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用于光量子计算机的时钟生成的制作方法

2022-05-13 12:06:26 来源:中国专利 TAG:
用于光量子计算机的时钟生成的制作方法

本申请要求于2019年3月22日提交的美国申请第16/362,452号的权益,该美国申请的全部公开内容以引用的方式整体并入本文,以用于所有目的。

背景技术

光量子计算机(例如线性光学量子计算机(linear optical quantum computer,LOQC))可能需要将光子路由通过复杂的光子电路,该光子电路包括许多光学元件,例如分束器、移相器和反射镜。单光子源可以用于生成在量子计算中用作量子比特的光子。

尽管在光量子计算机中取得了一定进展,但是本领域中仍然需要与时钟生成有关的改进的方法和系统。



技术实现要素:

根据本发明的实施例,提供了一种生成用于光量子计算系统的时钟信号的系统,该光量子计算系统设置在低温恒温器内部。该系统包括泵浦光子源,其设置在低温恒温器外部。泵浦光子源被配置成生成具有第一重复率的多个泵浦光子脉冲。系统还包括:波导,其光耦合到泵浦光子源;和光子对源,其设置在低温恒温器内部并且光耦合到第一波导。光子对源被配置成经由波导接收多个泵浦光子脉冲,将多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的第一部分转换成光子对,输出从多个泵浦光子脉冲的子集转换的光子对,并且输出多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分。系统还包括光电检测器,其设置在低温恒温器内部,并且被配置成接收多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分,并且通过将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分转换成多个电脉冲中的相应电脉冲,来生成多个电脉冲。而且,系统包括时钟发生器,其设置在低温恒温器内部并且电耦合到光电检测器。该时钟发生器被配置成将由光电检测器生成的多个电脉冲转换成具有第一重复率的多个时钟信号。

根据本发明的另一实施例,提供了一种生成用于光量子计算系统的时钟信号的系统。该系统包括:泵浦光子源,其被配置成生成具有第一重复率的多个泵浦光子脉冲;波导,其光耦合到泵浦光子源;以及光子对源,其光耦合到第一波导。系统还包括:光电检测器,其光耦合到光子对源,并且被配置成响应于检测到具有第一重复率的多个泵浦光子脉冲的至少一部分来生成多个电脉冲;和时钟发生器,其耦合到光电检测器,并且被配置成将多个电脉冲转换成具有第一重复率的多个时钟信号。在实施例中,第一波导输出多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分,并且光电检测器光耦合到第一波导。

根据本发明的替代实施例,提供了一种生成用于光量子计算系统的时钟信号的方法,该光量子计算系统设置在低温恒温器内部。方法包括:使用设置在低温恒温器外部的泵浦光子源生成具有第一重复率的多个泵浦光子脉冲;以及使用光子对源将多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的第一部分转换成光子对,该光子对源设置在低温恒温器内部并且经由波导光耦合到泵浦光子源。光子对源输出多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分。方法还包括:使用设置在低温恒温器内部的光电检测器,通过将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分转换成多个电脉冲中的相应电脉冲,来生成多个电脉冲;以及使用时钟发生器使用多个电脉冲生成具有第一重复率的多个时钟信号,该时钟发生器设置在低温恒温器内部并且耦合到光电检测器。

在实施例中,光子对源、光电检测器、时钟发生器以及光量子计算系统设置在置于低温恒温器内部的单个芯片上。光子对可以包括信号光子和标示光子。信号光子或标示光子中的一者被量子计算系统用作量子比特。在示例性实施例中,多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的第一部分被非确定性地转换成光子对。

在实施例中,光子对源包括:第一波导,其经由波导光耦合到泵浦光子源,以用于接收多个泵浦光子脉冲;谐振器,其光耦合到第一波导并且包括非线性光学材料;以及第二波导,其光耦合到谐振器。谐振器可以包括一个或多个环形谐振器。在该实施例中,方法还包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的一部分从第一波导耦合到谐振器中。多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的被转换成光子对的第一部分在该部分之中,并且被谐振器的非线性光学材料转换。方法还包括:将由谐振器从多个泵浦光子脉冲的子集转换来的光子对耦合到第二波导中。

在另一实施例中,多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分在该部分之中,并且方法还包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分从谐振器耦合到第二波导中。在一些实施例中,方法还包括:使用设置在低温恒温器内部并且光耦合到第二波导的泵浦排斥器,来将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分与光子对分离;以及将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分耦合到光电检测器中,以转换成多个电脉冲。作为示例,泵浦排斥器可以包括光谱滤波器。

在又一实施例中,多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分在多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的剩余部分之中,该剩余部分未耦合到谐振器中。在该实施例中,方法还包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分从第一波导耦合到光电检测器中,以转换成多个电脉冲。

附图说明

图1A示出了根据一个或多个实施例的混合计算系统。

图1B示出了根据一些实施例的混合QC(量子计算)系统101的框图。

图2是根据一些实施例的单光子源的示例的简化框图,该单光子源可以包括一组级联的标示光子源(HPS)。

图3例示了根据一些实施例的光子对源的示例。

图4例示了根据一些实施例的包括若干复用的HPS的单光子源的示例。

图5A示意性地例示了根据一些实施例的到达图4所示的HPS的泵浦光子脉冲串。

图5B例示了图4例示的HPS生成单光子的非确定性方式。

图6例示了根据一些实施例的用于生成用于光量子计算机的时钟信号的系统的示意性框图。

图7是根据另一些实施例的用于生成用于光量子计算机的时钟信号的系统的示意性框图。

图8是根据一些实施例的用于生成用于由单光子检测器使用的时钟信号的替代系统的示意性框图。

图9是根据另一些实施例的用于生成用于由单光子检测器使用的时钟信号的替代系统的示意性框图。

图10示出了例示根据一些实施例的用于生成用于光量子计算系统的时钟信号的方法的简化流程图。

图11是根据某些实施例的包括光子集成电路和电子集成电路的封装的剖视图。

图12A是例示了根据本发明实施例的包括时钟信号发生器的系统的简化示意图。

图12B是例示了与图12A例示的系统的各种元件相关联的光信号和电信号的一组曲线。

图13是例示了结合两个或更多个光子对源生成时钟信号的简化示意图。

具体实施方式

在一些光量子计算机中,各种光学元件可能彼此远离,但是需要以非常精确的定时进行操作。为了实现精确的定时控制,可能需要准确的系统时钟。因此,本发明的实施例提供了生成用于光量子计算系统的时钟信号的系统和方法。

光量子计算机(例如下面图1A至图1B中示出的系统)可能需要准确的系统时钟来控制各种光学元件的操作的定时。系统时钟可能需要具有一些特性(例如低相位噪声、小漂移等),以便实现光量子计算机的高性能。可以根据单光子源的光子生成速率来设置系统时钟。虽然可能期望的是以类似于传统上的根据数据流恢复时钟的方式来根据光子流恢复系统时钟,但是这种选择对于光量子计算机而言是不可行的,因为这样做将需要测量并且因此破坏用于执行量子计算的相同光子(即,光量子比特)。因此,生成用于光量子计算机的准确时钟将特别具有挑战性。

图1A示出了根据一个或多个实施例的混合计算系统。混合计算系统101包括用户接口设备104,用户接口设备104通信地耦合到混合量子计算(quantum computing,QC)子系统106,其下面在图1B中更详细地描述。用户接口设备104可以是任何类型的用户接口设备,例如包括显示器、键盘、鼠标、触摸屏等的终端。另外,用户接口设备本身可以是计算机,例如个人计算机(personal computer,PC)、膝上型计算机、平板计算机等。在一些实施例中,用户接口设备104提供接口,用户可以使用该接口与混合QC子系统106交互。例如,用户接口设备104可以运行软件,例如文本编辑器、交互式开发环境(interactive development environment,IDE)、命令提示、图形用户界面等,使得用户可以对QC子系统进行编程或以其他方式与QC子系统交互,以运行一个或多个量子算法。在其它实施例中,可以对混合QC子系统106进行预编程,并且用户接口设备104可以简单地是接口,在该接口,用户可以发起量子计算、监测进度以及从混合QC子系统106接收结果。混合QC子系统106还包括传统计算系统108,其耦合到一个或多个量子计算芯片110。在一些示例中,传统计算系统108和量子计算芯片110可以耦合到其他电子和/或光学组件112,例如脉冲泵浦激光器、微波振荡器、电源、联网硬件等。在需要低温操作的一些实施例中,量子计算芯片110可以被容纳在低温恒温器(例如低温恒温器114)内。在不需要低温操作的其它实施例中,量子计算芯片110、低温恒温器114可以用任何其它外壳代替。在一些实施例中,量子计算芯片110可以包括一个或多个构成芯片,例如,混合控制电子器件116和集成光子器件118芯片。信号可以以任何数量的方式在芯片上和芯片外路由,例如,经由光学互连120和经由其他电子互连122。另外,混合计算系统101可以采用量子计算过程,例如基于测量的量子计算(measurement-based quantum computing,MBQC)、基于电路的量子计算(circuit-based quantum computing,CBQC)或任何其它量子计算方案。

图1B示出了根据一些实施例的混合QC(量子计算)系统101的框图。该系统可以与以上参考图1A介绍的混合计算系统101相关联。在图1B中,实线表示量子信息通道,虚线表示传统信息信道。混合QC系统101包括量子比特纠缠系统103、量子比特读出系统105和传统计算系统107。在一些实施例中,量子比特纠缠系统103将N个物理量子比特(例如物理量子比特109(也示意性地表示为输入111a、111b、111c...111n))的集合作为输入,并且生成量子比特中的两个或更多个之间的量子纠缠,以生成纠缠态115。例如,在光量子比特的情况下,量子比特纠缠系统103可以是线性光学系统(例如集成光子电路),该线性光学系统包括波导、分束器、光子检测器、延迟线路等。在一些示例中,纠缠态115可以是在量子计算机的若干时钟周期的过程期间创建的晶格态、簇态或图态、或者更大的晶格态、簇态或图态的一部分。在一些实施例中,输入量子比特109可以是量子系统和/或粒子的集合,并且可以使用任何量子比特架构来形成。例如,量子系统可以是粒子,例如原子、离子、核子和/或光子。在其他示例中,量子系统可以是其他工程化的量子系统,例如通量量子比特、相位量子比特、或电荷量子比特(例如由超导约瑟夫逊结(Josephson junction)形成)、拓扑量子比特(例如马约拉纳费米子(Majorana fermions))、或由空位中心(例如金刚石中的氮空位)形成的自旋量子比特。此外,为了描述清楚起见,本文中使用术语“量子比特(qubit)”,但是系统也可以采用以不必与二进制位相关联的方式对信息进行编码的量子信息载体。例如,可以使用多能级量子比特(qudit),即根据一些实施例的可以在多于两个量子态中编码信息的量子系统。

根据一些实施例,混合QC系统101可以是基于量子电路的量子计算机、基于测量的量子计算机或任何其它类型的量子计算机。在一些实施例中,可以将软件程序(例如一组机器可读指令)传递到传统计算系统107(例如对应于以上图1A中的系统108),该软件程序表示要在混合QC系统101上运行的量子算法。传统计算系统107可以是任何类型的计算设备(例如PC、一个或多个刀片式服务器等),或者甚至是高性能计算系统,例如超级计算机、服务器农场等。这样的系统可以包括一个或多个耦合到一个或多个计算机存储器(例如存储器106)的处理器(未示出)。这样的计算系统在本文中将被称为“传统计算机”。在一些示例中,软件程序可以由传统计算模块接收,该传统计算模块在本文中被称为检测模式生成器113。检测模式生成器113的一个功能是从输入软件程序(可以作为可以由用户更容易地编写以对量子计算机进行编程的代码而产生)生成一组机器级指令,即,检测模式生成器113可以作为编译器、逻辑处理器和/或编码器来操作,以允许软件程序在量子计算机上运行。检测模式生成器113可以实现为纯硬件、纯软件、或者一个或多个硬件或软件组件或模块的任意组合。在一些示例中,经编译的机器级指令采取一个或多个数据帧的形式,这些数据帧指示量子比特读出电路对纠缠态115进行一个或多个量子测量。测量模式117(例如数据帧)是一组测量和/或门的一个示例,该组测量和/或门应当在执行程序时在某个时钟周期期间应用到纠缠态115的量子比特。在其他示例中,例如,测量模式117可以包括指令,其用于应用多量子比特测量和/或多量子比特门,例如,在期望将融合门应用于两个或更多个量子比特的情况下或当进行稳定子测量时。在一些实施例中,若干测量模式117可以作为传统数据存储在存储器106中。通常,测量模式117可以指示来自量子比特读出电路105的量子比特检测阵列121的检测器是否应该对组成纠缠态115的给定量子比特进行测量。另外,测量模式117还可以存储为了执行程序而应该进行测量的基础(例如泡利(Pauli)X、Y、Z等)。在一些示例中,测量模式117还可以包括一组门,其应当由量子比特纠缠电路应用于下一组物理量子比特109,该组物理量子比特将在混合QC系统101的某个未来时钟周期进行处理。

量子比特读出电路105的控制器电路119可以接收对测量模式117进行编码的数据,并且生成驱动量子比特检测阵列121内的一组检测器所必需的配置信号。检测器可以是可以检测处于纠缠态115的一个或多个量子比特的量子态的任何检测器。例如,对于光量子比特的情况,检测器可以是单光子检测器,其耦合到一个或多个波导、分束器、干涉仪、开关、偏振器、偏振旋转器等。本领域普通技术人员将理解,取决于特定的量子比特架构,可以使用许多类型的检测器。

在一些实施例中,将检测模式117应用于量子比特检测阵列的结果是读出操作,该读出操作“读出”处于纠缠态115的量子比特的量子态。一旦完成该测量,就将存储在纠缠态115内的量子信息转换成与由检测器测量的一组特征值相对应的传统信息,在本文中称为“测量结果”。这些测量结果可以存储在测量结果数据帧(例如数据帧122)中,并且传递回传统计算系统,以便进一步处理。

在一些实施例中,混合QC系统101中的任何一个子模块(例如控制器123、量子门阵列125、检测阵列121、控制器119、检测模式生成器113、解码器133以及逻辑处理器108)可以包括任何数量的传统计算组件,例如处理器(CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、TPU(任务处理单元))、存储器(任何形式的RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器))、硬编码逻辑组件(传统逻辑门,例如与、或、异或等)和/或可编程逻辑组件(例如现场可编程门阵列(field Programmable gate array,FPGA等)。这些模块还可以包括任何数量的专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)、微控制器(MCU(微程序控制器))、片上系统(systems on a chip,SOC)以及其它类似微电子器件。

如本文所述,逻辑量子比特测量结果127可以(例如经由解码器133)从物理量子比特的测量结果122中容错地恢复。在也是稳定子状态的簇态的情况下,解码器使用由联合奇偶测量(由一个或多个稳定子测量的组合形成)的测量生成的错误校验子,来识别和校正错误,使得可以确定正确的逻辑量子比特测量结果。然后逻辑处理器108可以处理逻辑结果,作为程序运行的一部分。如图所示,逻辑处理器108可以将信息反馈到检测模式生成器113,以影响下游门和/或测量,从而确保计算容错地进行。

根据一些实施例,同步或者以其它方式在时间上协调混合QC系统的任何或所有组件的动作将是有益的。有利地,一个或多个实施例提供了用于使用来自脉冲串的残余光(即,光子)来生成和分配时钟信号的系统和方法,所述脉冲串源自泵浦激光器,该泵浦激光器例如容纳在图1A所示的电子和/或光学组件112内。

在以下描述中,描述了采用光子的空间模式作为量子比特系统的实施例,但是本领域普通技术人员将理解,在不脱离本发明的范围的情况下可以采用由任何类型的模式描述的任何类型的量子比特。此外,在下文中,使用光子波导来定义光子的空间模式。然而,受益于本发明的普通技术人员将理解,在不脱离本发明的范围的情况下可以使用任何类型的模式(例如偏振模式、时间模式等)。在其余的图中示出的图是示意图,其中每条水平线表示量子系统的模式,例如波导。

图2是根据一些实施例的单光子源200的示例的简化框图,该单光子源可以包括一组级联的标示光资源(heralded photon source,HPS)。在图2所示的示例中,单光子源200可以包括多个HPS 205a、205b等,其可以被统称为HPS 205。各个HPS 205可包括光子对源,例如HPS 205a中的光子对源210a或HPS 205b中的光子对源210b。各个光子对源210a或210b可以基于例如三阶无源非线性光学材料中的自发式四波混频(spontaneous four wave mixing,SFWM)或二阶无源非线性光学材料中的自发式参量向下转换(spontaneous parametric down-conversion,SPDC)来生成光子对。在一些实现方式中,光子对源210a或210b可包括环形谐振器,该环形谐振器可支持多个谐振,如下文所述。

应当理解,尽管一些实施例是关于光子对源描述的,但这不是必需的,并且除了光子对源之外的光子源也包括在本发明的范围内。因此,为了说明,描述了基于微环的SPFW标示光子源(HPS),作为光子源的示例。然而,所使用的光子源的精确类型并不是必要的,而是可以使用任何类型的非线性源,其采用任何过程,例如SPFW、自发参量向下转换(SPDC)或任何其他过程。也可以采用不一定需要非线性材料的其它种类的源,例如可以使用采用原子和/或人工原子系统的源,例如量子点源、晶体中的色心等。

在一些情况下,源可以是光子腔或者可以耦合到光子腔,例如,可以是用于例如耦合到腔的量子点的人工原子系统的情况。SPWM和SPDC还存在其它类型的光子源,例如光机系统等。

为了说明,描述了采用若干非确定性的空间复用的示例,作为复用(multiplexed,MUX)光子源的示例。然而,在不脱离本发明的范围的情况下,许多不同的空间MUX架构是可能的。也可以代替空间复用或结合空间复用来实现时间MUX。可以使用采用对数树、广义马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪、多模干涉仪、链接源、具有转储泵浦方案的链接源、非对称多晶单光子源或任何其它类型的MUX架构的MUX方案。在一些实施例中,光子源可以采用具有量子反馈控制等的MUX方案。

在各个光子对源210a或210b中,光子可以是非确定性地成对产生的,其中各个对包括信号光子和空载光子,一个光子(例如空载光子)的存在可以指示该对中的另一光子(例如信号光子)的存在。各个对中的两个光子可以由分路器(例如波分解复用(wavelength division demultiplexing,WDDM)器件220a或220b)基于它们的不同频率而分离到两个输出通道。分路器(例如WDDM器件220a或220b)的一个输出通道上的一个光子(例如空载光子)可由单光子检测器(single photon detector,SPD)230a或230b检测。如果SPD 230a或230b检测到光子,则在与所检测到的光子相同的对中生成的对应光子(例如信号光子)将存在于分路器220a或220b的不同输出通道上,因此可以用作单光子源200的输出。当级联HPS 205a和205b中的一者中的SPD 230a或230b检测到空载光子时,SPD 230a或230b可以向另一HPS发送电信号(本文中称为标示信号),使得可以断开或绕过这些HPS。比如,在图2所示的示例中,如果第一HPS 205a中的SPD 230a检测到光子,则SPD 230a可以向第二HPS 205b发送标示信号,使得可以关闭或绕过第二HPS 205b。由第一HPS 205a生成的信号光子可以穿过第二HPS 205b,作为单光子源200的输出。

图3例示了根据一些实施例的光子对源300的示例。光子对源300可以包括第一波导310、第二波导330、以及定位在第一波导310与第二波导330之间的环形谐振器320。泵浦光(例如由激光源生成)可以在第一波导310中传播(如箭头所示),并且可以耦合到环形谐振器320中。环形谐振器320可以包括波导环路,使得当环形谐振器320的光路长度是光波长的整数倍时,可以发生具有特定波长的光的谐振。环形谐振器320可以支持在可以满足谐振条件的多个波长下的多个谐振。这些谐振之间的间隔可以被称为自由光谱范围(free spectral range,FSR),并且可以取决于环形谐振器320的光路长度。

环形谐振器320可以包括非线性光学材料,例如二阶或三阶无源非线性光学介质。环形谐振器320中可以发生自发式四波混频(SFWM)或自发式参量向下转换(SPDC)过程。在SFWM过程中,两个泵浦光子可以在非线性光学材料中转换成一对子光子(例如信号光子和空载光子)。由于能量守恒,信号光子和空载光子可以处于围绕泵浦频率对称分布的频率(例如,一个处于频率f0 Δf,另一个处于频率f0-Δf,其中f0是泵浦光子的频率)。

在环形谐振器320内生成的信号光子和空载光子可以以特定的耦合效率从环形谐振器320耦合出进入第二波导330。光子在第一波导310、环形谐振器320以及第二波导330中的传播方向可以如图3中的箭头所示。除了由谐振器320生成的光子对之外,一定量的未转换的泵浦光子也可以从环形谐振器320耦合到第二波导330中。

光子对源300可以以非确定性的方式生成光子对。即,光子对不是按要求生成的,而是概率性地生成的。成功率可能仅为1%-5%。例如,光子对可以在每20个泵浦脉冲中仅成功地生成一次。因此,使用光子对源300生成单光子的标示光子源(HPS)(例如图2例示的HPS 205a或205b)也可以以非确定性的方式生成单光子。根据一些实施例,多个HPS可以级联(例如如图2例示)或者复用,以形成准确定性单光子源,如下所述。

作为示例,图4示出了包括三个复用的HPS 410a-410c的单光子源400。泵浦光子脉冲(例如激光脉冲)例如同时分配给各个HPS 410a、410b和410c。HPS 410a-410c的输出耦合到复用器(MUX)420。为了说明的目的,图4示出了包括三个HPS的单光子源400,在一些实施例中单光子源可以包括二十个或更多个HPS。

HPS 410a-410c中的每个HPS可以以非确定性的方式生成单个光子。例如,图5A示意性地例示了在时隙t1、t2和t3处到达HPS 410a、410b和410c的泵浦光子脉冲串。如图5B例示,第一HPS 410a在第一时隙t1和第三时隙t3无法生成任何单光子(由叉号指示),但是在第二时隙t2可以生成单光子(由校验符号指示)。类似地,第二HPS 410b在第一时隙t1和第二时隙t2无法生成任何单光子,但是在第三时隙t3可以生成单光子;第三HPS 410c在第二时隙t2和第三时隙t3无法生成任何单光子,但是在第一时隙t1可以生成单光子。

当在HPS 410a、410b或410c中(例如通过单光子检测器)检测到空载光子时,HPS 410a、410b或410c可以向复用器420发送标示信号。复用器420可以被配置成选择HPS 410a、410b和410c中的一者的单光子输出作为其单光子输出,并且忽略所有其他HPS的单光子输出。当有足够数量的HPS时,单光子源400能够以准确定性的方式为各个泵浦光子脉冲产生单光子。比如,在图4和图5A至图5B例示的示例中,复用器420可以选择第三HPS 410c在第一时隙t1的单光子输出、第一HPS 410a在第二时隙t2的单光子输出、以及第二HPS 410b在第三时隙t3的单光子输出,使得单光子源400在时隙t1、t2和t3为各个泵浦光子脉冲输出单光子。

为了使系统确定性地对各种组件的多个操作进行排序,共享时钟信号或主时钟信号可能是有益的,这些组件包括例如一个或多个单光子源(如400a、400b、400c)、一个或多个MUX(如MUX 420)和/或任何其他下游组件(例如图1A至图1B所示的那些组件中的任何一者或全部)。因此,在一些实施例中,时钟信号发生器450可以将泵浦光子脉冲的一部分转换成时钟信号,该时钟信号然后可以分配给各种组件,以在组件之间进行期望的协调。虽然泵浦信号的用于得到图4所示的时钟信号的部分是从单光子源的输出得到的,但是在不脱离本发明的范围的情况下,该部分可以从任何数量的不同上游或组合的块提供。

再次参考图1B,物理量子比特输入111a、111b、111c...111n可以是由上游单光子源(未示出)生成的单光子,并且可以耦合到量子比特纠缠系统103中,在该示例中,该量子比特纠缠系统可以是例如复杂的线性光学电路(例如可以存在高达百万个量子比特的线性光学电路)。例如,线性光学量子电路可以包括光学组件(例如开关、分束器、移相器、光子检测器),这些光学组件需要被协调,以便纠缠两个或更多个单光子或者光子的两个或更多个纠缠簇态。线性光学量子电路可以包括各个位置处的量子门(例如融合门),以执行量子计算。量子比特读出系统105可以包括许多单光子测量电路,并且还可以包括许多光子融合电路(例如I型和/或II型融合门),这些电路可以测量光子,以获得量子计算的结果。在一些架构中,量子门本身可以由要对个体光子执行的一系列测量和/或融合操作来形成/定义。在任一情况下,在量子计算机内存在可能需要精确定时的多个操作。因此,可能需要精确的系统时钟来充当“主指挥者”,以控制量子计算机101的各种操作的定时。

在一些实施例中,系统时钟可以通过单光子源的光子生成速率来设置。单光子源可以由高功率泵浦激光器驱动,该高功率泵浦激光器产生具有特定重复率的泵浦光子脉冲串(例如具有100ps间隔的方波脉冲,该间隔对应于约10GHz的重复率)。高功率泵浦激光器又可以由具有类似重复率的电信号来驱动。因此,生成时钟信号的一个选择是分接生成泵浦光子脉冲的一些电信号,并将其输送到线性光学量子计算机101,以用作主时钟。不幸的是,由于下面讨论的一种或多种原因,这种选择可能不起作用。

如上所述,线性光学量子计算机101的许多组件可以在芯片上实现,该芯片放置在低温恒温器内,以便将这些组件保持在低温温度下,以实现高性能。另一方面,驱动泵浦光子源(例如功率激光源)的电路可能远离芯片定位,并且可以处于室温。由此可见,在经受非常不同的温度环境(例如从大约293K的室温到低温恒温器内的大约4K)的泵浦光子源与线性光学量子计算机101之间可能存在电气和光学互连。因此,这样生成的主时钟可能具有随机相位误差。由于线性光学量子计算机要求严格的定时容差,相位误差可能致使例如主时钟不适合用于线性光学量子计算机。

生成时钟信号的另一种方法是当在标示光子源(HPS)中检测到空载光子时从标示信号生成时钟信号。然而,这种方法也可能不起作用。如上所述,HPS可以以非确定性的方式生成单光子。成功率可能仅为1%-5%(例如对于每20个泵浦光子脉冲仅生成一个单光子)。因此,标示信号速率可能比泵脉冲速率慢很多。标示信号的慢速率和非确定性性质使得它们不适合从其中恢复时钟信号。

本发明的实施例提供了生成用于光量子计算机的时钟信号的方法,该方法利用了由单光子源排斥的额外泵浦光子,所述单光子源生成用于光量子计算机的单光子量子比特。所述额外泵浦光子将通常被浪费并从系统中排出。通过在光量子计算机所位于的芯片上本地化地生成时钟信号,可以防止或减小随机相位误差,其中所述芯片通常放置在低温恒温器内。

图6例示了根据一些实施例的用于生成用于光量子计算机的时钟信号的系统的示意性框图。系统可以包括泵浦光子源602和光子对源610。泵浦光子源602可以被配置成生成泵浦光子脉冲串,并且经由波导604(例如光纤)耦合到光子对源610中。泵浦光子脉冲串可以具有例如10GHz等的重复率。

光子对源610可以位于被放置在低温恒温器内部的芯片上(例如处于低温温度下)。泵浦光子源602可以在室温下并远离芯片。波导604可以被配置成具有特定长度,以便引起光脉冲串的期望时间延迟。

根据一些实施例,光子对源610可类似于图3例示的光子对源300。例如,光子对源610可以包括第一波导614、第二波导616和谐振器612(例如一个或多个环形谐振器)。泵浦光子耦合到第一波导614中,其中一些耦合到谐振器612中。谐振器612可以包括非线性光学材料,其可以将两个泵浦光子转换成一对光子,其中一个是信号光子(S),另一个是空载光子或标示光子(H)。耦合到环形谐振器612中的大部分泵浦光子可能是未转换的,在本文中被称为额外泵浦光子。转换后的信号光子和标示光子对以及额外泵浦光子可以耦合到第二波导616中,并从光子对源610输出。另外,耦合到第一波导614中的泵浦光子的一部分可以不耦合到环形谐振器612中。这些泵浦光子在本文中被称为非耦合泵浦光子。非耦合泵浦光子可以被束流收集器(未示出)吸收。

如下面关于图7讨论的,除了图6例示的时钟生成架构之外,替代实施例在时钟生成过程期间利用全部或部分非耦合泵浦光子。而且,其中利用除了非耦合泵浦光子之外或代替非耦合泵浦光子的耦合泵浦光子的组合也包括在本发明的范围内。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。

系统还可以包括耦合到光子对源610的输出的泵浦排斥器(pump rejecter)620。泵浦排斥器620可以被配置成将额外泵浦光子与转换后的信号光子和空载光子对分离。由于信号光子和空载光子可以具有与额外泵浦光子的频率不同的频率,所以泵浦排斥器620可以包括光谱滤波器,其被配置成在光谱上将额外泵浦光子与信号光子和空载光子分离。例如,假设泵浦光子的频率是f0,则信号光子和空载光子可以分别具有频率f0 Δf和f0-Δf。泵浦排斥器620可以包括陷波滤波器,其使处于各自频率的信号光子和空载光子通过,并沿着不同的路径发送处于频率f0的泵浦光子。如上所述,泵浦光子脉冲中的大部分泵浦光子(例如大约每10pJ脉冲1010量级的光子)可能是未转换的。

类似于图2例示的标示光子源(HPS)205a,信号光子(S)和空载光子(H)可以传递到波分解复用(WDDM)器件630上,该器件630在光谱上分离信号光子和空载光子。空载光子(H)可由单光子检测器(SPD)640检测。单光子检测器640在检测到空载光子时可以向复用器650发送标示信号(电信号),使得复用器650可以将信号光子(S)耦合到其输出,以用作用于光量子计算机的量子比特,并且绕过或忽略耦合到复用器650的其它HPS的输出(图6中未示出)。

系统还可以包括光电检测器670和时钟发生器660。光电检测器670光耦合到泵浦排斥器620,以用于接收由泵浦排斥器620排斥的额外泵浦光子。光电检测器670可以将额外泵浦光子转换成电脉冲。电脉冲又被输入到时钟发生器660,该时钟发生器从电脉冲生成时钟信号。在一些实施例中,时钟发生器660可以包括光电放大器,其放大由光电检测器670生成的电脉冲,以生成时钟信号662和664。

在一些实施例中,光电检测器670可以与时钟发生器660集成。因此,光电检测器670与时钟发生器660集成的实施例以及光电检测器670与时钟发生器660分开实现(例如作为单独元件)的实施例包括在本发明的范围内。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。

图12A是例示了根据本发明实施例的包括时钟信号发生器的系统的简化示意图。图12B是例示了与图12A例示的系统的各种元件相关联的光信号和电信号的一组曲线。图12A例示的时钟信号发生器1230可用作本申请中描述的任意一个时钟信号发生器,例如时钟发生器660、时钟发生器760、时钟发生器860或时钟发生器960。如图12A例示,系统包括泵浦光子源1210和光子对源1212,其可以分别与图6中的泵浦光子源602和光子对源610进行比较。参考图12B,由泵浦光子源1210传送的光信号(例如光脉冲)被例示为图12B中的泵浦曲线。

额外泵浦光子被传送到检测器1220,该检测器可以与图6中的光电检测器670进行比较。检测器1220将额外泵浦光子转换成电脉冲。参考图12B,检测器1220所输出的电脉冲被例示为曲线“a”,即检测器电流。时钟信号发生器1230接收由检测器1220输出的电脉冲,并且包括互阻抗放大器(transimpedance amplifier,TIA)1232和限幅放大器1234。TIA 1232的输出被例示为图12B中的曲线“b”,即TIA输出。因此,限幅放大器1234输出图12B例示的时钟信号“ck”,即限幅放大器输出。时钟信号“ck”可以被认为是来自泵浦光子源的恢复的电时钟,并且提供给电路1240,如本文所述。

图11是根据某些实施例的包括光子集成电路和电子集成电路的封装的剖视图。参考图11,封装1100包括光子集成电路(photonic integrated circuit,PIC)管芯1130(也称为PIC晶片)、电子集成电路(electronic integrated circuit,EIC)管芯1140、PCB(印刷电路板)1120、一个或多个电连接器1122、以及在硅处理晶片1110上的光纤1150。尽管图11仅示出了一个PIC/EIC管芯叠层,但是封装1100中可以包括多个PIC/EIC管芯叠层。如例示的,根据PCB 1120的材料,例如使用环氧树脂或通过融合结合或混合结合将PCB 1120附接到硅处理晶片1110。一个或多个PCB 1120可以在不同的水平或垂直位置处附接到硅处理晶片1110。PIC/EIC管芯叠层包括EIC管芯1140,其与PIC管芯1130面对面结合(例如通过熔合结合或混合结合),使得PIC可以直接面对EIC。PIC/EIC管芯叠层可以通过例如融合结合来结合到硅处理晶片1110。EIC管芯1140可以通过结合线1142电连接到PCB 1120,其中结合区和结合线可以仅在PIC/EIC管芯叠层的顶侧和底侧。PIC/EIC管芯叠层的左侧和右侧可以与光纤耦合,光纤可以通过线束附接到PCB 1120。PCB 1120还可包括电连接器1122和一些其它电子组件,例如电压调节器、功率管理IC(集成电路)、去耦电容器等。

在图11例示的剖视图中,PCB 1120和PIC/EIC管芯叠层结合到硅处理晶片1110的顶面。PCB 1120可以包括通过过孔连接的多层互连迹线或平面。电子组件(例如电连接器1122和去耦电容器1124)可以焊接在PCB 1120的顶面上。PCB 1120还可以包括在PCB 1120的顶面上的焊盘1126。

PIC/EIC管芯叠层可以包括PIC管芯1130和EIC管芯1140。PIC管芯1130可以包括结合到硅处理晶片1110的背面1133。PIC管芯1130还可以包括正面1131,其可以包括电路或焊盘。EIC管芯1140可以包括背面1143,背面1143可以包括再分布层(redistribution layer,RDL)和结合区1148。EIC管芯1140还可以包括正面1141,正面1141可以包括电路或焊盘。EIC管芯1140和PIC管芯1130可以彼此面对面地结合,使得PIC管芯1130的正面1131和EIC管芯1140的正面1141可以直接彼此面对,并且互连可以较短。PIC管芯1130可以包括波导1132和1136以及光电检测器1134。EIC管芯1140可以包括一些硅通孔(through-silicon via,TSV)1146和控制逻辑电路1144。光电检测器1134可以检测来自波导1132的单光子,并将检测结果发送到控制逻辑电路1144,该控制逻辑电路可以确定是否以及如何调谐波导1136(例如,接通或断开光开关)。结合区1148可以通过TSV连接到控制逻辑电路1144,并且还可以通过结合线1142连接到PCB 620上的焊盘1126。

利用如图11例示的封装,一些实施例实现PIC中的时钟信号发生器,而其他实施例利用存在于PIC和EIC两者中的元件实现时钟信号发生器。因此,从PIC到EIC和从EIC到PIC的信号路径可以用于提供电和光或光子功能。因此,图11例示了使得光电检测器670能够与PIC中的时钟发生器660集成的架构。该架构还使得时钟发生器660能够利用EIC中的一些元件以及PIC中实现的单独元件(例如光电检测器670)来实现。因此,本发明的实施例在单个半导体封装中实现时钟信号发生器,该单个半导体封装可以设置在低温恒温器中,以便低温操作。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。

参考图11,在一个实施例中,在PIC管芯1130中实现的光电检测器1134用作图6中的光电检测器660,并且在EIC管芯1140中实现的时钟信号发生器(clock signal generator,CSG)用作时钟发生器660。因此,虽然图11例示了可以不被用于实现时钟发生器的元件的多个组件,但是图11例示了示例性实现方式。于2018年12月21日提交的美国临时专利申请第62/784,284号(律师案号104456-1111138-001100US)中提供了与将PIC管芯和EIC管芯集成在单个封装中有关的另外描述,该美国临时专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文,以用于所有目的。

应当理解,EIC和PIC可以在单个衬底上实现,或者根据特定应用的需要在不同的衬底上实现。而且,如果在不同的衬底上实现,则EIC和PIC可以在单个封装中实现。因此,本发明的实施例利用例如在相同衬底或相同封装上的元件集成,这导致使用自由空间技术无法获得的改进和系统性能。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。

时钟信号可以输入到复用器650,如时钟信号662例示,以用于控制复用器650的操作(例如控制复用的定时)。如时钟信号664例示,时钟信号还可以用于控制光量子计算机的其他组件(例如传统计算机140、线性光学量子电路120和可重新配置的单光子测量电路130(如图1A例示))的操作。

因为时钟信号是从额外泵浦光子生成的,所以时钟信号可以具有与泵浦光子脉冲相同的重复率(例如10GHz)。如上所述,光子对源610可以非确定性地生成光子对,并且成功生成光子对的概率可能仅为1%-5%(例如对于每20个泵浦光子脉冲仅生成一个光子对)。因此,如果时钟信号是从单光子检测器640所生成的标示信号产生的,则时钟信号将慢得多。如上所述的生成时钟信号的方法可以防止这种问题。

参考图6,一个光子对源610与一个时钟发生器660结合使用,然而,本发明的实施例并不限于这种特定的实现方式。

图13是例示了结合两个或更多个光子对源生成时钟信号的简化示意图。在图13所示的示例中,使用复用源,但是这些源可以是单独的非复用非确定性源或者非复用源和复用源的任何组合。在该示例中,泵浦光子脉冲(未示出)可以被提供给任何复用源(例如复用源1303a...1303n),其一部分用于在各个源处生成对应的时钟信号1307a...1307b,例如如以上参考图6至图9所述。时钟信号被提供给时钟中介器1305,该时钟中介器可以基于各个时钟信号生成单个主时钟1309。存在许多方式来生成这样的主时钟。例如,时钟中介器可以对各个时钟信号执行一个或多个诊断测量,并基于一些准则(例如艾伦偏差、频率抖动、相对于光子产生时间的相位等)选择一个诊断测量。在其它实施例中,时钟中介器1305可取得输入时钟信号并经由一个或多个混频器或其它频率参考生成电路组合输入时钟信号。在一些实施例中,时钟中介器1305本身可以包括一个或多个频率参考,这些频率参考可以用于生成主时钟。

图6例示了单个光子对源,然而,应当理解,系统可以包括多个光子对源。因此,尽管图6例示了用于各个光子对源的时钟信号,但这不是本发明所要求的,并且通常,一个时钟信号将结合多个光子对源来生成。应当注意,即使光子对源610没有产生光子对,仍然可以生成时钟信号。因此,时钟发生器可以与每个光子对源相关联(其中执行时钟信号的选择),或者仅与许多光子对源中的一者相关联。

根据一些实施例,光子对源610、泵浦排斥器620、WDDM器件630、单光子检测器640、复用器650、光电检测器670以及时钟发生器660可以位于放置在低温恒温器内部的单个芯片上。光电检测器670可以包括低温兼容的光电二极管(例如Ge光电二极管)。复用器650可以复用额外的光子对源(图6中未示出),以形成伪确定性的单光子源(例如如图4例示)。因为时钟信号是从来自光子对源610(其位于低温恒温器内部的芯片上)的额外泵浦光子生成的,所以时钟信号可以与由这样的单光子源生成的单光子的相位同步。

相比之下,如果时钟信号从驱动在室温下位于低温恒温器外部的泵浦光子源602的电信号直接生成,则时钟信号可能具有由电路径中的不确定延迟引起的随机相位误差和漂移,该不确定延迟由于巨大的温度差异造成。这样的相位误差和漂移可能致使时钟信号不适合具有严格定时容差的光量子计算机的适当操作。因此,通过从来自光子对源610(其在低温温度下位于同一芯片上)的额外泵浦光子本地生成时钟信号,如图6例示,可以防止或减小不期望的相位误差和漂移。

图7是根据另一些实施例的用于生成用于光量子计算机的时钟信号的系统的示意性框图。与图6例示的系统类似,该系统可以包括在室温下位于低温恒温器外部的泵浦光子源702和位于低温恒温器内部的光子对源710。光子对源710经由波导704耦合到泵浦光子源702。

与光子对源610类似,光子对源710可以包括第一波导714、光耦合到第一波导714的谐振器712、以及光耦合到谐振器712的第二波导716。泵浦光子的一部分可以从第一波导714耦合到谐振器712中,而泵浦光子的剩余部分可以作为非耦合泵浦光子离开第一波导714。谐振器712可以将一些泵浦光子转换成信号光子和标示光子对。转换后的光子对以及未转换的额外泵浦光子可以作为输出耦合到第二波导716中。

光子对源710的输出可以耦合到泵浦排斥器720中。泵浦排斥器720例如经由光谱滤波将信号光子(S)和标示光子(H)与额外泵浦光子分离。额外泵浦光子可以被束流收集器(未示出)吸收。信号光子和标示光子又被波分解复用(WDDM)器件730分离。标示光子可以由单光子检测器740探测,该单光子检测器生成电标示信号。标示信号可以由复用器750用于复用由多个光子对源生成的信号光子。

系统还可以包括耦合到时钟发生器760的光电检测器770。在此,代替将被泵浦排斥器720排斥的额外泵浦光子作为输入,光电检测器770将来自光子对源710的第一波导714的非耦合泵浦光子作为输入,并且生成要输入到时钟发生器760中的电脉冲。因为光子对源710放置在低温恒温器内部的芯片上,所以这样生成的时钟信号也可以与由单光子源生成的单光子的相位同步,并且可以防止或减小不期望的相位误差和漂移。

图8是根据一些实施例的用于生成用于由单光子检测器使用的时钟信号的替代系统的示意性框图。与图6例示的系统类似,该系统可以包括在室温下位于低温恒温器外部的泵浦光子源802和位于低温恒温器内部的光子对源810。光子对源810经由波导804耦合到泵浦光子源802。

与光子对源610类似,光子对源810可以包括第一波导814、光耦合到第一波导814的谐振器812、以及光耦合到谐振器812的第二波导816。泵浦光子的一部分可以从第一波导814耦合到谐振器812中,而泵浦光子的剩余部分可以作为非耦合泵浦光子离开第一波导814。谐振器812可以将一些泵浦光子转换成信号光子和标示光子对。转换后的光子对以及未转换的额外泵浦光子可以作为输出耦合到第二波导816中。

光子对源810的输出可以耦合到泵浦排斥器820中。泵浦排斥器820例如经由光谱滤波将信号光子(S)和标示光子(H)与额外泵浦光子分离。额外泵浦光子可以被束流收集器(未示出)吸收。信号光子和标示光子又被波分解复用(WDDM)器件830分离。标示光子可以由单光子检测器840探测,该单光子检测器生成电标示信号。标示信号可以由复用器850用于复用由多个光子对源生成的信号光子。

系统还可以包括光电检测器870和时钟发生器860。光电检测器870光耦合到泵浦排斥器820,以用于接收由泵浦排斥器820排斥的额外泵浦光子。光电检测器870可以将额外泵浦光子转换成电脉冲。电脉冲又被输入到时钟发生器860,该时钟发生器从电脉冲生成时钟信号。在一些实施例中,时钟发生器860可以包括光电放大器,其放大由光电检测器870生成的电脉冲,以生成时钟信号。

时钟信号可以输入到复用器850,以用于控制复用器850的操作。例如,时钟信号可以用于控制复用的定时。时钟信号也可以输入到单光子检测器840,以用于控制单光子检测器840的操作。例如,时钟信号可以用于控制单光子检测器840何时应当被打开和关闭。单光子检测器840可能易受环境中的寄生噪声的影响。例如,超导纳米线单光子检测器是非常灵敏的器件,并且可以在没有检测到的光子的情况下生成暗计数。因此,仅在可能预期光子的时间间隔打开单光子检测器840是有帮助的。

图9是根据另一些实施例的用于生成用于由单光子检测器使用的时钟信号的替代系统的示意性框图。与图8例示的系统类似,该系统可以包括在室温下位于低温恒温器外部的泵浦光子源902和位于低温恒温器内部的光子对源910。光子对源910经由波导904耦合到泵浦光子源902。

与光子对源810类似,光子对源910可以包括第一波导914、光耦合到第一波导914的谐振器912、以及光耦合到谐振器912的第二波导916。泵浦光子的一部分可以从第一波导914耦合到谐振器912中,而泵浦光子的剩余部分可以作为非耦合泵浦光子离开第一波导914。谐振器912可以将一些泵浦光子转换成信号光子和标示光子对。转换后的光子对以及未转换的额外泵浦光子可以作为输出耦合到第二波导916中。

光子对源910的输出可以耦合到泵浦排斥器920中。泵浦排斥器920例如经由光谱滤波将信号光子(S)和标示光子(H)与额外泵浦光子分离。额外泵浦光子可以被束流收集器(未示出)吸收。信号光子和标示光子又被波分解复用(WDDM)器件930分离。标示光子可以由单光子检测器940探测,该单光子检测器生成电标示信号。标示信号可以由复用器950用于复用由多个光子对源生成的信号光子。

系统还可以包括光电检测器970和时钟发生器960。在此,代替将被泵浦排斥器920排斥的额外泵浦光子作为输入,光电检测器970将来自光子对源910的第一波导914的非耦合泵浦光子作为输入,并且生成要输入到时钟发生器960中的电脉冲。因为光子对源910放置在低温恒温器内部的芯片上,所以这样生成的时钟信号也可以与由单光子源生成的单光子的相位同步,并且可以防止或减小不期望的相位误差和漂移。

时钟信号可以输入到复用器950,以用于控制复用器950的操作。例如,时钟信号可以用于控制复用的定时。时钟信号也可以输入到单光子检测器940,以用于控制单光子检测器940的操作。例如,时钟信号可以用于控制单光子检测器940何时应当被打开和关闭。

图10示出了例示根据一些实施例的用于生成用于光量子计算系统的时钟信号的方法的简化流程图。如图10例示,方法包括:使用设置在低温恒温器外部的泵浦光子源生成具有第一重复率的多个泵浦光子脉冲(1010);以及使用光子对源将多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的第一部分转换成光子对,该光子对源设置在低温恒温器内部并且经由波导光耦合到泵浦光子源(1012)。光子对源输出多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分。光子对可以包括信号光子和标示光子,并且信号光子或标示光子中的一者被量子计算系统用作量子比特。多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的第一部分可以被非确定性地转换成光子对。

方法还包括:使用设置在低温恒温器内部的光电检测器,通过将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分转换成多个电脉冲中的相应电脉冲,来生成多个电脉冲(1014);以及使用时钟发生器使用多个电脉冲生成具有第一重复率的多个时钟信号,该时钟发生器设置在低温恒温器内部并且耦合到光电检测器(1016)。

在实施例中,光子对源、光电检测器、时钟发生器以及光量子计算系统设置在置于低温恒温器内部的单个芯片上。光子对源可以包括:第一波导,其经由波导光耦合到泵浦光子源,以用于接收多个泵浦光子脉冲;谐振器,其光耦合到第一波导并且包括非线性光学材料;以及第二波导,其光耦合到谐振器。方法还可以包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的一部分从第一波导耦合到谐振器中。多个泵浦光子脉冲的子集中的每个泵浦光子脉冲的被转换成光子对的第一部分在该部分之中,并且被谐振器的非线性光学材料转换。方法还可以包括:将由谐振器从多个泵浦光子脉冲的子集转换来的光子对耦合到第二波导中。作为示例,谐振器可以包括一个或多个环形谐振器。在特定实施例中,多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分在该部分之中,并且方法还包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分从谐振器耦合到第二波导中。在另一特定实施例中,方法包括:使用设置在低温恒温器内部并且光耦合到第二波导的泵浦排斥器,来将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分与光子对分离;以及将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分耦合到光电检测器中,以转换成多个电脉冲。在一个实施例中,泵浦排斥器包括光谱滤波器。

多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分可以在多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的剩余部分之中,该剩余部分未耦合到谐振器中。因此,方法可以包括:将多个泵浦光子脉冲中的每个泵浦光子脉冲的第二部分从第一波导耦合到光电检测器中,以转换成多个电脉冲。

应当理解,图10例示的具体步骤提供了根据一些实施例的用于生成用于光量子计算系统的时钟信号的特定方法。根据替代实施例,也可以执行其它步骤顺序。例如,替代实施例可以以不同的顺序执行步骤。而且,各个步骤可以包括多个子步骤,这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序来执行。此外,根据特定应用,可以添加额外步骤,并且可以去除一些步骤。本领域普通技术人员将认识到许多变更、修改和替换。

对于本领域技术人员来说明了的是,可以根据特定实现方式进行实质上的变更。例如,也可以使用定制的硬件,和/或特定的元件可以以硬件、软件(包括便携式软件,例如小应用程序等)或两者来实现。进一步地,可以采用与其它计算设备(例如网络输入/输出设备)的连接。

参考附图,可以包括存储器的组件可以包括非瞬态机器可读介质。如本文所用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指代参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例中,在向处理器和/或一个或多个其他设备提供指令/代码以供执行中可能涉及各种机器可读介质。另外或替代性地,机器可读介质可以用于存储和/或承载这样的指令/代码。在许多实现方式中,计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。这样的介质可以采取许多形式,包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁和/或光介质、穿孔卡片、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、RAM、可编程只读存储器(programmable read-only memory,PROM)、可擦可编程只读存储器(erasable Programmable read-only memory,EPROM)、FLASH-EPROM(闪速EPROM)、任何其他存储芯片或匣、如下文所述的载波、或计算机可以从其读取指令和/或代码的任何其他介质。

本文所讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以适当地省略、替代或添加各种过程或组件。比如,关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中组合。可以以类似的方式组合实施例的不同方面和元素。本文所提供的附图的各种组件可以以硬件和/或软件来具体实施。而且,技术在发展,因此许多元件是不将本发明的范围限于那些具体示例的示例。

主要出于通用的原因,将这样的信号称为比特、信息、值、元素、符号、字符、变量、项、数字等已被证明有时是方便的。然而,应当理解,所有这些或类似的术语都与适当的物理量相关联,并且仅仅是方便的标记。除非另外具体说明,否则如从以上讨论中显而易见的,应当理解,贯穿本发明,利用例如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”、“查明”、“识别”、“关联”、“测量”、“执行”等术语的讨论指代特定装置(例如专用计算机或类似的专用电子计算设备)的动作或过程。因此,在本发明的上下文中,专用计算机或类似的专用电子计算设备能够操纵或变换信号,该信号通常表示为专用计算机或类似的专用电子计算设备的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子量、电量或磁量。

本领域技术人员将理解,可以使用各种不同的技术和方法中的任意一种技术和方法来表示用于传送本文所述的消息的信息和信号。例如,贯穿以上描述可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子、或者其任意组合来表示。

如本文所用的术语“和”、“或”以及“和/或”可以包括多种含义,这些含义也被预期至少部分地取决于使用这些术语的上下文。通常,“或”在用于关联列表(例如A、B或C)时旨在意指A、B和C(此处以包含的意义使用)以及A、B或C(此处以排他的意义使用)。另外,如本文所用的术语“一个或多个”可以用于描述单数形式的任何特征、结构或特性,或者可以用于描述特征、结构或特性的某种组合。然而,应当注意,这仅为说明性示例,并且所要求保护的主题不限于该示例。此外,术语“……中的至少一个”在用于关联列表(例如A、B或C)时可以解释为意指A、B和/或C的任何组合,例如A、B、C、AB、AC、BC、AA、AAB、ABC、AABBCCC等。

贯穿本发明对“一个示例”、“示例”、“某些示例”或“示例性实现方式”的提及意味着结合特征和/或示例描述的特定特征、结构或特性可以包括在所要求保护的主题的至少一个特征和/或示例中。因此,在贯穿本发明的各个地方出现的短语“在一个示例中”、“示例”、“在某些示例中”、“在某些实现方式中”或其它类似短语未必全部指代相同特征、示例和/或限制。此外,特定特征、结构或特性可以组合在一个或多个示例和/或特征中。

在一些实现方式中,操作或处理可以涉及物理量的物理操纵。通常,尽管不是必须的,这样的量可以采取能够被存储、转移、组合、比较或以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因,将这样的信号称为比特、数据、值、元素、符号、字符、项、数字等已被证明有时是方便的。然而,应当理解,所有这些或类似的术语都与适当的物理量相关联,并且仅仅是方便的标记。除非另外具体说明,否则如从本文中的讨论中显而易见的,应当理解,贯穿本发明,利用例如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”等术语的讨论指代特定装置(例如专用计算机、专用计算装置或类似的专用电子计算设备)的动作或过程。因此,在本发明的上下文中,专用计算机或类似的专用电子计算设备能够操纵或变换信号,该信号通常表示为专用计算机或类似的专用电子计算设备的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子量或磁量。

在前面的详细描述中已经阐述了许多具体细节,以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而,本领域技术人员应当理解,可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其它情况下,未详细描述普通技术人员将了解的方法和装置,以免混淆所要求保护的主题。因此,预期的是所要求保护的主题不限于所公开的特定示例,而是这种所要求保护的主题还可包括落在所附权利要求及其等同物的范围内的所有方面。

对于涉及固件和/或软件的实现方式,方法可以用执行本文所述功能的模块(例如,规程、函数等)来实现。任何有形地具体实施指令的机器可读介质可以用于实现本文所述的方法。例如,软件代码可以存储在存储器中并由处理器单元执行。存储器可以在处理器单元内或处理器单元外实现。如本文所用的,术语“存储器”指代任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其它存储器,并且不限于任何特定类型的存储器或任何特定数量的存储器、或上面存储有存储器的类型的介质。

如果以固件和/或软件实现,则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读存储介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。以示例的方式而非限制,这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、光盘只读存储器(compact Disc read-only memory,CD-ROM)或其它光盘储存器、磁盘储存器、半导体储存器、或其它存储设备、或可以用于存储为指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以由计算机访问的任何其它介质;如本文所用的,磁盘和光盘包括压缩光盘(compact disc,CD)、激光光盘、光学光盘、数字通用光盘(digital versatile disc,DVD)、软盘以及蓝光光盘,其中磁盘通常磁性地再现数据,而光盘使用激光光学地再现数据。以上的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

除了在计算机可读存储介质上存储之外,指令和/或数据可以作为信号提供在通信装置所包括的传输介质上。例如,通信装置可以包括具有指示指令和数据的信号的收发器。指令和数据被配置成使一个或多个处理器实现权利要求所概述的功能。即,通信装置包括具有信号的传输介质,该信号指示执行所公开的功能的信息。在第一时间,包括在通信装置中的传输介质可以包括执行所公开功能的信息的第一部分,而在第二时间,包括在通信装置中的传输介质可以包括执行所公开功能的信息的第二部分。

再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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