用于量子比特读出的装置和量子计算系统的制作方法

1.本公开涉及量子计算，并且更具体地涉及用于量子比特读出的装置和量子计算系统。


背景技术：

2.在量子计算中，基本操作单元典型地是两级量子系统，其通常称为量子比特。在已经执行(例如，使用多个量子比特)了量子计算之后，需要读取一个或多个量子比特的状态，以便获得计算的中间结果或最终结果。除了读出之外，对于随后的量子计算，通常还需要量子比特状态初始化，优选地，量子比特状态初始化以一种有效的方式进行。


技术实现要素：

3.为了以简化的形式介绍选择的概念，提供了本实用新型内容，该概念将在下面的详细描述中进一步描述。本实用新型内容既不旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。
4.目的是提供一种用于在量子计算系统中的量子比特读出的装置。通过独立权利要求的特征实现前述目的和其他目的。其它的实施形式从从属权利要求、说明书和附图显而易见。
5.根据第一方面，一种用于量子比特读出的装置包括：至少一个量子比特；可控能量弛豫结构，其包括至少一个结，其中可控能量弛豫结构耦合到至少一个量子比特，并且配置为响应于控制信号、经由穿过至少一个结的电荷的光子辅助隧穿从至少一个量子比特吸收至少一个光子；电荷存储器，其配置为存储隧穿的电荷；以及电荷感测结构，其耦合到电荷存储器，配置为响应于对电荷存储器中的隧穿的电荷的检测而提供读出信号。所述装置例如可以能够提供指示至少一个量子比特是处于基态还是处于激发态的读出信号。该装置还可以将至少一个量子比特重置为基态。
6.在第一方面的一种实施中，可控能量弛豫结构的至少一个结包括至少一个正常金属
‑
绝缘体
‑
超导体结，即nis结，或至少一个超导体
‑
绝缘体
‑
超导体结，即sis结。该装置例如可能使用至少一个结以有效的方式弛豫至少一个量子比特。
7.在第一方面的另一实施中，电荷感测结构包括控制读出信号的库仑阻塞，其中通过存储在电荷存储器中的电荷改变电荷感测结构的库仑阻塞，电荷存储器耦合到电荷感测结构。该装置例如可能有效地检测电荷存储器中的电荷。
8.在第一方面的另一实施中，电荷感测结构包括单电子晶体管set，单库珀对晶体管scpt，射频单电子晶体管rf
‑
set，感应单电子晶体管l
‑
set，或基于半导体量子点、碳纳米管、量子点接触或二维材料的电荷感测结构。该装置例如可能有效地检测电荷存储器中的电荷并且响应于电荷而提供读出信号。
9.在第一方面的另一实施中，可控能量弛豫结构的至少一个结包括超导体
‑
绝缘体
‑ꢀ
正常金属
‑
绝缘体
‑
超导体结，即sinis结，并且其中至少一个量子比特电磁耦合到可控能量
弛豫结构的sinis结的正常金属，并且其中控制信号对应于在sinis结上的电压偏置。该装置例如可能使用至少一个结以有效且可控的方式弛豫至少一个量子比特。
10.在第一方面的另一实施中，电荷存储器由至少一个量子比特与可控能量弛豫结构之间的至少电容性耦合以及可控能量弛豫结构的至少一个结的电容而形成。该装置例如可能有效地将电荷存储在电荷存储器中，用于通过电荷感测结构检测。
11.在第一方面的另一实施中，该装置还包括耦合到电荷存储器的电荷泄漏通道，电荷泄漏通道配置为使隧穿的电荷在电荷存储器中衰减。该装置例如可能从电荷存储器中去除隧穿的电荷，同时能够在衰减之前检测电荷。
12.在第一方面的另一实施中，至少一个结的至少一个操作参数以这种方式配置，使得当施加控制信号时，在至少一个结中，光子辅助隧穿速率大于弹性隧穿速率。该装置例如可能以提高的可靠性读取至少一个量子比特的状态。
13.在第一方面的另一实施中，该至少一个操作参数至少包括低于80毫开尔文的操作温度和低于10
‑4的戴因斯参数(dynes parameter)。
14.在第一方面的另一实施中，所述至少一个量子比特包括至少一个超导量子比特。
15.根据第二方面，一种量子计算系统包括：根据第一方面的装置；以及耦合到该装置的控制单元，其中控制单元配置为：向装置的可控能量弛豫结构提供控制信号；以及检测由装置的电荷感测结构提供的读出信号。该系统例如可能以可控的方式读取量子比特的状态。
16.在第二方面的一种实施中，该控制信号包括至少一个单极性电压脉冲或双极性电压脉冲。该系统例如可能有效地控制该装置以提供读出信号。
17.在第二方面的另一实施中，该至少一个双极性电压脉冲在时间上是不对称的。该系统例如可能使用脉冲的第一部分使得能够实现光子辅助隧穿，以及使用脉冲的第二部分经由弹性隧穿使得能够清空电荷存储器。
18.在第二方面的另一实施中，至少一个单极性电压脉冲的幅度或双极性电压脉冲的第一极性部分的幅度对应于一种能量，该能量小于可控能量弛豫结构的至少一个结的超导间隙能量，并且大于可控能量弛豫结构的至少一个结的超导间隙能量与至少一个量子比特的量子比特能量的差。该系统例如可能增加电荷存储器中的电荷对应于至少一个量子比特的状态的可能性，这可以提高读出信号的准确性。
19.因为许多附带特征通过参考以下结合附图考虑的详细描述而变得更好地理解，所以许多附带特征将更容易地被领会。
附图说明
20.在下文中，参考附图更详细地描述示例实施例，其中：
21.图1示出根据一个实施例的用于量子比特读出的装置的示意图；
22.图2示出根据一个实施例的包括sinis结的用于量子比特读出的装置的示意图；
23.图3示出根据一个实施例的包括nis结的用于量子比特读出的装置的示意图；
24.图4示出根据一个实施例的包括sis结的用于量子比特读出的装置的示意图；
25.图5示出根据一个实施例的用于量子比特读出的装置的示意图，该装置包括电荷存储器和set之间的直接耦合；
26.图6示出根据另一实施例的用于量子比特读出的装置的示意图，该装置包括电荷存储器和set之间的直接耦合；
27.图7示出根据一个实施例的包括sinis结的可控能量弛豫结构的示意图；
28.图8示出根据一个实施例的在耦合到谐振器的qcr中计算出的隧穿速率的曲线图；
29.图9示出根据一个实施例的量子计算系统的示意图；以及
30.图10示出根据一个实施例的控制单元的示意图。
31.在下文中，在附图中相同的附图标记用于标示相同的部分。
具体实施方式
32.在下面的描述中，参考附图，附图形成本公开的一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了本公开放置的特定方面。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他方面，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应理解为限制性意义，因为本公开的范围由所附权利要求限定。
33.应当理解的是，除非另外具体指出，否则本文描述的各个示例方面的特征可以与彼此组合。
34.图1示出根据一个实施例的用于量子比特读出的装置100的示意图。
35.根据一个实施例，装置100包括至少一个量子比特101。
36.至少一个量子比特101可以具有基态|g>。此处，基态可以指具有最低能量的量子比特的量子态。
37.至少一个量子比特101还可以具有至少一种激发态。至少一种激发态可以包括最低激发态|e>。此处，最低激发态可以指具有第二最低能量的量子比特的量子态。
38.量子比特的基态和最低激发态可以对应于量子比特的计算基础。例如，基态|g>可以对应于量子比特的|0>状态，而最低激发态|e>可以对应于量子比特的|1>状态，或反之亦然。量子比特的其他量子态可以称为非计算态。
39.基态和最低激发态之间的能隙可以对应于量子比特的谐振频率。能隙也可以称为量子比特能量，并且对应的频率称为量子比特频率。
40.至少一个激发态还可以包括第二最低激发态|f>。第二最低激发态具有比基态|g>和最低激发态|e>更高的能量。
41.装置100还可以包括用作可控能量弛豫通道的结构，从此以后称为可控能量弛豫结构102，其包括至少一个结并且耦合到至少一个量子比特101。
42.可控能量弛豫结构102可以配置为，响应于控制信号，经由穿过至少一个结的电荷的光子辅助隧穿从至少一个量子比特101吸收至少一个光子。在该过程中，光子的能量对应于量子比特能量。
43.可控能量弛豫结构102也可以称为环境、工程环境、浴、耗散源等。
44.控制信号也可以称为控制电压、偏置电压、结偏置电压等。控制信号可以对应于在至少一个结上的电压。在至少一个结上的电压可以是与时间无关的或与时间相关的。
45.可控能量弛豫结构102可以从至少一个量子比特101吸收至少一个光子，以至少一个量子比特101处于激发态为条件。如果至少一个量子比特101处于基态，则可控能量弛豫结构102不能从至少一个量子比特101吸收光子能量。因此，不能发生光子辅助隧穿，并且穿
过结的隧穿是不利的，因为电荷没有足够的能量隧穿穿过至少一个结。在一些实施例中，以这种方式设计和调谐可控能量弛豫结构102，使得当施加控制信号时，光子辅助隧穿非常有可能以量子比特处于激发态为条件，而所有其他可能的隧穿机理为非常不可能的。因此，隧穿事件极有可能指示量子比特处于激发态。
46.装置100还可以包括电荷存储器104。电荷存储器104可以配置为存储隧穿的电荷。
47.电荷存储器104也可以称为单电荷存储器、电荷箱、单电荷箱等。
48.根据至少一个结的类型，隧穿的电荷可以对应于例如电子、库珀对、电子空穴、或准粒子。
49.电荷存储器104可以实施在可控能量弛豫结构102中。可替代地，电荷存储器104 可以是与可控能量弛豫结构102分离的元件。
50.装置100还可以包括耦合到电荷存储器104的电荷感测结构103。电荷感测结构 103可以配置为，响应于对电荷存储器104中的隧穿的电荷的检测，提供读出信号。
51.读出信号也可以称为读出电压、读出电流、量子比特读出信号等。
52.由于光子辅助隧穿以至少一个量子比特101处于激发态为条件，所以读出信号可以指示至少一个量子比特101的状态。此外，光子辅助隧穿可以将至少一个量子比特 101重置进入基态。因此，装置100可以提供量子比特读出和/或量子比特重置能力。此外，装置100可以以紧凑的方式集成在量子电路中。
53.此处，当两个元件电磁耦合时，这些元件可以在彼此之间具有电磁连接。电磁连接可以包括任意数量的电气部件/元件，例如电容器、电感器、互感、传输线等。
54.尽管本文公开的一些实施例和分析可以参考可控能量弛豫结构102的特定实施方式，但是应理解的是，可控能量弛豫结构102可以使用例如具有到至少一个量子比特 101的耦合的任何可控能量弛豫结构来实施。
55.可控能量弛豫结构102可电磁地耦合到至少一个量子比特101。在可控能量弛豫结构以至少一个量子比特101处于激发态为条件的光子辅助隧穿的趋势取决于控制信号的意义上，可控能量弛豫结构102可以是可控的。
56.应当理解的是，尽管至少一个量子比特101和可控能量弛豫结构102可以连续地电磁耦合，但是如果可控能量弛豫结构102的特性可以被控制，则如由可控能量弛豫结构102导致的量子比特101的弛豫率仍然可以是有选择的。控制信号的作用例如可以是，使得当施加控制信号时，控制信号在能量上有利于光子能量，光子能量对应于量子比特101的激发态和基态的能量之差。在一些实施例中，当不施加控制信号时，光子辅助隧穿是极不可能的，与量子比特101状态无关。
57.此处，当可控能量弛豫结构102的特性可控时，可控能量弛豫结构102与其他物体之间的相互作用的强度可被控制和/或开启或关闭。应当理解的是，即使两个元件之间存在连续的连接，例如电气/电容/电感连接，则也可以调谐元件之间的相互作用。
58.根据一个实施例，至少一个量子比特101包括至少一个超导量子比特。
59.根据一个实施例，至少一个量子比特101包括至少一个约瑟夫森结。
60.根据一个实施例，至少一个量子比特101包括传输子量子比特(transmon qubit)。可替代地，至少一个量子比特101可以包括任何其他类型的量子比特，例如通量量子比特、电荷量子比特、相位量子比特、或fluxonium量子比特。
61.尽管本文中可能参考某种类型的量子比特公开一些实施例，但是这些量子比特类型仅是示例性的。在本文公开的任何实施例中，可以各种方式和使用各种技术实施至少一个量子比特101。
62.装置100例如可以实施在量子计算装置中。这种量子计算装置可以包括用于执行量子计算的多个量子比特。每个这种量子比特可以使用装置100实施。
63.装置100例如可以以超导电路架构实现。
64.当装置100运行时，至少一个量子比特101、可控能量弛豫结构102、电荷存储器 104、和/或电荷感测结构103可物理地位于低温恒温器等中。低温恒温器可以将装置 100的至少一个量子比特101和其他部件(例如可控能量弛豫结构102)冷却至低温。如果至少一个量子比特101对应于例如超导量子比特，则这可能是需要的。
65.图2示出根据一个实施例的包括sinis结的装置100的示意图。
66.应当理解的是，在本文公开的实施例中仅示出了一些元件和/或元件之间的耦合。当装置100例如在量子计算应用中使用时，至少一个量子比特101可以耦合到其他量子比特和用于控制至少一个量子比特101的元件。
67.根据一个实施例，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括超导体
‑
绝缘体
‑
正常金属
‑
绝缘体
‑
超导体(sinis)结。至少一个量子比特101可以电磁耦合到可控能量弛豫结构102的sinis结的正常金属。控制信号可以对应于在sinis结上的偏置电压205。
68.在图2的实施例中，至少一个量子比特101是包括约瑟夫逊结207的传输子量子比特，并且可控能量弛豫结构102中的至少一个结包括sinis结203。sinis结可以认为包含两个nis结。包括sinis结203的可控能量弛豫结构102也可以称为量子电路致冷器(qcr)。至少一个量子比特101经由耦合电容c
c 204耦合到qcr。
69.在图2的实施例中，控制信号可以对应于在sinis结上的偏置电压v
b
。偏置电压v
b
提供控制光子辅助隧穿(以量子比特101处于激发态为条件)的可能性的信号。在这个意义上，装置100能够执行量子比特101的重置。然而，装置100还能够在光子辅助隧穿事件之后将电子存储在电荷存储器104中。然后可以通过电荷感测结构103感测存储的电子。
70.根据一个实施例，电荷存储器104由至少一个量子比特101和可控能量弛豫结构 102之间的至少电容耦合以及可控能量弛豫结构102的至少一个结的电容形成。
71.根据一个实施例，电荷存储器104由至少一个量子比特101和可控能量弛豫结构 102之间的至少电容耦合、可控能量弛豫结构102的至少一个结的电容、电荷感测结构 103与可控能量弛豫结构102之间的电容耦合形成。
72.例如，在图2的实施例中，电荷存储器104包括由qcr的电容(电容c
nis
、电容c
box
) 和电荷感测结构103的栅极电容器c
g
206形成的单电荷箱。
73.根据一个实施例，电荷感测结构103包括一种结构，其中在输出处的电子传输受到库仑阻塞影响。在一个实施例中，电荷感测结构103以这种方式耦合到电荷存储器 104，使得存储的电荷改变电荷感测结构103的库仑阻塞。
74.根据一个实施例，电荷感测结构103包括控制读出信号的库仑阻塞。电荷感测结构的库仑阻塞可以通过存储在电荷存储器104中的电荷改变，电荷存储器104耦合到电荷感测结构103。
75.根据一个实施例，电荷感测结构103包括单电子晶体管set，单库珀对晶体管scpt，
射频单电子晶体管rf
‑
set，感应单电子晶体管l
‑
set，或基于半导体量子点、碳纳米管、量子点接触或二维材料的电荷感测结构。
76.根据一个实施例，电荷感测结构103包括单电子晶体管(set)或单库珀对晶体管 (scpt)，单电子晶体管(set)或单库珀对晶体管(scpt)包括导电岛202。set或 scpt的导电岛202可以耦合到电荷存储器104。读出信号可以对应于通过set或scpt 的电流。导电岛202例如可以电容性地耦合到电荷存储器104。set可以被电压偏置。
77.set或scpt可以包括两个正常导电隧道结或超导隧道结201和在隧道结201之间的导电岛202。可以用至少一个栅电极调节岛202的电势，以优化用于电荷感测结构 103的操作点。在栅电极(为清楚起见，图中未示出)处施加电压，岛202可以被调谐到接近阈值，其中电荷存储器104中的电荷的存在对电荷感测结构的输出处的电荷传输具有大的影响。例如，当隧穿的电荷处于电荷存储器104中并且set被电压v
cs
偏置时，电流可以流动通过隧道结201和set。该电流可用作读出信号。
78.图3示出根据一个实施例的包括nis结的装置100的示意图。
79.根据一个实施例，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括至少一个正常金属
‑
绝缘体
‑
超导体(nis)结或至少一个超导体
‑
绝缘体
‑
超导体(sis)结。
80.在图3的实施例中，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括nis结301。
81.光子辅助隧穿涉及量子比特激发能量使得能够实现隧穿过程的一种隧穿过程，否则该隧穿过程由于至少一个结的能垒是不利的。在基于nis结的解决方案的情况下，例如在图2和图3的实施例中，该能垒是超导能隙，超导能隙可能伴随有取决于充电能量的库仑间隙。
82.图4示出根据一个实施例的包括sis结的装置100的示意图。在图4的实施例中，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括sis结401。
83.在可控能量弛豫结构102的超导实施中，例如图4的实施例，隧穿可以基于单个库珀对隧穿，并且能隙是与充电能量相关的库仑间隙。可替代地，还在全超导型中，隧穿可以基于准粒子隧穿，在这种情况下，能隙可以再次是超导间隙和库仑间隙的组合。全超导型可能是有益的，因为该制造技术可以容易地与量子比特过程兼容，而无需额外的层。
84.图5示出根据一个实施例的包括在电荷存储器104和set之间的直接耦合的装置 100的示意图。在图5的实施例中，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括nis结 301，并且电荷存储器104直接电耦合到set的导电岛202。
85.图6示出根据一个实施例的包括在电荷存储器104和set之间的直接耦合的装置 100的示意图。在图6的实施例中，可控能量弛豫结构102的至少一个结包括sis结 401，并且电荷存储器104直接电耦合到set的导电岛202。
86.在图2
‑
图4的实施例中，电荷感测装置103电容性地耦合到电荷存储器104。在直接耦合的实施例中，例如图5的实施例或图6的实施例，电荷(库珀对或准粒子)可以通过至少一个结中的光子辅助隧穿过程直接隧穿到set的导电岛202。在这些实施例中，可以增加如通过电荷感测结构103看到的电荷信号。然而，这些实施例可能具有限制，因为通过电荷感测结构103的电荷衰减可能对设计设置了约束。
87.尽管在图2
‑
图6的实施例中，set已被用作电荷感测结构103的示例，也可以以各种其他方式来实施电荷感测结构103。共同特征是它们具有足够的分辨率以感测电荷存储器
104中的隧穿的电荷。
88.在一些实施例中，电荷感测结构103是电荷存储器104中的电荷影响电荷感测结构103中的库仑阻塞的强度并且电荷感测结构103的输出处的电传输取决于库仑阻塞的强度的任何结构。电传输可以指电荷感测结构103的输出处的电流或电压。在一些实施例中，通过用射频信号探测来感测电传输特性中的变化。
89.在本文公开的任何实施例中，电荷感测结构103例如可以包括单电子晶体管(set)，单电子晶体管(set)产生电荷相关的电流。该set例如可以是超导set(也称为单库珀对晶体管(scpt))、普通set、或感应set(l
‑
set)。可以用射频信号读出set。选项还包括基于量子点接触(qpc)、碳纳米管(cnt)、2d材料(例如石墨烯)的器件或基于半导体的单电子器件(例如半导体量子点)。在一些实施例中，存在通过隧道耦合的基于门的调谐的进一步的调谐选项。
90.例如使用倒装芯片键合将电荷感测结构103集成到单独的芯片可能是有利的。倒装芯片键合还可以使得能够将例如与电荷感测结构103的制造有关的那些技术的不同技术杂交。作为示例，可以预期将基于半导体量子点的电荷感测结构103与超导量子比特杂交的选项。
91.图7示出根据一个实施例的包括sinis结的可控能量弛豫结构102的示意图。可控能量弛豫结构102的至少一个结可以例如如图7的实施例中那样实施。
92.在图7的实施例中，可控能量弛豫结构102包括两个nis结。这两个nis结形成一个超导体703
‑
绝缘体702
‑
正常金属701
‑
绝缘体702
‑
超导体703(sinis)结。sinis 结可能被偏置电压v
b
偏置。
93.sinis结的能量弛豫特性可以通过偏置电压v
b
控制。sinis结可称为量子电路致冷器(qcr)。在一些实施例中，偏置电压v
b
是时间相关的。
94.至少一个量子比特101可以电磁耦合到可控能量弛豫结构102的sinis结。因此，能量弛豫结构102可以从至少一个量子比特101吸收光子能量。
95.可控能量弛豫结构102可以在偏置电压下从至少一个量子比特101吸收光子，其中电子需要从至少一个量子比特101接收额外的能量量子，以克服在超导体703中的巴丁
‑
库珀
‑
施里弗(bcs)能隙。例如，如果ev
b
<2δ，理想地，电子自发隧穿穿过sinis 结的可能性是小的。此外，如果ev
b
hf>2δ，则电子可以经由光子辅助隧穿进行隧穿，光子辅助隧穿伴随着吸收能量为hf的光子。在此，δ是超导电极材料的bcs间隙或超导间隙，v
b
是偏置电压，e是电子电荷，h是普朗克常数，以及f是光子的频率。此外，如果能量hf对应于量子比特的激发态和基态的能量差，则量子比特处于其激发态，并且如果sinis结电磁耦合到量子比特，则量子比特可以通过弛豫通道从激发态弛豫到基态，弛豫通道由sinis结中的光子辅助隧穿提供。但是，如果ev
b
hf<2δ，则理想地禁止光子辅助隧穿。因此，可以使用与时间相关的控制信号v
b
触发量子比特的读出过程。
96.图8示出根据一个实施例的在耦合到谐振器的qcr中计算出的隧穿速率的曲线图。除了以上讨论的理想情况外，还从包括有限温度t
n
和结质量(通过所谓的戴因斯参数量化)的模型计算速率。
97.用于图8的实施例的模型不包括与电荷存储器104和耦合到电荷存储器的电荷感测结构103有关的充电效应。预期这可以通过修改偏置条件来解决。实际上，电荷存储器104
＝exp(
‑
γ
0,0
δt)，即光子不通过与量子比特态无关的非弹性过程隧穿的可能性。最大的总保真度可以定义为最坏的情况，即min(p1,p2)。随着δt增加，p1增加并且p2减小，最佳为p1＝p2时。对于戴因斯参数为0.5x10
‑6、以及温度t
n
为10 mk、并使用与图8中应用的模型相似的模型的情况，针对速率γ
0,0
和γ
1,0
而言，约为 99.8％的最大保真度对应于约21ns的读出脉冲长度。
105.图9示出根据一个实施例的量子计算系统900的示意图。
106.根据一个实施例，量子计算系统900包括装置100和耦合到装置100的控制单元 901。控制单元901可以配置为向装置100的可控能量弛豫结构102提供控制信号。控制单元901还可以配置为检测由装置100的电荷感测结构103提供的读出信号。
107.在一些实施例中，量子计算系统900可以包括多个量子比特。可以使用装置100 实施多个量子比特中每个量子比特的读出。控制单元901可以耦合到每个这种装置100，并且控制单元901可以本文公开的方式控制每个装置100。此外，控制单元901可以使用多个量子比特执行量子计算。
108.控制单元901可以配置为直接测量由电荷感测结构103提供的读出信号。可替代地，在控制单元901和电荷感测结构103之间可以存在其他级，例如一个或多个放大器。对这种其他级的需要可以取决于由电荷感测结构103提供的信号的强度和/或控制单元901的灵敏度。此外，在电荷感测结构103与控制单元901之间可以存在其他元件，例如模数转换器，其可以使读出的信号调整为适合于控制单元901的格式。
109.在控制单元901检测到读出信号之后，应当从电荷存储器104中去除隧穿的电荷，以继而初始化电荷读出结构103。一种解决方案是以这种方式对控制信号施加脉冲整形，使得控制信号具有一种形状，例如双极性脉冲形状(可能是不对称的双极性脉冲形状)，使得在使得能够实现光子辅助隧穿的实际触发之后，存在通过弹性隧穿清空电荷存储器104的脉冲。此外，可以应用更复杂的脉冲形状。
110.根据一个实施例，控制信号包括至少一个单极性电压脉冲或双极性电压脉冲。
111.双极性电压脉冲可以包括第一极性部分和第二极性部分。第一极性部分和第二极性部分可以具有相反的极性。例如，第一极性部分可以对应于正电压，而第二极性部分可以对应于负电压，或反之亦然。第一极性部分和第二极性部分在时间上可以是连续的。
112.至少一个单极性电压脉冲的幅度或双极性电压脉冲的第一极性部分的幅度可以配置为使得能够在该至少一个结中实现光子辅助隧穿。
113.根据一个实施例，至少一个单极性电压脉冲或双极性电压脉冲的第一极性部分的幅度对应于一种能量，该能量小于可控能量弛豫结构102的述至少一个结的超导间隙能量，并且大于可控能量弛豫结构102的至少一个结的超导间隙能量与至少一个量子比特101的量子比特能量的差。
114.双极性电压脉冲的第二极性部分的幅度可以配置为使得能够在至少一个结中实现隧穿的电荷的弹性隧穿。
115.控制单元901可以配置为，在提供双极性电压脉冲的第一极性部分之后并且在应用双极性电压脉冲的第二极性部分之前检测读出信号。
116.根据一个实施例，至少一个双极性电压脉冲在时间上是不对称的。
117.可替代地或附加地，可以通过使用电荷泄漏通道将隧穿的电荷从电荷存储器中去
除。
118.根据一个实施例，装置100还包括耦合到电荷存储器104的电荷泄漏通道。电荷泄漏通道可以配置为使隧穿的电荷在电荷存储器104中衰减。
119.例如，泄漏通道可以代替c
box
。泄漏通道例如可以包括隧道结或电阻器，隧穿的电荷可以通过该隧道结或电阻器自发地衰减。衰减速率可能是足够低的，用于电荷感测结构103能够检测隧穿的电荷。
120.图10示出根据一个实施例的控制单元901的示意图。
121.控制单元901可以包括至少一个处理器1001。至少一个处理器1001例如可以包括各种处理装置中的一个或多个，例如协同处理器、微处理器、控制单元901、数字信号处理器(dsp)、具有或不具有随附dsp的处理电路、或包括集成电路的各种其他处理装置，集成电路例如是专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、微处理器单元(mcu)、硬件加速器、专用目的计算机芯片等。
122.控制单元901还可以包括存储器1002。存储器1002可以配置为例如存储计算机程序等。存储器1002可以包括一个或多个易失性存储器件、一个或多个非易失性存储器件、和/或一个或多个易失性存储器件与非易失性存储器件的组合。例如，存储器1002 可以体现为磁性存储器件(例如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光磁存储器件以及半导体存储器(例如掩模rom、prom(可编程rom)、eprom(可擦除prom)、闪存 rom、ram(随机存取存储器)等)。
123.控制单元901还可以包括在图10的实施例中未示出的其他部件。控制单元901例如可以包括用于将控制单元901连接到装置100的输入/输出总线。此外，用户可以经由输入/输出总线来对控制单元901进行控制。用户例如可以经由控制单元901和输入/ 输出总线控制由装置100执行的量子计算操作。
124.当控制单元901配置为实施一些功能时，控制单元901的一个或多个部件，例如至少一个处理器1001和/或存储器1002，可以配置为实施该功能。此外，当至少一个处理器1001配置为实施一些功能时，可以使用程序代码(例如，包括在存储器中的程序代码)实施该功能。
125.控制单元901例如可以使用计算机、某种其他计算器件等实施。
126.在没有丧失寻求的效果的情况下，本文给出的任何范围或器件值都可以扩展或更改。此外，除非明确禁止，否则任何实施例都可以与另一实施例组合。
127.尽管已经用具体到结构特征和/或动作的语言描述了主题，但是应当理解的是，所附权利要求中限定的主题不必限制于以上描述的具体特征或动作。而是，以上描述的具体特征和动作作为实施权利要求的示例公开，并且其他等效特征和动作旨在落入权利要求的范围内。
128.应当理解的是，以上描述的益处和优点可以涉及一个实施例或可以涉及多个实施例。实施例不限于解决任一陈述的问题或所有陈述的问题的那些实施例、或具有任一描述的益处和优点或所有描述的益处和优点的那些实施例。还应理解的是，对“一种”项目的提及可以指那些项目中的一个或多个。
129.在没有失去寻求的效果的情况下，可以将以上描述的任一实施例的方面与描述的任一其他实施例的方面相结合以形成另外的实施例。
130.应当理解的是，以上描述仅作为示例给出，并且本领域技术人员可以做出各种修
改。上面的说明书、示例和数据提供了示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管以上已经以某种程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本说明书的精神或范围的情况下对公开的实施例进行多种改变。