使用电流接地的滤波器减少量子计算机器中的自发发射和热光子噪声

摘要

保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声的影响包括将滤波器的第一端口连接到量子处理器的量子位电路的读出谐振器的信号线。该滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带。滤波器的第二端口连接到测量设备。滤波器的信号线被电流连接到与低温恒温器的级热接触的电流连接。该电流连接还形成与量子位电路的输入信号线的热连接。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于量子计算机器的方法、系统和装置。更具体地，本发明涉及一种使用电流接地的滤波器减少量子计算机器中的自发发射和热光子噪声两者的方法、系统和装置。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则词语或短语中的“Q”前缀指示在量子计算上下文中对该词语或短语的引用。

自然-包括分子-遵循量子力学定律，量子力学是探索物理世界在最基本级别如何工作的物理分支。在这个级别，粒子以奇怪的方式表现，其同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

当今我们使用的计算机被称为经典计算机(在本文中也被称为“传统”计算机或传统节点、或“CN”)。传统计算机使用利用半导体技术制造的处理器、半导体存储器、以及磁或固态存储设备，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对由包括1和0的串表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q-处理器)使用纠缠量子位器件(在本文中被紧凑地称为“量子位”、多个“量子位”)的奇特性质来执行计算任务。在量子机器操作的特定领域，物质的粒子可以以多种状态存在，例如“on”状态、“off”状态或同时呈现“on”和“off”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅使用on和off状态(等效于二进制码中的1和0)的情况下，量子处理器利用物质的这些量子状态来输出可用于数据计算的信号。

传统计算机以位对信息编码。每个位的值可以是1或0，这些1和0由最终驱动计算机功能的on/off开关物理地实施。另一方面，量子计算机是基于量子位的，其根据量子物理的两个关键原理操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0。纠缠意味着叠加中的量子位可以以非经典方式彼此相关；即，一个量子位的状态(它是1还是0)可以取决于另一个量子位的状态，并且当两个量子位纠缠时比当它们被单独处理时有更多的信息可以被查明。使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器来操作，使得量子计算机能以允许它们解决使用传统计算机难以处理的难题的方式起作用。

开发通用量子计算机的障碍是防止量子位的退相干。与量子位的相干性有关的两个度量是弛豫时间(T

在电路量子电动力学(QED)架构中，量子位被耦合到微波传输线腔。在电路QED架构中，弛豫时间通常由通过腔的自发光子发射来设定。最大可能弛豫时间由Purcell效应设定，即，与缺陷、准粒子等无关)。此外，在电路QED架构中，腔读出速率与由Purcell效应设定的弛豫时间或量子位寿命(T

因此，存在对于保护量子计算设备中的量子位免受自发光子发射和失相以维持相干性的需要。因此，在本领域中需要解决前述问题。

发明内容

从第一方面来看，本发明提供了一种用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声影响的方法，该方法包括：将滤波器的第一端口连接到量子处理器的量子位电路的读出谐振器的信号线，该滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与所述量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带；将滤波器的第二端口连接到测量设备；以及将滤波器的信号线电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声影响的方法系统，该系统包括：一种量子处理器的量子位电路，该量子位电路具有耦合到读出谐振器的量子位；滤波器，其具有滤波器的到读出谐振器的信号线的第一端口，滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带；以及测量设备，其连接到滤波器的第二端口；其中，滤波器的信号线被电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

从另一方面来看，本发明提供了一种用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声影响的装置，该装置包括：滤波器，其具有用于连接到量子处理器的量子位电路的读出谐振器的信号线的第一端口，该滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带；其中该滤波器还包括用于连接到测量设备的第二端口；并且其中该滤波器的信号线电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

说明性实施例提供了一种方法、系统和装置。一种用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声影响的方法的实施例包括：将滤波器的第一端口连接到量子处理器的量子位电路的读出谐振器的信号线。在实施例中，滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带。该实施例还包括将滤波器的第二端口连接到测量设备。该实施例还进一步包括将滤波器的信号线电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

在另一实施例中，滤波器包括带通滤波器。在另一实施例中，滤波器包括Purcell滤波器。在另一实施例中，滤波器还包括第二阻带，第二阻带包括放大器泵激频率。在另一实施例中，滤波器包括四分之一波长谐振器滤波器。

在另一实施例中，滤波器和量子位电路被布置在稀释制冷器内。

在另一实施例中，滤波器包括耦合到接地平面的四分之一波长微带短截线。在另一实施例中，滤波器还包括耦合到四分之一波长微带短截线并与其共面的第一传输线和第二传输线，该四分之一波长微带短截线通过通孔终结到接地平面的电流连接。在另一实施例中，四分之一波长微带短截线被布置为垂直于第一传输线和第二传输线。

在另一实施例中，滤波器包括电感负载Y形谐振器。在另一实施例中，热连接被配置成减少输出信号线中的热光子噪声。在另一实施例中，滤波器由具有减少的热边界阻力的材料构成。

用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声的系统的实施例包括量子处理器的量子位电路，该量子位电路具有耦合到读出谐振器的量子位。该实施例还包括滤波器，该滤波器具有滤波器的到读出谐振器的信号线的第一端口，该滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带。该实施例还包括连接到滤波器的第二端口的测量设备。在该实施例中，滤波器的信号线电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

用于保护量子处理器的量子位免受自发发射和热光子噪声影响的装置的实施例包括滤波器，该滤波器具有用于连接到量子处理器的量子位电路的读出谐振器的信号线的第一端口。在该实施例中，滤波器具有包括与读出谐振器相关联的读出谐振器频率的通带和包括与量子位电路相关联的量子位跃迁频率的第一阻带。在该实施例中，滤波器还包括用于连接到测量设备的第二端口。在该实施例中，滤波器的信号线被电流连接到与低温恒温器的级热接触的参考接地，该电流连接还形成到量子位电路的输入信号线的热连接。

附图说明

现在将参照优选实施例仅通过示例的方式描述本发明，如以下附图所示：

图1描绘了可以实施说明性实施例的数据处理系统的网络的框图；

图2描绘了可以实施说明性实施例的数据处理系统的框图；

图3描绘了根据说明性实施例的具有电流接地的滤波器的量子计算机器的简化框图；

图4描绘了根据另一说明性实施例的具有电流接地的滤波器的量子计算机器的简化框图；

图5描绘了根据说明性实施例的具有到地的电流连接的Purcell滤波器的简化等效电路图；

图6描绘了根据说明性实施例的具有到地的电流连接的Purcell滤波器的微带实施方式的简化结构的透视图；

图7描绘了根据说明性实施例的图6的Purcell滤波器的示例频率响应；

图8描绘了根据说明性实施例的具有电感加载Y形谐振器的Purcell滤波器的另一微带实施方式的简化结构，其中该Y形谐振器具有到地的电流连接；

图9描绘了根据说明性实施例的具有电感加载的Y形谐振器的Purcell滤波器的微带实施方式的简化结构的透视图，其中该Y形谐振器具有到地的电流连接；

图10描绘了根据说明性实施例的、图9的Purcell滤波器的作为耦合器长度的函数的示例频率响应；以及

图11描绘了根据说明性实施例的用于使用电流接地的滤波器来减少量子计算机器量子位中的热光子发射的过程的流程图。

具体实施方式

说明性实施例认识到，目前可用的设备或解决方案没有解决这些需要/问题或提供用于这些需要/问题的适当解决方案。实施例认识到，这些需要/问题或提供对这些需要/问题的适当解决方案。实施例认识到，在大多数电路QED架构中，微波滤波器通过由不允许电子传导(即，非电流的)的电介质构成的电容器连接到地。实施例还认识到，由于电容器的导电层之间的介电材料的特性，这些电容器通常是不良热导体。因此，信号线没有被电容器的接地部分适当热化。因为滤波器的信号部分“更热”，所以存在过量的热噪声。

量子位电路通常耦合到由微波谐振器组成的读出谐振器以用于量子位电路的读出，并且量子位电路和读出谐振器被放置在稀释制冷器内以将量子位电路和读出谐振器冷却到非常低的温度(例如，10mK)。

在典型的读出方案中，通过稀释制冷器中的输入线将读出脉冲施加到量子位/读出谐振器系统，并且通过衰减器和滤波器将读出脉冲严重衰减到几个微波光子的级别。在反射测量中，衰减的读出脉冲入射在微波循环器上，该微波循环器将读出脉冲引导至量子位/谐振器系统，在该量子位/谐振器系统，读出脉冲被反射，且该反射具有相移，该相移取决于读出谐振器的所测量的量子位状态相关谐振频率。然后，所反射的读出脉冲被循环器引导到输出线，然后在输出线处，其通过隔离器和低通滤波器，该低通滤波器用于保护器件免受放大器和室温环境的影响。读出脉冲可以首先由量子限制放大器放大，即，添加量子力学所允许的最小量噪声的放大器，量子力学的示例是约瑟夫逊参数放大器、约瑟夫逊参数转换器和行波参数放大器等。然后，在较暖级(例如，3K)处通过高电子迁移率晶体管(HEMT)放大器放大读出脉冲，并且在将读出脉冲混合下降并数字化之前，通过稀释制冷器外部的室温射频(RF)放大器进一步放大读出脉冲。然而，读出谐振器中的残余光子布居通常继续使量子位失相，限制失相/退相干时间(T

实施例认识到，在当前电路QED架构中使用的大多数微波滤波器通过由不允许电子传导(即，非电流的)的电介质构成的电容器连接到地。实施例还认识到，由于电容器的导电层之间的介电材料的特性，这些电容器通常是不良热导体。因此，信号线没有被电容器的接地部分适当热化。因为滤波器的信号部分“更热”，所以存在过量的热噪声。实施例认识到，当前的量子计算架构，诸如电路QED架构，经常使用Purcell滤波器来抑制量子位跃迁频率处的辐射，这允许快速读出而不牺牲弛豫时间(T

实施例还认识到，当前的量子计算配置通常使用衰减器，以通过在信号线与稀释制冷器的温度级之间经由电阻器进行电流连接来热化光子噪声。

本文描述的各种实施例提供了一种用于使用电流接地的滤波器来减少量子计算机器中的自发发射和热光子噪声的方法、系统和装置。一个或多个实施例提供了一种滤波器，该滤波器被电流连接到地以保护量子计算设备中的量子位免受自发光子发射和失相两者的影响，以便维持相干性。

在各种实施例中，为了抑制自发量子位发射同时减少热光子布居的双重目的，将滤波器，诸如Purcell滤波器，耦合到量子计算电路内的量子位，并且将滤波器的信号线电流连接到参考接地。

在具体实施例中，Purcell滤波器被耦合在量子计算电路的一个或多个量子位/读出谐振器与这些输入/输出线之间，以保护这些量子位免受自发发射并且减少热光子噪声，从而保护这些量子位免受失相。在该实施例中，Purcell滤波器被电流连接到参考接地，用于与信号线形成热连接，以允许更有效地冷却Purcell滤波器，从而减少热光子噪声。

在该实施例中，Purcell滤波器具有在读出谐振器频率附近的通带和在量子位跃迁频率附近的阻带。在另一特定实施例中，Purcell滤波器可以包括放大器泵激频率附近的阻带。在一个或多个实施例中，Purcell滤波器允许读出频率处的辐射传输，而抑制量子位频率和/或放大器泵激频率处的传输。

在一个或多个实施例中，本文描述的滤波器可以在量子位封装内或在分离的管芯上实施。在特定实施例中，滤波器可以作为微带、带状线、共面波导(CPW)微波传输线兼容实施方式在印刷电路板上、基板上或芯片上实施。

在特定实施例中，本文所描述的滤波器的部分可以由在微波频率下有损耗和/或具有不同热特性的材料构成。这包括但不限于减少热边界(即Kapitza)电阻的烧结材料，该热边界电阻在这些量子器件操作的低温下是重要的、主要的效应。

仅作为示例，针对某些类型的量子计算电路、量子位、滤波器、q-处理器、读出谐振器、频率、操作、算法、实施例的位置、附加数据、设备、数据处理系统、环境、组件和应用来描述说明性实施例。这些和其它类似的效应的任何特定表现形式并非意图限制本发明。可以在说明性实施例的范围内选择这些和其它效应的任何适当表现。

此外，可以针对任何类型的数据、数据源或通过数据网络对数据源的访问来实施说明性实施例。在本发明的范围内，任何类型的数据存储设备可以在数据处理系统处本地地或通过数据网络向本发明的实施例提供数据。在使用移动设备描述实施例的情况下，在说明性实施例的范围内，适于与移动设备一起使用的任何类型的数据存储设备可以在移动设备处本地地或者通过数据网络向这样的实施例提供数据。

使用特定代码、设计、架构、协议、布局、示意图和工具来描述说明性实施例，这些仅作为示例，而不是对说明性实施例的限制。此外，为了描述的清楚，在一些实例中使用特定软件、工具和数据处理环境仅作为示例来描述说明性实施例。说明性实施例可以结合其他相当或类似目的结构、系统、应用或架构来使用。例如，在本发明的范围内，其他相当的移动设备、结构、系统、应用或其架构可以与本发明的这种实施例结合使用。说明性实施例可以以硬件、软件或其组合来实施。

本公开中的示例仅用于清楚描述，而不是限制于说明性实施例。从本公开可以想到附加的数据、操作、动作、任务、活动和操纵，并且在说明性实施例的范围内可以设想这些附加的数据、操作、动作、任务、活动和操纵。

本文列出的任何优点仅是示例，并且不旨在限制说明性实施例。通过特定的说明性实施例可以实现附加的或不同的优点。此外，特定说明性实施例可具有上文所列优点中的一些、全部或不具有上文所列优点。

参考附图，并且具体参考图1和图2，这些附图是可以实施说明性实施例的数据处理环境的示例图。图1和图2仅仅是示例，并且不旨在断言或暗示关于其中可以实施不同实施例的环境的任何限制。特定实施方式可以基于以下描述对所描绘的环境进行许多修改。

图1描绘了可以实施说明性实施例的数据处理系统的网络的框图。数据处理环境100是其中可以实施说明性实施例的计算机网络。数据处理环境100包括网络102。网络102是用于在数据处理环境100内连接在一起的各种设备和计算机之间提供通信链路的介质。网络102可以包括诸如有线、无线通信链路或光纤电缆的连接。

客户端或服务器仅是连接到网络102的某些数据处理系统的示例角色，并且不旨在排除这些数据处理系统的其他配置或角色。服务器104和服务器106连同包括数据库109的存储单元108一起耦合到网络102。软件应用可以在数据处理环境100中的任何计算机上执行。客户机110、112和114也耦合到网络102。诸如服务器104或106或客户端110、112或114的数据处理系统可以包含数据，并且可以具有在其上执行的软件应用或软件工具。

仅作为示例，而不暗示对这样的架构的任何限制，图1描绘了可以在实施例的示例实施方式中使用的某些组件。例如，服务器104和106以及客户端110、112、114被描绘为服务器和客户端，仅作为示例，而不是暗示对客户端-服务器架构的限制。作为另一示例，实施例可以分布在如图所示的几个数据处理系统和数据网络上，而另一实施例可以在说明性实施例的范围内的单个数据处理系统上实施。数据处理系统104、106、110、112和114还表示适于实施实施例的机群、分区和其它配置中的示例节点。

设备132是本文描述的设备的示例。例如，设备132可以采取智能电话、平板计算机、膝上型计算机、固定或便携式形式的客户端110、可穿戴计算设备或任何其他合适的设备的形式。被描述为在图1中的另一数据处理系统中执行的任何软件应用可以被配置为以类似的方式在设备132中执行。在图1中的另一数据处理系统中存储或产生的任何数据或信息可以被配置为以类似的方式在设备132中存储或产生。

量子计算设备146包括一个或多个q-处理器148。当前可行的量子位是q-处理器148的示例。应用105实施本文描述的实施例。应用105在量子计算设备148上操作，诸如提供用于由量子计算设备146处理的数据。

量子计算设备146可以使用有线连接、无线通信协议或其他合适的数据连接性耦合到网络102。客户端110、112和114可以是例如个人计算机或网络计算机。网络102可以表示使用传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)和其它协议来彼此通信的网络和网关的集合。图1旨在作为示例，而不是作为对不同说明性实施例的架构限制。

数据处理环境100作为整体还可以采取云的形式，并且采用服务递送的云计算模型以实现对可配置计算资源(例如，网络、网络带宽、服务器、处理、存储器、存储装置、应用、虚拟机和服务)的共享池的方便的按需网络访问，该可配置计算资源可以以最小的管理工作或与服务的提供者的交互来快速供应和释放。

参考图2，该图描绘了可以实施说明性实施例的传统数据处理系统的框图。数据处理系统200是计算机的示例，诸如图1中的服务器104和106、或客户端110、112和114、或另一类型的设备，其中可以为说明性实施例设置实施处理的计算机可用程序代码或指令。

数据处理系统200还表示数据处理系统或其中的配置，诸如图1中的数据处理系统132，其中可以设置实施说明性实施例的处理的计算机可用程序代码或指令。数据处理系统200仅作为示例被描述为计算机，但不限于此。在不脱离本文描述的数据处理系统200的操作和功能的一般描述的情况下，以诸如图1中的设备132的其他设备的形式的实施方式可以诸如通过添加触摸接口来修改数据处理系统200，并且甚至从数据处理系统200中去除某些描绘的组件。

在所描述的示例中，数据处理系统200采用集线器架构，包括北桥和存储器控制器集线器(NB/MCH)202以及南桥和输入/输出(I/O)控制器集线器(SB/ICH)204。处理单元206、主存储器208和图形处理器210耦合到北桥和存储器控制器集线器(NB/MCH)202。处理单元206可以包含一个或多个处理器，并且可以使用一个或多个异构处理器系统来实施。处理单元206可以是多核处理器。在某些实施方式中，图形处理器210可以通过加速图形端口(AGP)耦合到NB/MCH 202。

在所描述的示例中，局域网(LAN)适配器212耦合到南桥和I/O控制器集线器(SB/ICH)204。音频适配器216、键盘和鼠标适配器220、调制解调器222、只读存储器(ROM)224、通用串行总线(USB)和其它端口232、以及PCI/PCIe设备234通过总线238被耦合到南桥和I/O控制器集线器204。硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)226和CD-ROM 230通过总线240耦合到南桥和I/O控制器集线器204。PCI/PCIe设备234可以包括例如以太网适配器、附加卡和用于笔记本计算机的PC卡。PCI使用卡总线控制器，而PCIe不使用。ROM 224可以是例如闪存二进制输入/输出系统(BIOS)。硬盘驱动器226和CD-ROM 230可使用例如集成驱动电子(IDE)、串行高级技术附件(SATA)接口或诸如外部SATA(eSATA)和微SATA(mSATA)的变体。超级I/O(SIO)设备236可以通过总线238耦合到南桥和I/O控制器集线器(SB/ICH)204。

存储器，诸如主存储器208、ROM 224或闪存(未示出)，是计算机可用存储设备的一些示例。硬盘驱动器或固态驱动器226、CD-ROM 230和其它类似可用设备是包括计算机可用存储介质的计算机可用存储设备的一些示例。

操作系统在处理单元206上运行。操作系统协调并提供对图2中的数据处理系统200内的各种组件的控制，操作系统可以是用于任何类型的计算平台的商业上可用的操作系统，包括但不限于服务器系统、个人计算机和移动设备。面向对象或其它类型的编程系统可以与操作系统一起运行，并且提供从在数据处理系统200上执行的程序或应用对操作系统的调用。

用于操作系统、面向对象的编程系统以及应用或程序(诸如图1中的应用105)的指令位于存储设备上，诸如以硬盘驱动器226上的代码226A的形式，并且可以被加载到诸如主存储器208的一个或多个存储器中的至少一个中，以便由处理单元206执行。说明性实施例的处理可以由处理单元206使用计算机实施的指令来执行，该指令可以位于诸如主存储器208、只读存储器224的存储器中，或者位于一个或多个外围设备中。

此外，在一种情况下，代码226A可以通过网络201A从远程系统201B下载，其中类似的代码201C存储在存储装置201D上。在另一种情况下，代码226A可以通过网络201A下载到远程系统201B，其中下载的代码201C被存储在存储装置201D上。

图1-图2中的硬件可以根据实施方式而变化。除了图1-图2中描述的硬件之外，或者作为其替代，可以使用诸如闪存、等效的非易失性存储器或光盘驱动器等的其它内部硬件或外围设备。

在一些说明性示例中，数据处理系统200可以是个人数字助理(PDA)，其通常配置有闪存以提供用于存储操作系统文件和/或用户生成的数据的非易失性存储器。总线系统可以包括一个或多个总线，诸如系统总线、I/O总线和PCI总线。当然，总线系统可以使用任何类型的通信结构或架构来实施，该通信结构或架构提供在附接到该结构或架构的不同组件或设备之间的数据传输。

通信单元可以包括一个或多个用于发送和接收数据的设备，诸如调制解调器或网络适配器。存储器可以是例如主存储器208或高速缓存，诸如在北桥和存储器控制器集线器202中找到的高速缓存。处理单元可以包括一个或多个处理器或CPU。

图1-图2中所描绘的示例和上述示例不意味着暗示架构限制。例如，数据处理系统200除了采取移动或可穿戴设备的形式之外，还可以是平板计算机、膝上型计算机或电话设备。

在计算机或数据处理系统被描述为虚拟机、虚拟设备或虚拟组件的情况下，虚拟机、虚拟设备或虚拟组件使用数据处理系统200中所描绘的一些或所有组件的虚拟化表现来以数据处理系统200的方式操作。例如，在虚拟机、虚拟设备或虚拟组件中，处理单元206被表现为主机数据处理系统中可用的所有或一些数量的硬件处理单元206的虚拟化实例，主存储器208被表现为主机数据处理系统中可用的主存储器208的所有或一些部分的虚拟化实例，并且盘226被表现为主机数据处理系统中可用的盘226的所有或一些部分的虚拟化实例。在这种情况下，主机数据处理系统由数据处理系统200表示。

参考图3，该图描绘了根据说明性实施例的具有电流接地的滤波器的量子计算机器300的简化框图。量子计算机器300包括耦合读出谐振器304的量子位电路302。读出谐振器304还耦合到滤波器306。在特定实施例中，滤波器304包括Purcell滤波器。滤波器306具有到参考接地310的电流连接308，参考接地310与处于低温(例如，10mK)的低温恒温器的级紧密热接触。在特定实施例中，低温恒温器是用于维持低的低温的设备。滤波器304还耦合到测量和控制电路312。

测量和控制电路312被配置成通过反射来测量信号以提供输出314，输出314表示量子位电路302的输出。在所示实施例中，量子位电路302、读出谐振器304以及滤波器304位于稀释制冷器316内，稀释制冷器316被配置成用于将量子位电路302、滤波器304以及读出谐振器310冷却到非常低的温度(例如，10mK)。

在量子计算机器300的示例操作中，来自测量和控制电路312的测量脉冲穿过滤波器306，与读出谐振器304相互作用，读出谐振器304在编码(测量的或坍塌的)量子位状态的测量脉冲上赋予相位，在该点处，其通过滤波器306反射到测量和控制电路312上。在特定实施例中，滤波器304具有在读出谐振器304的读出谐振器频率附近的通带和在量子位电路302的量子位跃迁频率附近的阻带。在另一特定实施例中，滤波器304可以包括放大器泵激频率附近的阻带。在该实施例中，滤波器304提供到参考接地的电流连接，提供到信号线和参考接地的热连接，以保护量子位不受自发发射的影响并减少热光子噪声。结果，量子位被保护而免于失相。

在示例操作中，测量和控制电路312控制量子计算机器300的操作并且测量读出谐振器310的输出以产生表示量子位电路302的量子位的状态的输出314。

参考图4，该图描绘了根据另一说明性实施例的具有电流接地的滤波器的量子计算机器400的简化框图。量子计算机器400包括耦合到读出谐振器404的量子位芯片402，并且读出谐振器404还耦合到具有到参考接地410的电流连接408的Purcell滤波器406。Purcell滤波器406还耦合到循环器412的输入。循环器412还耦合到控制仪器414和隔离器416。隔离器416还耦合到HEMT放大器420。HEMT放大器420还耦合到测量仪器420。

在该实施例中，量子位芯片402、读出谐振器404、Purcell滤波器406、循环器412、隔离器416以及HEMT放大器418通过稀释制冷器被维持在低温，并且参考接地410与低温恒温器(诸如稀释制冷器422)的级处于紧密热接触。在该实施例中，Purcell滤波器406提供到参考接地的电流连接，并且提供到信号线和参考接地的热连接，以保护量子位不受自发发射的影响，并且减少热光子噪声。

测量仪器420生成微波脉冲，该微波脉冲从读出谐振器404反射通过Purcell滤波器406，并且循环器412通过隔离器416和HEMT放大器420将反射信号路由到测量仪器420。测量仪器420提供表示量子位芯片402的量子位的状态的输出。

参考图5，该图描绘了根据说明性实施例的具有到地的电流连接的Purcell滤波器500的简化等效电路图。在特定实施例中，Purcell滤波器500是图3的滤波器304或图4的Purcell滤波器404的示例，在该实施例中，Purcell滤波器500被示为四分之一波长(λ/4)谐振器滤波器。

在该实施例中，Purcell滤波器500包括具有阻抗Zchar的四分之一波长(λ/4)谐振器502，其具有到第一电容器506A的第一端子和第二电容器506B的第一端子的第一连接，以及到地的第二连接。第一电容器506A和第二电容器506B彼此串联连接，并且各自具有电容Cc。第一电容器506A的第二端子通过第一环境阻抗504A耦合到地，并且第二电容器506B的第二端子通过第二环境阻抗504B耦合到地。第一环境阻抗504A和第二环境阻抗504B中的每一个具有微波传输线的50欧姆的阻抗值Zenv，其表示测量/控制电子电路和/或到谐振器/量子位的路径)。

参考图6，该图描绘了根据说明性实施例的具有到地的电连接的Purcell滤波器600的微带实施方式的简化结构的透视图。在特定实施例中，Purcell滤波器600是图5的Purcell滤波器500的微带实施方式。

在该实施例中，Purcell滤波器600基本上是T形的，并且包括四分之一波长(λ/4)短截线602，短截线602通过通孔604耦合到在其下面与其平行布置的接地平面606。短截线602还通过电容器616与第一传输线608和第二传输线610耦合并共面。在所示实施例中，短截线602被布置为垂直于第一传输线608和第二传输线610。第一传输线608还耦合到第一微波端口612，并且第二传输线610还耦合到第二微波端口614。在所示实施例中，第一微波端口612和第二微波端口614垂直于第一传输线608和第二传输线610布置。在该实施例中，Purcell滤波器600形成具有在量子位频率附近的带通频率的带通微波滤波器。

在一个或多个实施例中，第一微波端口612耦合到量子位电路(诸如量子位电路302或402)的输出，并且第二微波端口614耦合到读出谐振器(诸如读出谐振器310)的输入。在一个或多个实施例中，接地平面606被电流地和热地耦合到地，以抑制自发量子位发射并且减少量子计算机器中的热光子布居。

参考图7，该图描述了根据说明性实施例的由有限元微波仿真确定的图6的Purcell滤波器600的示例频率响应700。特别地，图7示出了图6的Purcell滤波器600的0GHz至10GHz的频率范围的插入损耗(S21)，图7示出了Purcell滤波器600对量子位频率曲线702的频率响应。在具体示例中，量子位在大约4.8GHz到5.2GHz的频率范围内操作。图7示出了Purcell滤波器600具有在读出谐振器频率附近的通带704和在量子位跃迁频率附近的阻带。

参考图8，该图描绘了根据说明性实施例的具有电感加载Y形谐振器的Purcell滤波器802的另一微带实施方式的简化结构800，该Y形谐振器具有到地的电流连接。

在本实施例中，Purcell滤波器800包括以Y形结构排列的输入短截线802、未接地短截线804和输出短截线806。Purcell滤波器800还包括具有圆形部分的接地短截线808，该圆形部分经由通孔810耦合到接地平面。在所示实施例中，第一短截线804、第二短截线806、第三短截线808和微带810被布置在上表面上并且平行于衬底，并且接地平面被布置在衬底的下表面上。Purcell滤波器800形成具有在量子位频率附近的带通频率的带通微波滤波器。

在图8的特定实施例中，输入短截线802具有长度L

参考图9，该图描绘了根据说明性实施例的具有电感加载Y形谐振器的Purcell滤波器900的微带实施方式的简化结构的透视图，该Y形谐振器具有到地的电流连接。

在本实施例中，Purcell滤波器900包括以Y形结构排列的未接地短截线902、输入短截线906和输出短截线908。Purcell滤波器900还包括焊盘904，其下方具有与接地平面910电流接触的通孔905。在所示的实施例中，未接地短截线902、输入短截线906、输出短截线908和焊盘904布置在上表面上并平行于基板，而接地平面910布置在基板的下表面上。

输入短截线906还耦合到第一微波端口912，并且输出短截线908还耦合到第二微波端口914。在所示实施例中，第一微波端口912和第二微波端口914被布置成垂直于输入短截线906和输出短截线906。在该实施例中，Purcell滤波器900形成具有在量子位频率附近的带通频率的带通微波滤波器。

在一个或多个实施例中，第一微波端口912被耦合到量子位电路(诸如量子位电路302或402)的读出谐振器的输出上，并且第二微波端口914被连接到测量电路系统(诸如测量和控制电路系统312)或测量仪器420上。在一个或多个实施例中，接地平面910被电流地和热地耦合到地，以抑制自发量子位发射并减少量子计算机器中的热光子布居。

参考图10，该图描绘了根据说明性实施例的、图9的Purcell滤波器900的作为耦合器长度Lc的函数的示例频率响应。具体地，图9示出了图9的Purcell滤波器900的对于0GHz到20GHz的频率范围的插入损耗(S21)，图9示出了Purcell滤波器900对于多个耦合器长度Lc的频率响应。图10示出了Purcell滤波器900具有在读出谐振器频率附近的通带和在量子位跃迁频率附近的阻带。

参考图11，该图描绘了根据说明性实施例的、用于使用电流接地的滤波器来减少量子计算机器中的自发发射和热光子噪声两者的过程1100的流程图。在框1102中，如本文关于各种实施例所描述的来构造Purcell滤波器。在框1104中，将Purcell滤波器电流连接到参考接地。在框1106中，将Purcell滤波器的输入连接到量子位电路的读出谐振器。在框1108中，将Purcell滤波器的输出连接到测量设备的输入。在框1110中，由测量设备通过反射测量经由Purcell滤波器测量读出谐振器的输出。在该实施例中，Purcell滤波器用于抑制自发量子位发射并减少量子计算机中的热光子数量。然后，过程1100结束。

因此，在说明性实施例中提供了一种用于抑制自发量子位发射并且减少量子计算机器中的热光子数量以及其他相关特征、功能或操作的计算机实施的方法、系统或装置以及计算机程序产品。在关于一种类型的设备描述实施例或其一部分的情况下，计算机实施的方法、系统或装置、计算机程序产品或其一部分被适配或配置成与该类型的设备的适当且相当的表现一起使用。

在实施例被描述为在应用中实施的情况下，在说明性实施例的范围内，可以设想在软件即服务(SaaS)模型中的应用的递送。在SaaS模型中，通过在云基础设施中执行应用，向用户提供实施实施例的应用的能力。用户可以通过诸如web浏览器(例如，基于web的电子邮件)或其他轻量客户端应用的瘦客户端接口使用各种客户端设备来访问应用。用户不管理或控制底层云基础设施，包括网络、服务器、操作系统或云基础设施的存储装置。在一些情况下，用户甚至可能不管理或控制SaaS应用的能力。在一些其它情况下，应用的SaaS实施方案可允许有限的用户特定应用配置设定的可能的例外。

本发明可以是任何可能的技术细节集成级别的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令的计算机可读存储介质(或多个介质)，所述计算机可读程序指令用于使处理器执行本发明的各方面。

计算机可读存储介质可以是能够保留和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非穷举列表包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、诸如上面记录有指令的打孔卡或凹槽中的凸起结构的机械编码装置，以及上述的任何适当组合。计算机可读存储介质，包括但不限于如本文所使用的计算机可读存储设备，不应被解释为暂时性信号本身，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或通过导线传输的电信号。

本文描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络，例如互联网、局域网、广域网和/或无线网络，下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路的配置数据，或者以一种或多种编程语言(包括面向对象的编程语言，例如Smalltalk、C++等)和过程编程语言(例如“C”编程语言或类似的编程语言)的任意组合编写的源代码或目标代码。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。在一些实施例中，为了执行本发明的各方面，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令以使电子电路个性化。

本文参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的各方面。将理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令来实施。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，其可以引导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实施的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实施指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方案中，框中所注明的功能可不按图中所注明的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实施。