用于微波信号的脉冲整形的磁通量偏置的制作方法

用于微波信号的脉冲整形的磁通量偏置


背景技术：

1.本发明总体上涉及用于超导装置的方法和结构，并且更具体地涉及使用磁通量偏置用于微波信号的脉冲整形(pulse shaping)。
2.超导装置的特征是它们可以在足够低的温度下提供零电阻。可以采用稀释制冷机或低温装置来将超导装置冷却到合适的运行温度。在一种已知的配置中，室温下的不同输入和输出微波管线连接到该稀释制冷器上以便向超导体装置提供微波信号，这些超导体装置在该稀释制冷器内被维持在较冷的温度下。


技术实现要素：

3.本发明的实施例涉及将磁通量偏置用于微波信号的脉冲整形。一种方法的非限制性实例包含由非失真混合装置(nondegenerate mixing device)经由输入端口接收信号和时变磁通量。所述方法包含通过所述非失真混合装置使用所述信号和所述时变磁通量来在输出端口上产生输出信号，所述输出信号具有由所述时变磁通量设定的波形分布图。
4.一种方法的非限制性实例包含通过电路经由输入端口接收信号和时变磁通量，所述电路包含耦合到第二非失真混合装置的第一非失真混合装置。所述方法包括：由所述电路使用所述信号和所述时变磁通量来在输出端口上生成输出信号，所述输出信号具有由所述时变磁通量设定的波形分布图。
5.一种配置电路的方法的非限制性实例包含：将非失真混合装置耦合到磁源，所述非失真混合装置经配置以经由输入端口从所述磁源接收时变磁通量。所述方法包含配置非失真混合装置以在输出端口上产生输出信号，所述输出信号具有由所述时变磁通量设定的波形分布图。
6.一种配置电路的方法的非限制性实例包含耦合电路中的第一非失真混合装置与第二非失真混合装置，该第一非失真混合装置耦合到第一磁源以经由输入端口接收固定磁通量，该第二非失真混合装置耦合到第二磁源以经由另一输入端口接收时变磁通量。该方法包括将该电路配置成在输出端口上生成输出信号，该输出信号具有由该时变磁通量设定的波形分布图。
7.系统的非限制性示例包括耦合到电路的第一部分并被配置成经由输入端口向第一部分提供固定磁通量的第一磁源。所述系统包括第二磁源，所述第二磁源耦合到所述电路的第二部分并且被配置为经由另一输入端口向所述第二部分提供时变磁通量，其中所述电路被配置为在输出端口上生成输出信号，所述输出信号具有由所述时变磁通量设定的波形分布图。
8.通过本发明的技术实现了附加技术特征和优点。在本文中详细描述了本发明的实施例和方面，并且这些实施例和方面被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好的理解，参考详细说明和附图。
附图说明
9.在说明书结尾处的权利要求中特别指出并明确要求保护本文所述的独占权利的细节。从以下结合附图进行的详细描述中，本发明的实施例的前述和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
10.图1示出了根据本发明的一个或多个实施方式的电路的示意图；
11.图2示出了根据本发明的一个或多个实施方式的电路的框图；
12.图3示出根据本发明的一个或多个实施方式的电路的框图；
13.图4示出了根据本发明的一个或多个实施方式的电路的示意图；
14.图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的框图；
15.图6示出了根据本发明的一个或多个实施方式的框图；
16.图7示出了根据本发明的一个或多个实施方式的系统的框图；
17.图8示出了根据本发明的一个或多个实施方式的系统的框图；
18.图9描绘了根据本发明的一个或多个实施例的在频率转换中的非失真三波混合设备的信号流图；
19.图10a描绘了根据本发明的一个或多个实施例的处于差模的非失真三波混合设备；
20.图10b描绘了根据本发明的一个或多个实施例的处于差模的非失真三波混合设备；
21.图10c描绘了根据本发明的一个或多个实施例的处于共模中的非失真三波混合设备；
22.图11是根据本发明的一个或多个实施方式的脉冲整形方法的流程图；
23.图12是根据本发明的一个或多个实施方式的脉冲整形方法的流程图；
24.图13是根据本发明的一个或多个实施方式的用于配置电路的方法的流程图；以及
25.图14是根据本发明的一个或多个实施方式的用于配置电路的方法的流程图。
26.此处所描绘的框图是说明性的。在不偏离本发明的精神的情况下，可以对这里所描述的框图或操作有许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。而且，术语“耦合”及其变形描述了在两个元件之间具有通信路径，并且不暗示元件之间的直接连接，在它们之间没有介入元件/连接。所有这些变型被认为是说明书的一部分。
27.在附图和本发明的实施方式的以下详细描述中，附图中示出的各种元件设置有两个或三个数字参考标号。除了次要例外，每个参考标号的最左边的数字对应于首先示出了其元件的附图。
具体实施方式
28.本发明的一个或多个实施例提供了用于在冷却系统内执行连续波微波信号的脉冲整形的技术和设备。在本发明的一些实施例中，冷却系统包括稀释制冷机。本发明的一个或多个实施例在紧邻量子装置之处执行微波信号的脉冲整形。在本发明的一些实施例中，紧邻脉冲整形微波信号的量子处理器在冷却系统内部。由于使用室温电子装置产生微波信号并将这些信号通过微波线传输到超导体装置可能导致各种退化问题，本发明的一个或多
个实施例可以避免与从室温传输微波信号到稀释制冷机的基级温度相关联的此类退化问题，因为微波信号的脉冲整形发生在冷却系统内靠近一个或多个量子装置。
29.现在转到本发明各方面的更详细描述，图1描绘根据本发明的一个或多个实施例的用于非失真参数装置102的电路100的示意图。非失真参数装置102被展示为实例约瑟夫逊参数转换器(jpc)。非失真参数装置102被构造成放大和/或混合量子极限的微波信号。非失真参数装置102包括约瑟夫逊环调制器(例如，jrm)104，约瑟夫逊环调制器以其基本本征模式的rf电流(即，射频电流)反节点并入到两个微波谐振器110(例如，谐振器a)和112(例如，谐振器b)中。jrm104是非线性分散元件，它包括约瑟夫逊隧道结106，它可以在量子极限下进行微波信号的三波混合。jrm104具有以惠斯通电桥配置安排的四个名义上相同的约瑟夫逊结106，该惠斯通电桥配置具有四个节点。jrm104的性能(即功率增益、动态带宽、以及动态范围)强烈地取决于jrm104的约瑟夫逊结106的临界电流、电磁环境的具体实现(即，微波谐振器110和112)、以及jrm104与谐振器110和112之间的耦合。
30.如图1所示，谐振器110的一端(例如，谐振器a)经由耦合电容器114a和传输线116耦合到端口150(例如，端口a)，而谐振器110的另一端经由耦合电容器114a和传输线116耦合到地。谐振器112的一端(例如，谐振器b)经由耦合电容器114b和传输线116耦合到端口160(例如，端口b)，而谐振器112的另一端经由耦合电容器114b和传输线116耦合到接地。谐振器110具有谐振频率fa，并且谐振器112具有谐振频率fb，其中，fa不等于fb。泵端口170(例如，端口p)经由通量线120耦合到jrm104。通量线120可包括与jrmi04电容耦合的短路环路122，由此形成短路的共面带状线。通量线120可以是电容耦合到jrm104的四个节点中的两个相邻节点的无损片上通量线。泵端口170接收有区别地耦合至jrm104的两个相邻节点的频率f
p
的泵微波信号(例如，泵驱动)，其中泵驱动信号激励非失真参数装置102(例如，jpc)的共模。
31.受控磁源182通过基于电流(i)产生磁场(例如，b场或磁通密度)来向jrm104提供外部通量偏置。端口180(例如，端口m)被示为jrm104接收极值通量的示例。端口180的示例位置是为了说明的目的而提供的，并且不意味着被限制。根据本发明的一个或多个实施例，磁源182被配置成产生并向jrm104提供时变磁通量或脉冲磁通量。所施加的磁场是变化的(例如，通过对超导线圈施加电流(例如，直流电流或交流电流))，这进而转化成所施加的磁通量。磁通量(φ
ext
)是物理量，其表示穿过超导环路的磁场的量(即，jrm 104)。应当理解，虽然图1示出了磁源182在芯片190的外部，但是在本发明的一个或多个实施例中，磁源182可以以其他方式实现并且可以在芯片上。在一些示例中，可以使用片上通量线、外部磁线圈(例如，磁源182)和/或使用集成在芯片上或芯片封装中的磁性材料来施加外部磁通量。
32.可以预期的是，虽然图1将非失真参数装置102的微带实现方式描绘为芯片190上的jpc，但是非失真参数装置102不意味着受到限制，并且其他实现方式是可能的。可使用共面带状线谐振器、微带谐振器(如图1中所示)、紧凑/集总元件谐振器、阻抗匹配网络、集总元件电容器和电感器、以及三维空腔来实现非失真参数装置102。进一步，非失真参数装置102(例如，jpc)的动态范围可以通过例如使用铌结和纳米桥来增强形成jrm104的约瑟夫逊结106的临界电流来改进。通过用线性电感使jrm104的约瑟夫逊结106分流，诸如通过在环中使用被分流的约瑟夫逊结108，可以增加非失真参数装置102的可调谐带宽。此外，可通过经由适当设计的阻抗匹配网络将jrm104耦合到外部馈线来增强非失真参数装置102的瞬时
带宽。这将使装置能够在快速时标下工作并且支持快速和锐脉冲。
33.应当注意，虽然图1中所示的磁源182被示意性地绘制为超导磁性线圈，但是磁源182可以被实现为由dc电流和ac电流驱动的片上通量线和/或非常接近jrm的倒装芯片上实现的通量线。此外，应注意，在磁源182与jrm104之间应存在相对强的互感。
34.微波谐振器110和112、传输线116、传输线124、约瑟夫逊结106和108、jrmi04、以及通量线120包括超导材料。超导材料在临界温度以下表现出超导性。
35.图2描绘了根据本发明的一个或多个实施例的由电路100进行频率转换的脉冲整形的示例。非失真参数装置102可为无损jpc，其在全频率变换模式中操作，其中谐波受到抑制。图2和图3(下面讨论)包括图1的细节，尽管为了简明起见并且为了不模糊图2和图3省略了细节。
36.在图2中，非失真参数装置102在端口150(例如，端口a)处接收具有频率f1的连续波/信号并且在端口170(端口p)处接收具有频率f
p
的连续波/信号。非失真参数装置102在端口180(例如，端口m)处接收时变磁通量或脉冲磁通量。在该实例中，时变磁通量被示出为以从例如0至b1的幅值重复的方形脉冲。出于解释的目的示出了值0，并且幅值可以在任何值之间变化，包括在b1与非零值之间。非失真参数装置102被配置成用于生成输出信号，该输出信号具有频率f2并且使其脉冲或波形基于端口180处的时变磁通量输入而整形。关于处于频率f1的输入信号和处于频率f2的输出信号，施加泵信号(频率f
p
)以满足f
p
＝|f
2-f1|。与基于二极管的混频器不同，非失真参数装置102(例如，jpc)的工作点取决于从磁源182施加的磁通量偏置。通过根据时间改变所施加的磁通量，非参数化参数装置102被配置为对通过非参数化参数装置102的所传输的微波信号进行调制，从而导致由于频率转换而处于频率f2的输出信号的调制脉冲形状或波形形状。
37.磁源182可以由控制器(未示出)控制并且耦合至控制器(未示出)以生成端口180的时变磁通量。示例性控制器可包括或被耦合以控制电流源，电流源被配置为提供时变电流，诸如例如dc和ac电流。控制器可以包括被配置为读取/执行存储器中的计算机可执行指令的处理器，并且基于指令的执行，控制器被配置为使电流源改变提供给磁源182的电流，磁源182进而根据本发明的一个或多个实施例生成时变磁通量(例如，脉冲磁通量)。
38.在该实例中，图2示出了方波作为时变磁通量。可以设想，可以使用不同类型的时变磁通量对相应的输出信号(频率f2)进行脉冲整形。时变磁通量的类型的示例可包括矩形脉冲(例如，图2中描绘的)、正弦脉冲、高斯脉冲(例如，图3中描绘的)、升余弦(余弦平方)脉冲等。
39.图3描述了根据本发明的一个或多个实施方式的具有电路100的频率转换的脉冲整形。在图3中，非失真参数装置102可为在全频率变换模式中操作的无损jpc，其中谐波受到抑制。非失真参数装置102在端口150(例如，端口a)处接收具有频率f1的连续波/信号并且在端口170(端口p)处接收具有频率f
p
的连续波/信号。如本文中所论述，非失真参数化装置102在端口180(例如，端口m)处接收时变磁通量或脉冲磁通量。在该示例中，时变磁通量被示出为幅度在0至b1内变化的高斯脉冲。非失真参数装置102被配置成用于生成输出信号，该输出信号具有频率f2并且使其脉冲或波形基于端口180处的时变磁通量输入而整形，如图3中所示。应注意，图3中所示的磁通量调制的高斯形状是在输出处产生微波信号的高斯脉冲所需的实际脉冲形状的示例性简化。实际所需形状可使用装置时间响应(对时间)作
为所施加的磁通量的函数而以数学方式计算。再次，关于频率f1处的输入信号和频率f2处的输出信号，施加泵信号(频率f
p
)以满足关系f
p
＝|f
2-f1|＝|f
b-fa|。
40.如上文所论述，除了对输出信号的脉冲进行整形之外，图2和3中的非失真参数装置102使用频率转换来将端口150处的输入信号的输入频率f1转换成端口160处的输出信号的输出频率f2。虽然也可执行下转换，但采用上转换说明此实例。
41.在该冷却系统中存在通过一个超导电路(例如，以下讨论的电路100和电路400)对微波信号进行脉冲整形或波形整形的不同技术益处，该超导电路紧密靠近在该冷却系统中接收脉冲整形的微波信号的一个或多个量子处理器。使用室温电子装置产生微波信号/脉冲(其可以是量子位读出和量子位控制信号)并且通过微波线路将它们发射到位于稀释冰箱中的一个超导量子处理器上具有几个问题，尽管不是必需的，但是可以通过本发明的一个或多个实施例来避免和/或减轻这些问题。通过本发明的一个或多个实施例可以避免和/或减轻示范性问题包括以下。由于稀释制冷机的输入线中的不同阻抗失配和分散关系(即，频率相关性)，这些稀释制冷机典型地包含同轴电缆、微波连接器、滤波器、衰减器、微波部件，所传输的微波脉冲在其到该量子处理器的路径中经历畸变。这些失真可以导致读出、单量子位误差和双量子位门误差，尽管不是必需的，但是可以通过本发明的一个或多个实施例避免和/或减轻这些误差，因为脉冲整形发生在冷却系统内部。此外，应注意，当稀释制冷器处于室温时，这些变形可能难以测量和表征，这是因为这些微波组分的响应在冷却时趋于改变。
42.可以通过本发明的一个或多个实施例避免和/或减轻的另一个示范性问题包括以下。用于在室温下产生微波脉冲的基于二极管的混频器倾向于产生寄生谐波和边带，这些寄生谐波和边带可以引起量子处理器的读出和门错误，如果不是以增加该设置的开销为代价而被抑制或滤除的话。然而，可以通过本发明的一个或多个实施例来避免和/或减轻这些和其他问题，尽管不是必需的。通过本发明的一个或多个实施例可以避免和/或减轻附加示例问题包括以下。为了将量子处理器的读出谐振器屏蔽免于由于行进穿过读出输入线的噪声(这可能导致量子位移相)而导致的升高的热光子群体，在这些线中并入了重度滤波和衰减以便在读出谐振器的这些相对高的频率(例如，7千兆赫(ghz)或更高)处衰减热噪声。这还增加了对设置的硬件开销。然而，可以通过本发明的一个或多个实施例避免和/或减轻这些和其他问题，尽管不是必需的，因为高频率在冷却系统内部产生，而不是在室温下在外部产生。
43.图4描绘根据本发明的一个或一个以上实施例的耦合非失真参数装置的电路400的示意图。在图4中(连同图5和图6)，非失真参数装置包括图1中的非失真参数装置102的细节，并且两个非失真参数装置被指定为非失真参数装置102_1和102_2，尽管它们的结构名义上相同。为了简明起见，未在图4、图5和图6中描述图1中的非失真参数装置102的一些细节，而是类似地适用。
44.在图4中，非失真参数装置102_1和102_2分别包括它们自己的jrm 104，jrm 104在它们的基本本征模式的rf-电流波腹处被并入两个微波谐振器110(例如，谐振器a)和112(例如，谐振器b)中。如以上所讨论的，每个jrm104包括约瑟夫逊隧道结106。在电路400的非失真参数装置102_1中，谐振器110的一端(例如，谐振器a)经由耦合电容器114a和传输线116耦合至端口150_1(例如，端口a)，而谐振器110的另一端经由耦合电容器114a和传输线
116耦合至地。在非失真参数装置102_1中，谐振器112的一端(例如，谐振器b)经由耦合电容器114b和传输线116耦合到端口160_1(例如，端口b)，而谐振器112的另一端经由耦合电容器114b和传输线116耦合到接地。非失真参数装置102_1经由通量线120耦合至泵端口170_1。
45.类似地，在图4中的电路400的非失真参数装置102_2中，谐振器110的一端(例如，谐振器a)经由耦合电容器114a和传输线116耦合至端口150_2(例如，端口a)，而谐振器110的另一端经由耦合电容器114a和传输线116耦合至地。在非失真参数装置102_2中，谐振器112的一端(例如，谐振器b)经由耦合电容器114b和传输线116耦合到端口160_2(例如，端口b)，而谐振器112的另一端经由耦合电容器114b和传输线116耦合到接地。非失真参数装置102_2经由通量线120耦合至泵端口170_2。端口160_1和160_2(端口b)均由非失真参数装置102_1和102_2共享(例如，jpc是背靠背的)。
46.与图1相似，图4的电路400中的非失真参数装置102_1和102_2经由对应的端口180_1和180_2(端口m)通过其对应的jrm 104单独地接收磁通量(。图4示出了磁源182_1通过基于电流(i)产生磁场(例如，b场或磁通量密度)经由非失真参数装置102_1中的端口180_1向jrm 104提供外部通量偏置。类似地，图4示出了经由端口180_2向非失真参数装置102_2中的jrm 104提供外部通量偏置的磁源182_2。图4示出了芯片190上的电路400。尽管图4描绘了非失真参数装置102_1和102_2的微带实现方式，但是非失真参数装置102_1和102_2不意味着受限制并且其他实现方式是可能的，如在此所讨论的。
47.转向电路400的示例配置，图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的没有频率转换的脉冲整形(在比较输入信号和输出信号的频率时)。非失真参数装置102_1在端口150_1(例如，电路400中的输入端口a)处接收具有频率f1的连续波/信号并且在端口170_1(端口p)处接收具有频率f
p
的连续波/信号。非失真参数装置102_2在端口170_2(端口p)处接收具有频率f
p’的连续波/信号。混合耦合器502经由泵端口170_1和170_2连接到回路400。混合耦合器502的相对端连接至端口504，端口504在将泵信号分配至泵端口170_1和170_2之前接收泵信号，并且连接至端口506。端口506可耦合至冷终端，例如，标准50欧姆(ω)终端。混合耦合器502被示出为90
°
(度)混合耦合器，并且应当理解，可以使用其他类型的耦合器。端口170_1和170_2各自由于混合耦合器502而接收泵信号的幅值的一半。在本发明的一个或多个实施例中，可以省略混合耦合器502，并且泵端口170_1和170_2可以单独地接收它们的泵信号。
48.返回图5中的实例，非失真参数装置102_1在端口180_1(例如，端口m)处接收固定磁通量。固定磁通量不随时间变化，因此其幅值(b1)保持不变。尽管固定磁通量的幅值旨在随时间保持恒定和/或接近恒定，但应当理解的是，幅度在产生磁通量的设备的公差内是恒定的，并且由于误差引起的变化是可接受的。然而，非失真参数装置102_2在端口180_2(例如，端口m)处接收时变磁通量或脉冲磁通量，其中幅值随时间从例如0变化至b1。在该实例中，时变磁通量被示出为方形脉冲。
49.非失真参数装置102_1在端口160_1(端口b)处将经频率转换的信号输出到非失真参数装置102_2的端口160_2。如本文中所指出的，端口160_1和160_2是图5中的非失真参数装置102_1和102_2的共享端口。经频率转换的信号可以是在非失真参数装置102_1的端口150_1处接收的输入信号(f1)的上转换和/或下转换。在此实例中，输入信号的频率经上变
频为处于频率f2的信号且发射到非失真参数装置102_2。该频率f2下的该转换信号是中间信号。
50.响应于在端口160_2处接收到经频率转换的信号，非失真参数装置102_2被配置成用于生成输出信号，该输出信号具有频率f1并且使其脉冲或波形基于在端口180_2(端口m)处输入的时变磁通量整形。相对于频率为f1的输入信号和频率为f1的输出信号，施加泵信号(频率f
p
)以满足关系f
p
＝|f
2-f1|，假设频率转换的信号具有频率f2。如在此所指出的，非失真参数装置102_1和102_2(例如，jpc)的工作点取决于所施加的磁通量偏置。通过维持非失真参数装置102_1的固定磁通量并改变非失真参数装置102_2的外加磁通量作为时间的函数，非失真参数装置102_1和102_2被配置为对通过非失真参数装置102_1和102_2的传输的输入微波信号进行调制，从而在频率f1上产生输出信号的调制脉冲形状或波形形状。
51.可以使用耦合到一个或多个电流源的一个或多个控制器来控制磁源182_1和182_2分别产生用于端口180_1的固定磁通量和用于端口180_2的时变磁通量。在本发明的一个或多个实施例中，每个磁源182_1和182_2可以耦合至其自己的控制器和/或电流源。此外，控制器可控制电流源，该电流源具有用于独立地向磁源182_1和磁源182_2提供电流的多个输出。图5示出了作为时变磁通量的方波。如本文所指出的，可以利用不同类型的时变磁通量对相应的输出信号进行脉冲整形，同时保持频率f1。时变磁通量的示例类型可以包括矩形脉冲(例如，图5中描绘的)、正弦脉冲、高斯脉冲(例如，图6中描绘的)、升余弦(余弦平方)脉冲等。
52.图6示出了根据本发明的一个或多个实施方式的通过电路400进行频率保存的脉冲整形。在图6中，非失真参数装置102_1和102_2类似于图5，并且可以省略一些细节的讨论。非失真参数装置102_1在端口150_1(例如，电路400中的输入端口a)处接收具有频率f1的连续波/信号并且在端口170_1(端口p)处接收具有频率f
p
的连续波/信号。非失真参数装置102_2在端口170_2(例如，端口p)处接收具有频率f
p
的连续波/信号。
53.如在此所指出的，非失真参数装置102_1在端口180_1(例如，端口m)处接收固定磁通量，该固定磁通量不随时间改变并且因此其幅值(b1)保持不变。非失真参数装置102_2在端口180_2(例如，端口m)处接收时变磁通量或脉冲磁通量，其中幅值随时间从例如0变化至b1。在该示例中，时变磁通量被示出为高斯脉冲。
54.非失真参数装置102_1在端口160_1(端口b)处将经频率转换的信号输出到非失真参数装置102_2的端口160_2。经频率转换的信号可以是在非失真参数装置102_1的端口150_1处接收的输入信号(f1)的上转换和/或下转换。例如，处于频率f1的输入信号可以被上变频至频率f2，并且作为经频率转换的信号被传输至非失真参数装置102_2。响应于在端口160_2处接收到经频率转换的信号，非失真参数装置102_2被配置成用于生成输出信号，该输出信号具有频率f1并且使其脉冲或波形基于在端口180_2(端口m)处输入的时变磁通量整形。相对于频率为f1的输入信号和频率为f1的输出信号，施加泵信号(频率f
p
)以满足关系f
p
＝|f
2-f1|，假设频率转换的信号是频率f2。通过维持非非失真参数装置102_1的固定磁通量并改变非失真参数装置102_2的外加磁通量作为时间的函数，非失真参数装置102_1和102_2被配置为对通过非失真参数装置102_1和102_2的传输的输入微波信号进行调制，从而在频率f1上产生输出信号的调制脉冲形状或波形形状。
55.图5和图6描绘了其中非参数化参数装置102_1在端口180_1接收固定磁通量并且
非参数化参数装置102_2在端口180_2接收时变磁通量的示例，并且应当理解，其他架构是可能的。根据本发明的一个或多个实施例，电路400中的输出信号的相位和/或振幅(例如，频率)可以按时变磁通量的频率进行调制。在此实例中，非参数化参数装置102_1在端口180_1处接收时变磁通量，并且非参数化参数装置102_2在端口180_2处接收固定磁通量，这意味着分别施加到端口180_1和180_2的外部偏置是相反的。因此，在非失真参数装置102_2的端口150_2处传输的输出信号可以根据由非失真参数装置102_1在端口180_1处接收的时变磁通量的频率来调制其相位和/或振幅。电路400可耦合到接收器(未示出)，并且所发射的输出信号从电路400发射到接收器，从而允许电路400用于微波通信。
56.图7描绘了根据本发明的一个或多个实施例的一个系统700，该系统利用电路100来原位(in situ)(例如，在一个冷却系统中)产生和脉冲整形量子信号(例如，读出信号和/或量子位信号)。系统700包括电路100，该电路联接至冷却系统(例如像稀释制冷机)中的量子处理器702上。该量子处理器702可以包括多个超导量子位、读出谐振器、量子存储器、以及量子耦联装置。该量子处理器702包括耦合到读出谐振器712上的多个量子位710。谐振器是具有可用于存储信息的量子比特的全部或一部分的多个能级的物理组件。例如，谐振器可被实现为传输线、谐振腔或适于给定应用的任何其他结构。一般而言，谐振器将具有恒定的特性频率，尽管将理解可在给定应用所需的情况下使用可调谐谐振器组件。量子位是具有多个能量状态的物理组件，这些能量状态的群体可以被控制。该量子位可以被实施为例如可以在电容器的电场、电感器的磁场、以及超导相位差的某种组合之间传递能量的非谐振荡器。量子位的示范性实现方式可以包括约瑟夫逊结、线性电感器、超导回路、间隙电容、板式电容中的一个或多个，并且它可以被实现为例如一个cooper对盒量子位、传输量子位、通量鎓量子位(cooper pair box qubit，transmon qubit，fluxonium qubit)、以及通量量子位。
57.在图7中，一个或多个读出谐振器712被配置为推断或读出一个或多个量子位710的状态。这些读出谐振器712被配置为接收多个读出信号/脉冲，这些信号/脉冲致使这些读出谐振器712将它们的状态信息(该状态信息对应于一个或多个量子位710的状态)编码到离开量子处理器702的输出读出信号中。电路100用于产生和脉冲整形读出信号，这些信号是来自非失真参数装置102的端口160(例如，端口b)的输出信号。
58.将来自非失真参数装置102的端口160的输出信号用作量子处理器702的读出信号/脉冲为系统700提供了各种益处。因为通过使用处于f1和f
p
的连续波并且通过时变磁通量(例如，使用dc和/或ac电流)馈送非失真参数装置102(例如，jpc)来生成处于频率f2的读出脉冲，所以所产生的脉冲(即，输出信号)在距离上(例如，在同一冷却系统中)靠近量子处理器702并且由此避免(或经历更少)失真和与使用室温电子装置(其在冷却系统外部)生成的读出脉冲相关联的不想要的谐波。具体地，系统700避免了失真和与读出脉冲相关联的不想要的谐波，这些读出脉冲是使用室温电子装置产生的、并且通过包含多个衰减器、滤波器、微波电缆、以及连接器的稀释冰箱输入线向下传输的，所有这些由于各种难以避免的阻抗失配和频率分散而可能在到达量子处理器之前使沿这些线以频率f2向下传播的读出脉冲失真。这些室温电子装置通过输入管线连接到该冷却系统上，这些输入管线在室温下开始并且在该冷却系统内部结束。在图7中，连接电路100和量子处理器702的传输线路在冷却系统内。
59.此外，与通常在室温下产生的处于频率f2的高频微波信号相比，处于频率f1和f
p
的和时变磁通量的相对低频微波信号更容易且更便宜地产生和控制。因此，通过使电路100在冷却系统内与量子处理器702一起产生频率为f2的输出信号，系统700减少了引起量子位移相的读出谐振器712内部的热光子数目。尽管图7示出了一个电路100耦联到该量子处理器702上，但应了解的是，众多电路100可以耦联到该量子处理器702上。
60.图8根据本发明的一个或多个实施例描绘了一个系统800，该系统利用电路400在原位(例如，在冷却系统中)生成和脉冲整形量子信号(例如，读出信号和/或量子位信号)。系统800包括在冷却系统(例如像稀释制冷机)中联接到量子处理器702上的电路400。如在此讨论的，量子处理器702包括被耦联到读出谐振器712上的多个量子位或量子位710。可以基于接收量子位信号/脉冲来影响或改变一个或多个量子位710的状态，这些接收量子位信号/脉冲可以是在该量子位710的共振频率处或附近的一个信号。电路400被配置成用于生成并脉冲整形量子位信号(和/或读出信号)，这些量子位信号是来自非失真参数装置102_2的端口150_2的输出信号。
61.因为具有频率f1(对应于例如输出信号)的量子位信号/脉冲是通过分别用端口150_1处的频率f1的连续波、用泵端口170_1和170_2处的频率f
p
的连续波、用端口180_1处的固定磁通量、以及用端口180_2处的时变磁通量馈送这两个非失真参数装置102_1和102_2(例如，两个jpc)而生成的，所以所产生的脉冲(即，输出信号)在距离上(例如，在相同的冷却系统中)接近于量子处理器702；这样，到量子处理器702的输出信号避免了(或经历更少的)失真以及与使用冷却系统外部的室温电子装置所产生的量子位脉冲相关联的不希望的谐波。尽管在图8中示出的一个电路400连接到量子处理器702上，但应了解的是，许多电路400可以连接到量子处理器702上。
62.如在此所讨论的，系统800避免了使用室温电子装置产生并且通过稀释制冷机输入线向下传输的与退出脉冲相关联的失真和不希望的谐波，这些输入线包含多个衰减器、滤波器、微波电缆、和连接器，所有这些在到达该量子处理器之前可能潜在地使在这些线上以频率f1向下传播的量子位脉冲失真，这是由于沿长线的不同难以避免的阻抗失配和频率分散。这样，系统800被配置为在量子处理器702中提供更好的单量子位非保真度和双量子位门非保真度。
63.为了帮助理解读者及限制的目的，下文在图9、10a、10b及10c中论述关于非失真参数装置102的进一步细节。图9描绘了根据本发明的一个或多个实施例的在频率转换中的非失真的三波混合设备的信号流图。该超导非失真的三波混合装置具有三个端口，这些端口总体上被称为信号端口(s)(例如，端口a)、惰性者(idler)端口(i)(例如，端口b)、以及泵端口(例如，泵p)。该超导非失真的三波混合装置具有从idler端口到signal端口的传输t以及从signal端口到idler端口的传输t’。idler微波信号从idler到signal端口，以频率f2进入idler端口，被下变频，以频率f1离开signal端口。从信号到idler端口，信号微波信号以频率f1进入signal端口，被上变频，并且以频率f2离开idler端口。泵浦微波信号为上变频和下变频提供能量。泵频是f
p
，其中f
p
＝f
2-f1＝f
b-fa。
64.在无噪声频率转换中操作时，超导非失真的三波混合装置(如jpc)满足以下共振散射矩阵：
其中是馈送jpc的泵驱动器的相位，其中是泵光子通量(即，每单位时间泵光子的数目)。
65.全转换工作点是|r|2＝0，|t|2＝1，无反射且全透射变频。由于散射矩阵是单一的，因此下面的关系|r|2+|t|2＝1成立。整体保持传输信号的能量和相位相干性。jpc是包括三种模式的三波混合设备，三种模式是图10a中所示的差模x、图10b中所示的差模y、以及图10c中所示的共模z。
66.图10a、10b和10c描绘了jrm的模式x、y、z的rf-电压激励模式。这三种模式之间的耦合常数取决于jrm的外部约瑟夫逊结的约瑟夫逊能量、模式x、y、z的频率、以及三种模式的参与比率，它们对应于约瑟夫逊结(jj)电感与谐振模式结构的总电感的比率并且取决于穿过jrm回路的磁通量(φ
ext
)。jj的约瑟夫逊能量被表示为ej。分流jj的线性电感器被表示为l。
67.在图10a、图10b和图10c中，耦合常数的符号取决于在jrm的外部回路中的循环电流i
circ
(例如，dc电流)的方向，或者可替换地取决于穿过jrm回路的外部磁通量(φ
ext
)。当将泵浦驱动器(例如，强相干微波音调(tone))应用于jpc时，jpc的模式a和b之间的耦合常数由给出，其中，n
p
是驱动jrm的泵浦光子的平均数，并且是泵浦驱动器的相位。
68.提供关于感应分流的jrm的能量的进一步讨论。假设jrm能量由以下等式给出：给出：其中φ0是通量量子，并且是分流电感器的电感能量。此外是分别对应于模式x、y、z的微波激发的减小的广义通量。
69.在等式e
jrm
(jrm能量)中，项是jrm能量的主要项，并且其示出了之间的设备的三波混合操作。等式e
jrm
中的项中的项重整化模式x、y、z的频率。项是独立于示出了通过外部磁通量穿过jrm来启用三波混合操作。例如，在外部磁通量的情况下，这意味着在三种模式之间没有混合。虽然可能看起来应该保持常数，其中常数被设置成给出模式x和y的某些频率，但是本发明的一个或多个实施例被配置成使得可以在时间上被调制，其用于脉冲整形如本文所讨论的模式x和y的输出信号。
70.图11是根据一个或多个实施方式的用于利用频率转换的脉冲成型的方法1100的流程图。方法1100包含在框1102处通过混合装置(例如，非失真参数装置102)接收信号和时变磁通量(例如，经由端口180(端口m))。在框1104处，混合装置(例如，非失真参数装置102)经配置以使用所述信号和时变磁通量来产生输出信号(例如，经由端口160)，所述输出信号具有由所述时变磁通量设定的波形分布图。
71.信号包括第一微波信号(例如，频率f1处的输入信号)和第二微波信号(例如，频率fp
处的泵浦信号)，第一和第二微波信号处于不同的频率。时变磁通量(例如，经由端口180)是具有根据时间被调制的幅度的时变控制信号。微波信号是振幅、频率和相位随时间固定的连续波信号。该混合装置包括环调制器(例如，约瑟夫逊环调制器104)。输出信号(例如，频率为f2的输出信号)的波形分布至少部分地基于混合设备的环形调制器响应时变磁通量而生成。
72.图12是根据一个或多个实施方式的用于没有频率转换(即，输出信号和输入信号的频率相等(或基本上相等))的脉冲整形的方法1200的流程图。在框1202处，方法1200包含通过电路(例如，电路400)接收信号(例如，经由端口)和时变磁通量，所述电路包含耦合到第二混合装置(例如，非失真参数装置102_2)的第一混合装置(例如，非失真参数装置102_1)。在框1204处，电路(例如，电路400)被配置成用于使用这些信号(例如，经由端口150_1、150_2、170_1、170_2)和时变磁通量(经由端口180_2)来生成具有由该时变磁通量设定的波形分布图的输出信号。
73.时变磁通量是具有根据时间被调制的幅度的时变信号。该第一混合装置和该第二混合装置中的一者接收该时变磁通量，并且该第一混合装置和该第二混合装置中的另一者接收固定的磁通量。第一混合装置(例如，非失真参数装置102_1)经配置以使用所述信号的第一信号(例如，经由端口150_1的输入信号)和第二信号(例如，经由端口170_1的泵信号)来将中间信号(例如，经由端口160_1的经转换信号)提供到第二混合装置(例如，非失真参数装置102_2)。该第二混频装置被配置为从该第一混频装置接收中间信号，该第二混频装置被配置为使用该中间信号(例如，经转换的信号)作为输入来生成该输出信号(例如，经由端口150_2的输出信号)。
74.图13是根据一个或多个实施例的配置电路100的方法1300的流程图。在框1302处，方法1300包含将三波混合装置(例如，非失真参数装置102)耦合到磁源(例如，磁源182)，所述三波混合装置经配置以从磁源接收时变磁通量(例如，经由端口180)。在框1304处，方法1300包含配置三波混合装置(例如，非失真参数装置102)以产生具有由时变磁通量设定的波形分布图的输出信号(例如，经由端口160)。
75.时变磁通量是具有根据时间被调制的幅度的时变信号。所述三波混合设备包括环形调制器。输出信号的波形分布图至少部分地基于被配置为对时变磁通量作出响应的三波混合设备的环形调制器来生成。三波混合装置包括耦合到环形调制器的谐振器(例如，谐振器110(或谐振器a)、谐振器112(或谐振器b))。三波混合设备被配置为将具有原始波形分布图的输入信号转换成具有波形分布图的输出信号。
76.图14是根据一个或多个实施例的配置电路400的方法1400的流程图。在框1402处，方法1400包含在电路400中耦合第一三波混合装置(例如，非失真参数装置102_1)和第二三波混合装置(例如，非失真参数装置102_2)，第一三波混合装置耦合到第一磁源(例如，磁源182_1)以接收固定磁通量，第二三波混合装置耦合到第二磁源(例如，磁源182_2)以接收时变磁通量。在框1404处，方法1400包括配置电路400以生成输出信号(例如，经由端口150_2)，该输出信号具有由时变磁通量设定的波形分布图。
77.时变磁通量是具有根据时间被调制的幅度的时变信号。固定磁通量包括随时间保持恒定的大小。第一三波混合设备被配置为使用第一信号(例如，经由端口150_1的输入信号)和第二信号(例如，经由端口170_1的泵信号)来向第二三波混合设备提供中间信号(例
如，经由端口160_1的转换信号)。第二三波混合设备被配置为(例如，经由端口160_2)从第一三波混合设备接收中间信号，第二三波混合设备被配置为(例如，经由端口150_2)使用中间信号作为输入来生成输出信号。
78.根据一个或多个实施例，一种系统包括电路400和第一磁源182_1，电路400包括第一部分和第二部分，第一磁源182_1耦合到第一部分并且被配置为向第一部分提供固定磁通量。第二磁源182_2，其耦合到所述第二部分且经配置以向所述第二部分提供时变磁通量，其中所述电路400经配置以产生具有由所述时变磁通量设定的波形分布图的输出信号。
79.第一部分包含第一三波混合装置(例如，非失真参数装置102_1)，且第二部分包含第二三波混合装置(例如，非失真参数装置102_2)。该第一部分包括被配置为与该固定的磁通量相互作用的环调制器(例如，约瑟夫逊环调制器104)，并且该第二部分包括被配置为与该时变磁通量相互作用的另环调制器(例如，约瑟夫逊环调制器104)。第一部分被配置为将中间信号输出至第二部分，并且第二部分被配置为使用中间信号作为输入来生成输出信号。
80.本文参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不背离本发明的范围的情况下，可设计替代实施例。虽然在以下描述和附图中阐述了元件之间的不同连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，在此描述的许多位置关系在所描述的功能被维持时(即使取向被改变)是取向无关的。除非另有规定，否则这些连接和/或位置关系可以是直接或间接的，并且本发明在此方面并示意图是限制性的。因此，实体的连接可以指直接的或间接的连接，并且实体之间的位置关系可以是直接的或间接的位置关系。作为间接位置关系的实例，在本说明书中提及在层“b”上形成层“a”包括其中一个或多个中间层(例如，层“c”)在层“a”和层“b”之间的情况，只要中间层基本上不改变层“a”和层“b”的相关特征和功能。
81.以下定义和缩写将用于解释权利要求书和说明书。如在此使用的，术语“包括”、“包含”、“包括”、“包括”、“具有”、“具有”、“含有”或“含有”(“comprises，”“comprising，”“includes，”“including，”“has，”“having，”“contains”or“containing”)或其任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包含一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或这种组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备固有的其他要素。
82.此外，术语“示例性的”在本文中用于表示“用作实例、例子或例证”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式或设计不一定被解释为优于或优于其他实施方式或设计。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即，一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即，两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可包括间接“连接”和直接“连接”。
83.说明书中对“一个实施方式”、“实施方式”、“示例性实施方式”等的引用表示所描述的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施方式可以包括或可以不包括特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指相同的实施方式。进一步，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例(无论是否明确描述)影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。
84.出于下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底
部”及其派生词将涉及如图中定向的所描述的结构和方法。术语“覆盖”、“顶部”、“在顶部”、“定位在
…
上”或“定位在
…
顶部”是指第一元件(如第一结构)存在于第二元件(如第二结构)上，其中插入元件(如界面结构)可以存在于第一元件与第二元件之间。术语“直接接触”是指诸如第一结构的第一元件和诸如第二结构的第二元件在两个元件的界面处没有任何中间导电、绝缘或半导体层的情况下连接。
85.术语“约”、“基本上”、“大致”及其变型旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的
±
8％或5％、或2％的范围。
86.附图中的流程图和框图示出了根据本发明的不同实施例的制造和/或操作方法的可能实现方式。在流程图中由方框表示该方法的不同功能/操作。在一些备选实现中，框中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。
87.已经出于说明的目的呈现了本发明的各种实施方式的描述，但并不旨在是详尽的或者限于所描述的实施方式。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对本领域普通技术人员将是显而易见的。本文使用的术语被选择来最好地解释实施例的原理、实际应用或优于市场中发现的技术的技术改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解本文描述的实施例。