルタリング部分（４０）、バンドパス信号フィルタリング部分（５０）、およびバンドストップ信号フィルタリング部分（６０）のいずれかである。さらに、各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、超伝導接合（３５、４５、５５、６５）のチェーンを備える。

Inventors

  • ハンプス レンバリ ニルソン
  • ローベルト レハマー

Assignees

  • キュー・イー・ティー スウェーデン アー・ベー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240418
Priority Date
20230420

Claims (10)

  1. 周波数マルチプレクサ（１）であって、 第１のポート（２ａ）と、 複数の第２のポート（２ｂ）であって、各第２のポート（２ｂ）が特定の周波数帯域に関連付けられている、複数の第２のポート（２ｂ）と、 各第２のポート（２ｂ）を前記第１のポート（２ａ）に接続する複数の信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）と、を備え、各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、ハイパス信号フィルタリング部分（３０）、ローパス信号フィルタリング部分（４０）、バンドパス信号フィルタリング部分（５０）、およびバンドストップ信号フィルタリング部分（６０）のうちの１つであり、各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、超伝導接合（３５、４５、５５、６５）のチェーンを含む、周波数マルチプレクサ（１）。
  2. 各ローパス信号フィルタリング部分（４０）は、超伝導接合（４３）の複数の隣接するチェーン（４５）を含み、前記隣接するチェーン（４５）の各々はノード（４２）によって分離されており、各ノードはシャントキャパシタ（４４）に接続され、前記シャントキャパシタ（４４）はアースされており、 各ハイパス信号フィルタリング部分（３０）は、複数の隣接するキャパシタ（３１）を含み、前記隣接するキャパシタ（３１）の各々はノード（３２）によって分離されており、各ノード（３２）は超伝導接合（３３）のシャントチェーン（３５）に接続され、前記シャントチェーン（３５）はアースされており、 各バンドパス信号フィルタリング部分（５０）は、直列接続されたキャパシタ（５１ａ）と超伝導接合チェーン（５１ｂ）との複数のペア（５１）を含み、隣接するペア（５１）はノード（５２）によって分離されており、各ノード（５２）はシャント接続（５４）を含み、各シャント接続（５４）は、超伝導接合（５３）のチェーン（５５）に並列接続されたキャパシタを含み、前記シャント接続（５４）はアースされており、 各バンドストップ信号フィルタリング部分（６０）は、複数の直列接続された並列接続（６１）を備え、各並列接続（６１）は、超伝導接合のチェーン（６５）に並列接続されたキャパシタを備え、隣接する並列接続（６１）はノード（６２）によって分離されており、各ノード（６２）は、直列接続されたキャパシタ（６３ａ）と超伝導接合チェーン（６３ｂ）とのペア（６３）を備えるシャント接続を備える、 請求項１記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  3. 前記超伝導接合は、ジョセフソン接合である、請求項１または２記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  4. 前記信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）のうちの少なくとも１つの前記チェーン（３５、４５、５５、６５）のうちの少なくとも１つの前記超伝導接合（３３、４３、５３、６３）のうちの少なくとも１つが、超伝導ループを備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  5. 各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、特定の周波数帯域の信号を伝送するように構成される、請求項１から４までのいずれか１項記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  6. 各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）は、所定数のチェーン（３５、４５、５５、６５）を備え、各チェーンは、所定数の超伝導接合（３３、４３、５３、６３）を有し、各チェーン（３５、４５、５５、６５）は、所定のインダクタンスを得るために所定の臨界電流に構成され、それにより、各信号フィルタリング部分（３０、４０、５０、６０）が、前記特定の周波数の信号を転送し、他の信号を除去することが可能になる、請求項１から５までのいずれか１項記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  7. 前記所定数の接合、および各所定の臨界電流は、各信号フィルタリング部分のインダクタンス値と一致するように配置され、各インダクタンス値は、前記信号フィルタリング部分のフィルタリング特性を示す、請求項６記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  8. 各信号フィルタリング部分が、複数の超伝導接合を備え、各チェーンが、少なくとも１つの超伝導接合を備える、請求項１から７までのいずれか１項記載の周波数マルチプレクサ（１）。
  9. 量子コンピューティング希釈冷凍機によって収容される増幅器構成（１００）であって、 進行波パラメトリック増幅器、ＴＷＰＡ、デバイス（１０１）と、 請求項１から８のいずれか一項に記載の周波数マルチプレクサ（１）と、を備え、前記周波数マルチプレクサ（１）は前記ＴＷＰＡデバイス（１０１）に接続される、増幅器構成（１００）。
  10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の周波数マルチプレクサ（１）の回路を決定するためのコンピュータ実装方法（２００）であって、 信号フィルタリング部分の数および各部分のフィルタリング特性を示すデータを取得するステップ（２０１）であって、フィルタリング特性は、各信号フィルタリング部分の少なくともインダクタンスを含む、取得するステップと、 前記フィルタリング特性の各々に基づいて、各信号フィルタリング部分のチェーンの数、各チェーンの臨界電流の数、および各チェーン内の超伝導接合の数を決定するステップ（２０２）と、を含む、方法（２００）。

Description

本開示は、周波数マルチプレクサ、増幅器構成、および周波数マルチプレクサの回路を決定するためのコンピュータ実装方法に関する。 背景技術 マイクロ波工学の分野では、マルチプレクサは、無線周波数信号を分割または結合するための組み合わせ回路として利用される。 現行技術で使用されている従来のマルチプレクサは、一般に、非常に大型で、非常に損失が多い可能性がある。これは、マルチプレクサが量子コンピューティング用途で使用される場合に問題となる可能性がある。具体的には、希釈冷凍機の内部に配置された場合である。今のところ、希釈冷凍機に複数の現行技術のマルチプレクサを取り付けることは困難である。 したがって、現行技術のマルチプレクサは、要件に従って動作しながら、より小型／よりコンパクトであることが望ましいであろう。 発明の概要 したがって、本開示の目的は、要件に従って動作しながらよりコンパクトな周波数マルチプレクサおよび増幅器構成を提供することによって、上述の欠点の少なくともいくつかを軽減することである。さらに、回路を効率的に決定するための方法が提供される。 以下で明らかになるこの目的および他の目的は、添付の特許請求の範囲に記載の周波数マルチプレクサ、増幅器構成、および方法によって達成される。 本開示は、第１のポート（共通ポートとも呼ばれる）および複数の第２のポートを備える量子コンピューティングに適した周波数マルチプレクサに関し、各第２のポートは特定の周波数帯域に関連付けられる。さらに、周波数マルチプレクサは、各第２のポートを第１のポートに接続する複数の信号フィルタリング部分を備え、各信号フィルタリング部分は、ハイパス信号フィルタリング部分、ローパス信号フィルタリング部分、バンドパス信号フィルタリング部分、およびバンドストップ信号フィルタリング部分のうちの１つである。各信号フィルタリング部分は、超伝導接合のチェーン（少なくとも２つのチェーン）を備える。各チェーンは、各フィルタリング部分のインダクタンス要素として機能するように構成される。 本明細書のいくつかの態様では、各ローパス信号フィルタリング部分は、超伝導接合の複数の隣接するチェーンを含み、隣接するチェーンの各々はノードによって分離され、各ノードはシャントキャパシタに接続され、シャントキャパシタはアース端子に接続される。 さらに、各ハイパス信号フィルタリング部分は、いくつかの態様では、複数の隣接するキャパシタを含むことができ、隣接するキャパシタの各々はノードによって分離され、各ノードは超伝導接合のシャントチェーンに接続され、シャントチェーンはアース端子に接続される。 さらに、いくつかの態様では、各バンドパス信号フィルタリング部分は、直列接続されたキャパシタと超伝導接合チェーンとの複数のペアを含むことができ（すなわち、各ペアは、１つの超伝導接合チェーン／複数の超伝導接合のチェーンに接続されたキャパシタを含む）、隣接するペアはノードによって分離されており、各ノードはシャント接続を含む。各シャント接続は、超伝導接合のチェーンに並列に接続されたキャパシタを備え、シャント接続はアース端子に接続される。 さらに、いくつかの態様では、各バンドストップ信号フィルタリング部分は、複数の直列接続された並列接続を含むことができ、各並列接続は、超伝導接合のチェーンに並列に接続されたキャパシタを含み、各隣接する並列接続はノードによって分離されており、各ノードは、直列接続されたキャパシタと超伝導接合チェーンとのペアを含むシャント接続を含む。 本開示の周波数マルチプレクサの利点は、従来の周波数マルチプレクサと比較して、よりコンパクトであること、すなわちより小型の設計を有していることである。本明細書の周波数マルチプレクサは、他の構成要素と同じ基板／チップ上に収まることができる。さらに、マルチプレクサの電力処理能力が接合の臨界電流によって制限されるにしても、量子コンピューティングには十分に大きい電力処理能力で動作することができる。 周波数マルチプレクサの回路は、その特定の目的に基づいて変更され得ることに留意されたい。したがって、信号フィルタリング部分の種類および数を変えることができる。また、ポートの数を変えることができる。ポートは、入力／出力ポートであってもよい。超伝導接合は、ジョセフソン接合または任意の他の適切な接合の組み合わせであってもよい。 「超伝導接合のチェーン」という用語は、一連の超伝導接合または単一の超伝導接合を指すことができる。 本明細書の周波数マルチプレクサは、オンチップ周波数マルチプレクサとも呼ばれる場合がある。 本開示のいくつかの態様では、信号フィルタリング部分のうちの少なくとも１つのチェーンのうちの少なくとも１つの超伝導接合のうちの少なくとも１つは、超伝導ループを含む。 これの利点は、調整可能なインダクタンスを有する接合を提供することである。 各信号フィルタリング部分は、所定数のチェーンを含むことができ、各チェーンは、所定数の超伝導接合を有する。各チェーンは、所定のインダクタンスを得るために所定の臨界電流に構成されてもよく、それによって各信号フィルタリング部分は、特定の周波数の信号を転送し、他の信号を除去することが可能になる。 所定数の接合、および各所定の臨界電流は、各信号フィルタリング部分のインダクタンス値と一致するように配置されてもよく、各インダクタンス値は、信号フィルタリング部分のフィルタリング特性を示す。フィルタリング特性は、信号フィルタリング部分ごとに構成された特定の周波数を指すことができる。 各信号フィルタリング部分は複数の超伝導接合を含み、各チェーンは少なくとも１つの超伝導接合を含む（すなわち、本明細書のいくつかの態様では、チェーンは単一の接合を指す場合がある）。いくつかの態様では、各チェーンは複数の超伝導接合を含む。 本開示は、本明細書の任意の態様による進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）デバイスと周波数マルチプレクサとを備える、量子コンピューティング希釈冷凍機によって収容されるための増幅器構成をさらに提供する。周波数マルチプレクサは、ＴＷＰＡデバイスに直接または間接的に接続される。 本開示は、本明細書の態様による周波数マルチプレクサの回路を決定するためのコンピュータ実装方法をさらに提供し、本方法は、信号フィルタリング部分の量と各部分のフィルタリング特性とを示すデータを取得するステップを含み、フィルタリング特性は、各信号フィルタリング部分の少なくともインダクタンスを含む。さらに、各フィルタリング特性に基づいて、各信号フィルタリング部分のチェーンの数、各チェーンの臨界電流の量、および各チェーン内の超伝導接合の数を決定するステップを含む。 したがって、本方法は、主にフィルタリング特性（特定の周波数帯域であってもよい）および信号フィルタリング部分の数（共通ポートに接続された伝送線路の数であってもよい）に基づいてマルチプレクサの回路を有利に決定する。コンピュータ実装方法は、コンピュータ実装方法を実行する制御回路に記憶された事前定義されたモデルに基づいて、チェーンの数、臨界電流、および接合の数を決定することができる。 一般に、本明細書で使用されるすべての用語は、本明細書で特に明確に定義されていない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるものとする。「１つの／その（ａ／ａｎ／ｔｈｅ）［要素、デバイス、構成要素、手段、ステップなど］」に対するすべての言及は、特に明記されない限り、要素、デバイス、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも１つの例を指すものとして広く解釈されるものとする。 本開示のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、さらに明確になり、より詳細に説明される。 本明細書の態様による周波数マルチプレクサを概略的に示す図である。本明細書の態様による異なる信号フィルタリング部分を概略的に示す図である。本明細書の態様による異なる信号フィルタリング部分を概略的に示す図である。本明細書の態様による異なる信号フィルタリング部分を概略的に示す図である。本明細書の態様による異なる信号フィルタリング部分を概略的に示す図である。所定数の接合およびキャパシタを有する特定の例示的な回路を有するローパス信号フィルタリング部分を概略的に示す図である。本明細書の態様による増幅器構成を概略的に示す図である。および本明細書の態様による方法を示すフローチャートの形態の概略図である。 発明を実施するための形態 以下の詳細な説明では、本開示のいくつかの実施形態を説明する。しかし、具体的に指示されない限り、異なる実施形態の特徴は、実施形態間で交換可能であり、異なる方法で組み合わされてもよいことを理解されたい。以下の説明では、本開示のより完全な理解を提供するために多くの具体的な詳細が記載されているが、本開示がこれらの具体的な詳細なしで実施され得ることは当業者には明らかであろう。他の例では、本開示を曖昧にしないために、よく知られた構築物または機能については詳細な説明は行わない。本明細書で一般的な名称（例えば、キャパシタ、チェーンなど）を有する構成要素は、第１、第２などと呼ばれる場合がある。 「マルチプレクサ」という用語は、いくつかの入力ポートおよび共通の出力ポート、またはその逆を有する回路を指すことができる。したがって、本明細書における「マルチプレクサ」という用語は、デマルチプレクサも包含し得る。したがって、本明細書のマルチプレクサは、多重化動作と逆多重化動作の両方を実行することができる。 「信号フィルタリング部分」という用語は、信号を出力に送信する前に信号の特性を調整するマルチプレクサのライン／構成要素を指すことができる。 「ノード」という用語は、回路内の２つ以上の分岐の交差を指すことができる。 図１は、第１のポート２ａと複数の第２のポート２ｂとを備える、本開示のいくつかの態様による周波数マルチプレクサ１の概略回路を示しており、各第２のポート２ｂは特定の周波数帯域に関連付けられている。さらに、各第２のポートを第１のポート２ｂに接続する複数の信号フィルタリング部分３０、４０、５０を備えており、各信号フィルタリング部分３０、４０、５０は、ハイパス信号フィルタリング部分３０、ローパス信号フィルタリング部分４０、バンドパス信号フィルタリング部分５０、およびバンドストップ信号フィルタリング部分（図示せず）のうちの１つであり、各信号フィルタリング部分３０、４０、５０は、超伝導接合３５、４５、５５のチェーンを含む。各チェーンは、各部分の誘導要素として機能するように構成されてもよい。各信号フィルタリング部分３０、４０、５０はまた、キャパシタも備えることができる。キャパシタは、プレートキャパシタまたは他の適切なタイプのキャパシタであってもよい。超伝導接合は、ジョセフソン接合であってもよい。接合の材料は、例えばアルミニウムを含むことができる。信号フィルタリング部分３０～５０は、基板／チップ上に配置されてもよい。 図１は、ハイパス、ローパス、およびバンドパスの信号フィルタリング部分３０、４０、５０を有する例示的なマルチプレクサ１を示す。しかしながら、信号フィルタリング部分の数／タイプは、マルチプレクサの用途に基づいて変更されてもよい。例えば、マルチプレクサは、ローパスおよびハイパス信号フィルタリング部分を有するダイプレクサであってもよい。 図１は、各ローパス信号フィルタリング部分４０が、超伝導接合４３の複数の隣接するチェーン４５を含むことができ、隣接するチェーン４５の各々がノード４２によって分離されており、各ノードがアース端子に接続されているシャントキャパシタ４４に接続されていることを示している。 さらに、各ハイパス信号フィルタリング部分３０は、複数の隣接するキャパシタ３１を含むことができ、隣接