專利名稱：用于模擬處理的系統(tǒng)、裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露總體上涉及模擬計算與模擬處理器(例如)量子計算與量子處理器。
背景技術(shù)：
量子計算的涂徑對于量子計算機的設(shè)計及運作存在幾種通用的途徑。這種途徑之一是量子計算的 “電路模型”。在這種途徑中，通過多個邏輯門序列對量子位起作用，這些邏輯門序列是一種 算法的經(jīng)過編譯后的表示。已有大量研究工作集中于開發(fā)具有足夠相干性的量子位，以形 成電路模型量子計算機的基本元件。對于量子計算的另一個途徑涉及將多個耦聯(lián)的量子系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)的自然物 理演化來作為一個計算系統(tǒng)。這種途徑并不利用量子門與量子電路。取而代之的是，該計 算系統(tǒng)始于一個已知的具有一個容易達到的基態(tài)的初始哈密爾頓算子、并且被可控制地引 導(dǎo)到一個最終的哈密爾頓算子，其基態(tài)即代表對于問題的答案。這種途徑不需要很長的量 子位相干時間而且可以比電路模型更加魯棒。此類途徑的實例包括絕熱量子計算與量子退 火。超導(dǎo)量子位超導(dǎo)量子位是可以包括在一個超導(dǎo)集成電路之中的一類超導(dǎo)量子裝置。根據(jù)用于 對信息進行編碼的物理特性，超導(dǎo)量子位可以被分為幾個類別。例如，它們可以被分為電 荷、通量與相位裝置。電荷裝置以該裝置的電荷狀態(tài)來存儲和處理信息。通量裝置以與通 過該裝置的某個部分的磁通量相關(guān)的一個變量來存儲信息。相位裝置以與該相位裝置的兩 個區(qū)域之間的超導(dǎo)相位差相關(guān)的一個變量來存儲信息。近來已經(jīng)開發(fā)出使用兩種或更多種 電荷、通量與相位自由度的混合裝置。超導(dǎo)集成電路可以包括單通量量子(SFQ)裝置。在美國專利申請序列號 11/950，276中說明了 SFQ裝置與超導(dǎo)量子位的集成。

發(fā)明內(nèi)容
一種系統(tǒng)可以被歸納為包括一個第一量子位；一個第二量子位，其中該第一量 子位的一部分與該第二量子位相交叉；以及一個耦聯(lián)器，該耦聯(lián)器具有一個周邊、在該第一 量子位與該第二量子位之間提供了一種耦聯(lián)、并且鄰近該第一量子位與該第二量子位相交 叉的部分。
該第一量子位可以與該第二量子位基本上垂直地交叉。該耦聯(lián)器的周邊可以包圍 該第一量子位與該第二量子位相交叉部分的至少一部分。該耦聯(lián)器的周邊可以包圍該第一 量子位的未與該第二量子位相交叉的一個第一部分以及該第二量子位的未與該第一量子 位相交叉的一個第二部分。該耦聯(lián)器的周邊可以包括基本上平行于該第一量子位的一個長 度延伸的一個第一臂以及基本上平行于該第二量子位的一個長度延伸的一個第二臂。該第 一量子位可以包括在一個第一臨界溫度下是超導(dǎo)的一個超導(dǎo)材料的第一量子位回路，以及 至少一個約瑟夫遜結(jié)；該第二量子位包括在一個第二臨界溫度下是超導(dǎo)的一個超導(dǎo)材料的 第二量子位回路，以及至少一個約瑟夫遜結(jié)；并且該耦聯(lián)器包括在一個第三臨界溫度下是 超導(dǎo)的一個超導(dǎo)材料的耦聯(lián)回路。該耦聯(lián)回路可以被至少一個約瑟夫遜結(jié)中斷。該耦聯(lián)器 可以在與該第一和第二量子位分開的一個層上。該耦聯(lián)器可以在與該第一或第二量子位之 一相同的一個層上。該第一耦聯(lián)器可以是可運行的以便至少以鐵磁地、反鐵磁地與橫向地 方式之一使該第一量子位與該第二量子位相耦聯(lián)。一種多層的計算機芯片可以被歸納為至少部分地布置在一個第一金屬層中的一 個第一復(fù)數(shù)N個量子位；至少部分地布置在一個第二金屬層中的一個第二復(fù)數(shù)M個量子位； 該第二復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位相交叉；以及 一個第一復(fù)數(shù)N乘以M個耦聯(lián)裝置，這些耦聯(lián)裝置各自鄰近來自該第一與該第二復(fù)數(shù)個量 子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉之處。這些耦聯(lián)裝置中的至少一個可以包括基本上平行于該第一復(fù)數(shù)N個量子位中的 一個量子位的一個長度延伸的一個第一臂以及基本上平行于該第二復(fù)數(shù)M量子位中的一 個第二量子位的一個長度延伸的一個第二臂。該多個耦聯(lián)裝置可以被至少部分地布置在該 第二金屬層中。M可以等于N。該多層的計算機芯片可以包括一個金屬屏蔽層，該屏蔽層被 放置為用于減小圍繞這些量子位以及這些耦聯(lián)器的磁噪聲。該第二復(fù)數(shù)個量子位可以被布 置在該第二金屬層以及該第一金屬層二者中，并且多個通道可以在該第二與該第一金屬層 之間提供對應(yīng)的電流路徑。該多個耦聯(lián)裝置可以既被布置在該第二金屬層之中又被布置在 該第一金屬層之中并且多個通道可以在該第二與該第一金屬層之間提供多個對應(yīng)的電流 路徑。該第一復(fù)數(shù)個量子位的這些量子位可以被安排為彼此平行，該第二復(fù)數(shù)個量子位中 的這些量子位可以被安排為彼此平行，而該第二復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位可以被安排 為垂直于該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位。該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位能夠 以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第η量子位，該第二復(fù)數(shù)個量子位中的這 些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第m量子位，該第一復(fù)數(shù)個量子 位中的該第一量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位上，該第一復(fù) 數(shù)個量子位中的一個第二量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子 位上，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的 一個第三量子位上，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的一個第四量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù) 個量子位中的一個第四量子位上，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位是可控制地可耦 聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的該第二、第三以及第四量子位中的每一個上，該第一復(fù)數(shù)個 量子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第三以及第 四量子位中的每一個上，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的該第三量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第 二復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二與第四量子位中的每一個上，并且該第一復(fù)數(shù)個量子位中的該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二以及第三量子位 中的每一個上，以形成一個第一 K4模塊。該多層的計算機芯片可以包括布置在一個第一 金屬層中的一個第三復(fù)數(shù)I個量子位；至少部分地布置在一個第二金屬層中的一個第四復(fù) 數(shù)J個量子位，該第二復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子 位相交叉；布置在一個第一金屬層中的一個第五復(fù)數(shù)K個量子位；至少部分地布置在一個 第二金屬層中的一個第六復(fù)數(shù)L個量子位，該第二復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位與該第一 復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位相交叉；一個第二復(fù)數(shù)I乘以J個耦聯(lián)裝置，該第二復(fù)數(shù)個耦 聯(lián)裝置中的每個耦聯(lián)裝置至少部分地包圍來自該第三以及第四復(fù)數(shù)個量子位的一個對應(yīng) 的量子位對彼此交叉的一個區(qū)域，其中該第三復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的 順序從一個第一量子位排列到一個第η量子位，該第四復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一 種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第η量子位，該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第一 量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量子位中的該第一、第二、第三與第四量子位中 的每一個上，該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量 子位中的第一、第二、第三與第四量子位中的每一個上，該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第三量 子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二、第三與第四量子位中的每 一個上，并且該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量 子位中的第一、第二、第三與第四量子位中的每一個上，以形成一個第一雙部分的模塊；以 及一個第三復(fù)數(shù)K乘以L個耦聯(lián)裝置，該第二復(fù)數(shù)個耦聯(lián)裝置中的每個耦聯(lián)裝置至少部分 地包圍來自該第三與第四復(fù)數(shù)個量子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉的一個區(qū)域，其中 該第五復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第 η量子位，該第六復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列 到一個第η量子位，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個 量子位中的該第一量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該 第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量子位被鐵 磁地耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的一個第 四量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第四量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子 位中的該第一量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的該第二、第三與第四量 子位中的每一個上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù) 數(shù)個量子位中的第一、第三與第四量子位中的每一個上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第三 量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二與第四量子位中的每一個 上，并且該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位 中的第一、第二與第三量子位中的每一個上，以形成一個第二 K4模塊，并且其中該第三復(fù)數(shù) 個量子位中的這些量子位被鐵磁地與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位的對應(yīng)的那些 相耦聯(lián)，并且其中來自該第四復(fù)數(shù)個量子位的這些量子位被鐵磁地與該第六復(fù)數(shù)個量子位 中的這些量子位的對應(yīng)的那些相耦聯(lián)，以形成一個第一 K8模塊。該多層的計算機芯片可以 包括一個額外的復(fù)數(shù)個量子位以及一個額外的復(fù)數(shù)個耦聯(lián)器，它們被配置為用來形成一個 第二K8模塊，其中來自該第一1(8模塊的至少一個量子位被可控制地耦聯(lián)到來自該第二 1(8模 塊的至少一個量子位上。這些耦聯(lián)器中的至少一個可以是一個拐角耦聯(lián)器，該拐角耦聯(lián)器 是可運行的以便將來自該第一 K4模塊的至少一個量子位耦聯(lián)至來自該第五或第六復(fù)數(shù)個量子位的一個相應(yīng)的對應(yīng)量子位上。該多層計算機芯片可以包括一個超導(dǎo)探針卡以便在該 多層的計算機芯片與一個數(shù)字計算機之間建立一個接口，該超導(dǎo)探針包括一個印刷電路 板，該印刷電路板包括攜帶了至少一個第一傳導(dǎo)跡線的一種介電媒介，其中該第一傳導(dǎo)跡 線是由在低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成的；以及至少一個第一傳導(dǎo)針，該第一 傳導(dǎo)針至少部分地是由在低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該第一傳導(dǎo)針 的一個第一末端被可聯(lián)通地連接到該印刷電路板上的該第一傳導(dǎo)跡線上，并且該第一傳導(dǎo) 針的一個第二末端是楔形的以形成一個尖端。一個超導(dǎo)探針卡可以概述為包括一個印刷電路板，該印刷電路板包括攜帶了至 少一個第一傳導(dǎo)跡線的一種介電媒介，其中該第一傳導(dǎo)跡線是由在低于一個臨界溫度時超 導(dǎo)的一種材料形成的；以及至少一個第一傳導(dǎo)針，該第一傳導(dǎo)針至少部分地是由在低于一 個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成的，其中該第一傳導(dǎo)針的一個第一末端被可聯(lián)通地連接 到該印刷電路板上的該第一傳導(dǎo)跡線上，并且該第一傳導(dǎo)針的一個第二末端是楔形的以形 成一個尖端；其中該第一傳導(dǎo)跡線的臨界溫度與該第一傳導(dǎo)針的臨界溫度均大約等于或者 大于該超導(dǎo)探針卡的工作溫度。該印刷電路板可以攜帶由低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種 材料所形成的至少一個第一觸墊，并且該第一觸墊可以被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到該第一傳 導(dǎo)跡線上，這樣使該第一傳導(dǎo)跡線與該第一傳導(dǎo)針之間的可聯(lián)通連接是通過該第一觸墊而 實現(xiàn)的。該第一傳導(dǎo)針的第一末端可以被涂覆一種低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的可焊接材 料，這樣使該第一傳導(dǎo)針的第一末端可以通過一種超導(dǎo)焊料連接而可聯(lián)通地連接到該印刷 電路板的第一觸墊上。該可焊接材料可以包括鋅。該可焊接材料可以包括錫與鉛中至少 一種。該第一傳導(dǎo)針可以用一種鎢錸合金來形成，其中該合金中錸的比例大于4%并且小 于50%。該合金中錸的比例可以在10%-40%的范圍之內(nèi)。該合金中錸的比例可以是大 約26%。該印刷電路板可以包括一個穿過該介電媒介的孔，并且該第一傳導(dǎo)針在其長度上 可以包括一個彎曲，這樣使該第一傳導(dǎo)針的第二末端上的尖端穿過該孔而延伸。該第一傳 導(dǎo)針的第二末端可以被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到一個超導(dǎo)裝置。該超導(dǎo)裝置可以包括一個超 導(dǎo)集成電路。該超導(dǎo)裝置可以包括一個超導(dǎo)處理器。該超導(dǎo)處理器可以包括一個超導(dǎo)量子 處理器。該超導(dǎo)量子處理器可以包括選自下組的至少一個裝置該組的組成為超導(dǎo)通量量 子位、超導(dǎo)相位量子位、超導(dǎo)電荷量子位、超導(dǎo)混合量子位、超導(dǎo)耦聯(lián)裝置、以及超導(dǎo)讀出裝 置。該超導(dǎo)探針卡可以進一步包括由該介電媒介所攜帶的多條額外的傳導(dǎo)跡線，其 中這些額外傳導(dǎo)跡線中的每一條由低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成；以及多個額 外的傳導(dǎo)針，其中這些額外的傳導(dǎo)針中的每一根由低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形 成，并且其中這些額外傳導(dǎo)針中的每一個的對應(yīng)的第一末端被可聯(lián)通地連接到該多條額外 傳導(dǎo)跡線中的至少一條上，而這些額外傳導(dǎo)針中的每一個的對應(yīng)的第二末端是楔形的以形 成一個尖端；其中該多條額外傳導(dǎo)跡線的臨界溫度與該多個額外傳導(dǎo)針的臨界溫度均大約 等于或者大于該超導(dǎo)探針卡的工作溫度。該印刷電路板可以攜帶多個觸墊，其中每個觸墊 是由低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成的，并且其中每個觸墊被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連 接到這些傳導(dǎo)跡線中的一條對應(yīng)的跡線上，這樣使一條超導(dǎo)跡線與至少一個超導(dǎo)針之間的 每個可聯(lián)通連接是通過一個對應(yīng)的觸墊來實現(xiàn)的。每個傳導(dǎo)針的第一末端可以被涂以低于 一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種可焊接材料，并且每個傳導(dǎo)針的第一末端可以通過一種超導(dǎo)焊料連接來可聯(lián)通地連接到該印刷電路板的至少一個觸墊上。該印刷電路板可以包括穿過該 介電媒介的一個孔并且每個傳導(dǎo)針在其長度上包括一個彎曲，這樣使每個傳導(dǎo)針的第二末 端上的尖端穿過該孔而延伸。每個傳導(dǎo)針的第二末端可以被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到一個超 導(dǎo)裝置所攜帶的至少一個觸墊上。該介電媒介、該第一傳導(dǎo)跡線、以及該第一傳導(dǎo)針各自可 以由基本上非磁性的材料來形成。該超導(dǎo)探針卡可以包括至少兩根傳導(dǎo)針，他們均被可聯(lián) 通地連接到該印刷電路板的同一條傳導(dǎo)跡線上。該第一傳導(dǎo)針可以包括低于該臨界溫度時 超導(dǎo)的材料的一個鍍層。


在這些附圖中，相同的參考數(shù)字標識出相似的元件或者動作。附圖中元件的尺寸 和相對位置不一定是按比例繪制的。例如，不同元件的形狀以及角度不一定按比例繪制，并 且這些元件中的一些被任意地放大和定位以提高附圖的易讀性。另外，所繪出的這些元件 的特定形狀并非旨在傳遞與這些特定元件的實際形狀有關(guān)的任何信息，并且選取它們只是 為了方便在圖中識別。圖IA與IB是功能示圖，示出根據(jù)一個說明性實施方案的用于解決計算問題的系 統(tǒng)。圖2A是示出根據(jù)一個說明性實施方案的用于求解計算問題的系統(tǒng)的簡圖。圖2B是示出根據(jù)一個說明性實施方案的用于求解計算問題的系統(tǒng)的簡圖。圖3是一個來源圖的簡圖。
圖4是一個來源圖的簡圖。圖5是示出根據(jù)一個額外的說明性實施方案的用于求解計算問題的系統(tǒng)的簡圖。圖6是示出根據(jù)另一個說明性實施方案的用于求解計算問題的系統(tǒng)的簡圖。圖7是根據(jù)所展示的實施方案的一種超導(dǎo)探針卡的俯視圖。圖8A是根據(jù)所展示的實施方案用于超導(dǎo)探針卡的一種超導(dǎo)針的側(cè)視圖。圖8B是根據(jù)所展示的實施方案用于超導(dǎo)探針卡并在其長度內(nèi)包含一個彎曲的一 種超導(dǎo)針的側(cè)視圖。
具體實施例方式在以下說明中，列舉了某些特定的細節(jié)以便提供對所披露的不同實施方案的全面 理解。但是，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到，多個實施方案可以無需這些具體細節(jié)中的一 個或多個來實現(xiàn)，或者可以使用其他方法、元器件、材料等來實現(xiàn)。在其他實例中，并未詳細 示出或者說明與量子處理器、量子位、耦聯(lián)器、控制器、讀出裝置和/或接口有關(guān)的一些熟 知的結(jié)構(gòu)，以避免對這些實施方案的不必要的晦澀說明。除非上下文另有要求，在整個說明書和所附的權(quán)利要求書中，“包括”一詞及其多 種變體(例如，“包括了”和“包括著”)將以一種開放式的和包含性的意義來進行解釋，即 作為“包括，但不限于”。遍及本說明書提到的“一種實施方案”或“一個實施方案”意味著與該實施方案相 關(guān)聯(lián)地描述的一個具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個實施方案中。因此，貫穿本說 明書在不同地方出現(xiàn)的短語“在一種實施方案中”、“在一個實施方案中”并不一定全部是指同一個實施方案。此外，這些具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性能夠以任何適當?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個或 者多個實施方案中。如在本說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式的“一個”以及“該”包括 復(fù)數(shù)對象，除非文中另外明確指明。還應(yīng)注意，術(shù)語“或者”總體上所使用的意義包括“和/ 或”，除非內(nèi)容另外明確指明。在此提供的本披露小標題以及摘要只是為了方便起見，而并非解釋這些實施方案 的范圍或含意。用于求解計算問題的系統(tǒng)圖IA示出一個示例性的問題求解系統(tǒng)100。問題求解系統(tǒng)100可以包括一臺計算 機102和一個模擬處理器150。模擬處理器是采用一個物理系統(tǒng)的基本特性來尋求一個計 算問題的解決方案的一種處理器。與一個數(shù)字處理器(它需要一種算法來尋找問題的解決 方案，然后根據(jù)布爾方法來執(zhí)行該算法的每個步驟)相比，模擬處理器并不涉及布爾方法。計算機102可以包括一個或者多個控制器，如微處理器110、非易失性存儲控制器
125、數(shù)字信號處理器(DSP)(未示出)、模擬處理器150、以及類似元件。計算機102可以進 一步包括通過一個或者多個總線106耦聯(lián)到控制器110、125、150上的一個或者多個存儲器
126。該一個或者多個存儲器的實例包括用于存儲系統(tǒng)控制程序(例如，操作系統(tǒng)128、從 主非易失性存儲單元120載入的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)以及類似物)的一個系統(tǒng)存儲器126，如高 速隨機存取存儲器(RAM)，以及一個只讀存儲器(ROM)。計算機102還可以包括一個主非易 失性存儲單元120、一個用戶接口 114、一塊網(wǎng)絡(luò)接口卡(OTC) 124、通信電路、一個網(wǎng)絡(luò)連接 118、以及類似裝置。NIC 124、通信電路、網(wǎng)絡(luò)連接118以及類似裝置可以提供一個或者多 個通信路徑，例如允許該系統(tǒng)與一個或者多個外部裝置(例如，外部的計算系統(tǒng)、服務(wù)器計 算系統(tǒng)、存儲器、等等)進行通信。用戶接口 114還可以包括一個或者多個輸入裝置116，包 括一個顯示器112、一個鼠標、一個鍵盤、以及其他外圍設(shè)備。計算機102可以包括一個操作系統(tǒng)128，用于掌控不同的系統(tǒng)服務(wù)，譬如文件服 務(wù)，以及用于執(zhí)行硬件相關(guān)的任務(wù)。操作系統(tǒng)128的實例包括UNIX、Windows NT、Windows XP、DOS、LINUX、VMX、以及類似操作系統(tǒng)。可替代地，可以沒有操作系統(tǒng)128，而多條指令可 以按照(例如)一種菊花鏈的方式來執(zhí)行。在一個實施方案中，計算機102可以采取一臺 數(shù)字式計算機的形式。在另一個實施方案中，模擬處理器150可以與一臺計算機102進行
通{曰。模擬處理器150可以采取圖IB所示的量子處理器150a的形式，包括形成一種互 聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)的多個量子位172a-172d(圖中僅列出四個)、多個耦聯(lián)裝置174a_174d(圖中僅 列出四個)、一個讀出裝置160、一個量子位控制系統(tǒng)162、以及一個耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164。 量子處理器150a可以包括至少兩個量子位172a、172b，至少一個耦聯(lián)裝置174a、以及至少
一個本地偏置裝置。量子位172的互連拓撲結(jié)構(gòu)整體地用作執(zhí)行量子計算的基礎(chǔ)，并且可以采取超導(dǎo) 量子位的形式。量子位的實例包括量子粒子、原子、電子、光子、離子、等等。例如，典型的超 導(dǎo)量子位具有可拓展性的優(yōu)點，并且總體上根據(jù)物理性能來進行分類，用于對信息進行編 碼的這些物理性能包括(例如)電荷與相位裝置、相位或通量裝置、混合裝置、等等。量子處理器150a可以進一步包括一個讀出裝置160。讀出裝置160可以包括多個dc-SQUID磁力計，每個磁力計被感應(yīng)地連接到互連拓撲結(jié)構(gòu)172中的一個不同的量子位 上。NIC 124可被配置為用來接收來自讀出裝置160的一個電壓或者電流。包括被至少一 個約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個超導(dǎo)材料回路的這種dc-SQUID磁力計是本領(lǐng)域所熟知的。量子位控制系統(tǒng)162可以包括用于量子位互連拓撲結(jié)構(gòu)172的一個或者多個控制 器。耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164可以包括一個或者多個用于這些耦聯(lián)裝置的耦聯(lián)控制器，整體 記為174。耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164中的每個對應(yīng)的耦聯(lián)控制器可以被配置為用來從零到一 個最大值調(diào)諧對應(yīng)的耦聯(lián)裝置174a-174d的耦聯(lián)強度。耦聯(lián)裝置174可以被調(diào)諧以便(例 如)在多個量子位172之間提供鐵磁的或者反鐵磁的耦聯(lián)。問題求解系統(tǒng)100可以進一步包括多種程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。典型地，某些或者全部 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序可以存儲在一個或者多個存儲器之中，包括系統(tǒng)存儲器126、隨機訪問存 儲器111、只讀存儲器113，以及類似的存儲器。這可以包括存儲關(guān)于以下至少一項的信息 對應(yīng)于至少一個該可控制耦聯(lián)裝置的一個耦聯(lián)狀態(tài)、或者對應(yīng)于至少一個該量子裝置的一 個初始基本狀態(tài)。同樣地，這些程序與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者信息可以使用一個或者多個微處理器 110、模擬處理器150、以及類似裝置來進行處理。對應(yīng)于至少一個該可控制耦聯(lián)裝置的一個 耦聯(lián)狀態(tài)或者對應(yīng)于至少一個該量子裝置的一個初始基本狀態(tài))可以存儲在(例如)非易 失性存儲單元120之中。在某些實施方案中，某些或者全部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序可以存儲在 圖IA中未示出的一臺或者多臺遠程計算機中，條件是該一臺或者多臺遠程計算機是可以 由計算機102來尋址的，即，該遠程計算機與計算機102之間存在某種通信措施，這樣使數(shù) 據(jù)能夠在于(例如)一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(如，互聯(lián)網(wǎng)、一種串行連接、一種并行連接、以太網(wǎng)、以 及類似網(wǎng)絡(luò))上，由此使用一種通信協(xié)議(如，F(xiàn)TP、telnet、SSH、IP、以及類似協(xié)議)在多 個計算機之間進行交換。在某些其他實施方案中，某些或者全部的這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序可 以被冗余地在一臺和/或者多臺遠程計算機(未示出)上進行存儲與處理，條件是該一臺 或者多臺遠程計算機可以由計算機102尋址。問題求解系統(tǒng)100可以進一步包括一個接收器130、一個預(yù)處理管理器132、一個 模擬處理器接口 134如一個量子處理器接口 134a、及一個后處理管理器136。接收器130 可以被配置為用于接收有待在模擬處理器150上求解的問題。接收器130可以進一步被配 置為用于發(fā)送對一個計算問題處理請求的響應(yīng)。在一個實施方案中，接收器130、預(yù)處理管理器132、量子處理器接口 134a以及后 處理管理器136均在一個或者多個數(shù)字計算系統(tǒng)中實施。在另一個實施方案中，至少接收 器130、預(yù)處理管理器132、量子處理器接口 134a、以及后處理管理器136之一可以位于遠離 量子處理器150a的一個地點。微處理器110可以被配置為用于部分地根據(jù)與同樣復(fù)雜程度問題的比較來確定 對該計算問題處理請求產(chǎn)生一個或者多個解答的估計。模擬處理器150可以是可運行的以產(chǎn)生對由計算問題處理請求所識別的計算問 題的一個或者多個解答。在某些實施方案中，模擬處理器150可以是可運行的，以便通過該 模擬處理器的一種物理演化來獲取對這些計算問題的一個或者多個解答。在另一個實施方 案中，問題求解系統(tǒng)100可以包括多個額外的模擬處理器150，這些額外的模擬處理器是可 運行的，以便冗余地共同處理對由計算問題處理請求所識別的計算問題的一個或者多個解 答。
一個計算問題可以由該問題求解系統(tǒng)100通過一個電話調(diào)制解調(diào)器、一個無線調(diào) 制解調(diào)器、一個局域網(wǎng)連接、一個廣域網(wǎng)連接、一個便攜式數(shù)字數(shù)據(jù)裝置、以及類似裝置來 接收。接收器130所接收的信息可以包括多個量子位172之間的耦合初始值、量子位172 的本地偏置、運行時間控制參數(shù)等等?？商娲?，接收器130所接收的信息可以包括一個圖 (它代表一個計算問題)、宏語言指令(如AMPL，它定義一個計算問題)等等。接收器130可以是可運行的，以便提供用于規(guī)劃一個計算、以及獲取該問題的解 答的指令。在一個實施方案中，收集該計算的一個解答作為量子處理器150a的一個輸出。 在另一個實施方案中，接收器130可以任選地包括一個圖形用戶接口(⑶I)、命令行接口 (CLI)、文本用戶接口(TUI)等等。在另一個實施方案中，接收器130是可運行的以接收該 計算問題的圖形表示。問題求解系統(tǒng)100可以進一步包括一個或者多個通信鏈接，例如像，一種網(wǎng)絡(luò)連 接118，用于在接收器130、預(yù)處理管理器132、量子處理器接口 134a、量子處理器150a、以及 后處理管理器136中的至少兩個之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。該通信鏈接可以進一步包括一個加 密接口(未示出)。預(yù)處理管理器132可以被配置為用于接收來自接收器130的計算問題處理請求， 并且將這些計算問題處理請求轉(zhuǎn)換為一個第一系列的指令。預(yù)處理管理器132可以進一步 被配置為用于確定一個第一哈密爾算子。在一個實施方案中，預(yù)處理管理器132被配置為 用于將一個計算問題映射成具有同等復(fù)雜度級別的一個問題。在另一個實施方案中，預(yù)處 理管理器132包括用來將該計算問題映射成至少一個具有同等、更高、或者更低復(fù)雜度級 別的問題的邏輯。在一個實施方案中，用于將該計算問題映射到模擬處理器150上的邏輯 包括將該計算問題映射到一個拓撲表示上并且將該拓撲表示嵌入到模擬處理器150上的 指令。在一個實施方案中，該拓撲表示的形式是一個平面圖或者一個非平面圖中的至少一 個。在另一個實施方案中，該拓撲表示是多個頂點與一個或者多個邊形式的一種圖形。在另 一個實施方案中，該拓撲表示是與量子位的互連拓撲所擁有的結(jié)構(gòu)相同的一張互聯(lián)圖形。在另一個實施方案中，預(yù)處理管理器132被配置為用于將一個計算問題映射至模 擬處理器150 (例如)量子處理器150a。將一個計算問題映射至模擬處理器150可以包括 (例如)將該計算問題映射至一個圖形并且將該圖形嵌入到模擬處理器150。量子處理器接口 134a可以是可運行的以便接收來自預(yù)處理管理器132的一個第 一系列的指令。量子處理器150a可以被配置為用于接收來自量子處理器接口 134a的一個 第二系列的指令，并且通過該模擬處理器的一種物理演化來獲取對該計算問題處理請求的 一個解答。后處理管理器136可以被配置為用于將該解答轉(zhuǎn)換成一種后處理的解答。預(yù)處理管理器132可以包括一個映射器接口，該接口被配置為用于將一個待求解 的計算問題映射成一種可由模擬處理器150求解的對應(yīng)問題描述。該映射器接口可以被配 置為用于將多個問題從一種圖形表示映射成模擬處理器150的特定配置所需的目標圖形 表示。在一個實施方案中，該目標圖形表示可以包括一種互連的拓撲結(jié)構(gòu)，模擬處理器150 可以采取一個量子處理器150a的形式，該量子處理器可以包括量子位172與耦聯(lián)裝置174 組成的一種格柵，并且每個耦聯(lián)裝置174可以被配置為用于將兩個量子位172耦聯(lián)在一起。該映射器接口可以被配置為用于將某些NP問題(例如一個數(shù)學(xué)問題，如最大獨立 集問題、最大團問題、最大切割問題或者k-SAT問題，或者一個難題，諸如一個整數(shù)規(guī)劃問題、一個約束優(yōu)化問題、一個因子分解問題、一個預(yù)測模型問題、一個運籌學(xué)問題、一個金融 資產(chǎn)組合選擇問題、一個調(diào)度問題、一個供應(yīng)管理問題、一個電路設(shè)計問題、一個旅行路線 優(yōu)化問題、一個企業(yè)流程仿真問題、一個生態(tài)環(huán)境仿真問題、一個蛋白質(zhì)折疊仿真問題、一 個分子基態(tài)仿真問題或者一個量子系統(tǒng)仿真問題、以及等等類似的問題)映射成另一個NP 問題，如伊辛自旋玻璃問題或者其他已經(jīng)提到的問題。一旦解決一個希望的問題所需要的目標圖形表示已經(jīng)被該映射器接口所映射，量 子處理器接口 134a就被用來建立用于耦聯(lián)裝置174與互連量子位172的耦聯(lián)值與本地偏 置值，以將該表示映射至量子處理器150a。在一個實施方案中，三個分立的程序模塊可以提 供量子處理器接口 134a的功能一個初始化模塊140、一個演化模塊142、及一個輸出模塊 144。初始化模塊140可以被配置為用于確定用于耦聯(lián)裝置174的適當?shù)鸟盥?lián)值Jij和 用于互連量子位172的本地偏置值h”初始化模塊140可以被配置為用于將問題定義的多 個方面轉(zhuǎn)換成多個物理值，如多個耦聯(lián)強度值與多個量子位偏置值，它們可以被編程到量 子處理器150a之中。初始化模塊140然后可以被配置為用于將這些適當?shù)男盘栄刂粭l 或者多條內(nèi)部總線106發(fā)送到NIC 124之中。進而，NIC 124可以被配置為用于將這些命 令發(fā)送到量子位控制系統(tǒng)162與耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164。對任何給定的問題，演化模塊142可以被配置為用于在計算期間的每個時間點上 確定用于耦聯(lián)裝置174的適當?shù)鸟盥?lián)值Jij及用于互連量子位172的本地偏置值Iii以履行 某些預(yù)先確定的演化進度(即，該演化如何發(fā)生的進度安排)。一旦被確定，用于演化進度 安排的這些適當?shù)鸟盥?lián)裝置值與本地偏置值就作為多個信號，通過一條或者多條總線106， 被發(fā)送到NIC 124。進而，NIC124被配置為用于將這些命令發(fā)送到量子裝置控制系統(tǒng)162 與耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164。模擬處理器150的計算可以被配置為作為(例如)一種絕熱演化或者一種退火演 化來運行。一種絕熱演化是在絕熱模擬計算種所使用的演化，并且演化模塊142可以被配 置為用于根據(jù)在絕熱量子計算中所使用的演化過程來推演模擬處理器150的狀態(tài)。例如， 見美國專利申請?zhí)?005-0256007、2005-0250651及2005-0224784，每個的標題都是“使用 超導(dǎo)量子位的絕熱量子計算”。退火是另一種可以用于某些模擬處理器150的演化形式，并 且演化模塊142可以被配置為根據(jù)退火演化過程來推演模擬處理器150的狀態(tài)。量子處理器150a可以被配置為用于根據(jù)初始化模塊140與演化模塊142所提供 的多個信號來求解一個量子問題。一旦該問題已被求解，該問題的解答可以通過讀出裝置 160從互連量子位172的狀態(tài)來進行測定。可以結(jié)合讀出裝置160來對輸出模塊144進行 配置，以讀出這一解答。系統(tǒng)存儲器126可以進一步包括一個驅(qū)動器模塊146，該模塊被配置為用于將信 號輸出至模擬處理器150。NIC 124可以被配置為用于與互連的量子位172和耦聯(lián)裝置174 進行接口，或者直接進行或者通過讀出裝置160、量子位控制系統(tǒng)162、和/或者耦聯(lián)裝置控 制系統(tǒng)164來進行?？商娲?，NIC 124可以包括將來自驅(qū)動器模塊146的命令翻譯成信 號(如，電壓、電流)的軟件和/或者硬件，這些信號被直接施加到互連的量子位172與耦 聯(lián)裝置174上。在一個實施方案中，NIC 124可以包括將來自互連的量子位172與耦聯(lián)裝 置174的信號(表示一個問題的解答或者某一其他形式的反饋)進行翻譯的軟件和/或者硬件，以便輸出模塊144能夠解釋它們。在某些實施方案中，初始化模塊140、演化模塊142 和/或輸出模塊144可以與驅(qū)動器模塊146進行通信而不是直接與NIC 124進行通信，以 便發(fā)送信號并從模擬處理器150接收信號。NIC 124的功能可以劃分成兩類數(shù)據(jù)采集和控制。不同類型的芯片可以被用來 處理每個分立的功能類別。數(shù)據(jù)采集用來在量子處理器150a已經(jīng)完成一個計算之后測定 互連的量子位172的物理特性。此類數(shù)據(jù)可以使用任何數(shù)量的定制的或者可商購的數(shù)據(jù)采 集微控制器來測定，這些數(shù)據(jù)采集微控制器包括由Elan Digital Systems (Fareham,UK)公 司制造的數(shù)據(jù)采集卡，包括AD132、AD136、MF232、MF236、AD142、AD218和CF241卡等等?？?替代地，一種單一類型的微處理器，如Elan D403C或者D480C，可以處理數(shù)據(jù)采集與控制。 可以有多個NIC 124，以便提供對互連的量子位172和耦連裝置174的充分控制，并且測量 在量子處理器150a上進行的量子計算的結(jié)果。計算機102可以進一步被配置為用于接收一個計算問題并且將模擬處理器150所 處理的一個計算問題的解答通過例如一個電話調(diào)制解調(diào)器、一個無線調(diào)制解調(diào)器、一種局 域網(wǎng)連接(LAN)、一種廣域網(wǎng)連接(WAN)、一種便攜式數(shù)字數(shù)據(jù)裝置、等等類似的裝置發(fā)送 至另一個系統(tǒng)。計算機102可以被配置為用于產(chǎn)生一種包含一個數(shù)字信號的載波，而模擬 處理器150所處理的計算問題的解答被嵌入在其中。模擬處理器150可以是一臺超導(dǎo)量子計算機的形式，其實例包括量子位寄存器、 讀出裝置，和輔助裝置。超導(dǎo)量子計算機一般地在毫開爾文的溫度下工作，并且通常在一種 稀釋制冷機中工作。稀釋制冷機的一個實例是Leiden Cryogenics B. V. MNK 126系列(荷 蘭，Galgewater No. 21,2311 VZ Leiden)。量子處理器150a的全部或者部分部可以裝入稀 釋制冷機之內(nèi)。例如，量子位控制系統(tǒng)162以及耦聯(lián)裝置控制系統(tǒng)164可以安裝在稀釋制 冷機的外部而量子處理器150a的其余部安裝在稀釋制冷機的內(nèi)部。接收器130、量子處理器接口 134a、以及驅(qū)動器模塊146或者它們的任意 組合可以通過多個現(xiàn)有的軟件包來實施。合適的軟件包包括(例如)MATLAB(The Mathfforks, Natick, Massachusetts)、 LabVIEff(National Instruments, Austin, Texas)、 Mathematica(Wolfram Research, Inc. , Champaign, Illinois)、以及類似軟件。在一個實施方案中，接收器130可以被配置為用于接收一個計算問題處理請求， 并且提供標識信息來指明一個實體負責(例如，財政上負責)所接收的計算問題處理請求。在一個實施方案中，這些本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置與方法可以實施成一種計算機程序 產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括嵌入在計算機可讀存儲媒質(zhì)中的一種計算機程序機理。例如， 該計算機程序產(chǎn)品可以包括量子處理器接口 134a、操作系統(tǒng)128、接收器130、預(yù)處理管理 器132、后處理管理器136等等方面。不同接口、管理器、以及模塊的多個方面可以存儲在 ⑶-ROM、DVD、磁盤存儲產(chǎn)品、任意其他計算機可讀數(shù)據(jù)或者程序存儲產(chǎn)品上，并且還可以通 過互聯(lián)網(wǎng)或者其他方式通過嵌入在一種載波之中的一種計算機數(shù)據(jù)信號(其中嵌入這些 軟件模塊)的傳輸以及類似方式來進行電子式的分發(fā)。在一個實施方案中，該問題求解系統(tǒng)100可以包括一個微處理器110、一個接收器 130、一個預(yù)處理管理器136以及一個量子處理器接口 134a。接收器130可以被配置為用于 接收一個計算問題處理請求并且提供標識信息來指明一個實體負責所接收的計算問題處 理請求。量子處理器接口 134a可以被配置為用于將該計算問題處理請求轉(zhuǎn)換成可以由量子處理器150a接收的一系列指令，以獲取該計算問題處理請求的一個解答，和/或發(fā)送該 計算問題的一個解答。在其他實施方案中，問題求解系統(tǒng)100可以包括多個額外的處理器110，這些處理 器被配置為用于存儲一個計算問題處理請求的整個處理過程中的執(zhí)行數(shù)據(jù)，包括多個處理 變量、多個解答參數(shù)、多個仿真軌跡、多個檢驗點以及類似數(shù)據(jù)。例如，通過在預(yù)定的時間點 上或者在預(yù)定的行為之后存儲執(zhí)行數(shù)據(jù)，有可能將問題求解系統(tǒng)100返回到一個預(yù)定的點 或者檢驗點。在預(yù)定時間上存儲執(zhí)行數(shù)據(jù)可以包括(例如)每隔一定的間隔或者根據(jù)一個 用戶確定的進度來存儲執(zhí)行數(shù)據(jù)。在一個實施方案中，如果問題求解系統(tǒng)100經(jīng)歷一次斷電、和/或者一個應(yīng)用程序 或該操作系統(tǒng)停止執(zhí)行其預(yù)期的功能和/或者一個應(yīng)用程序或該操作系統(tǒng)的多個部分停 止對該系統(tǒng)的其他部分做出響應(yīng)，所存儲的多個處理變量、解答參數(shù)、仿真軌跡、和/或者 檢驗點、以及類似數(shù)據(jù)可以用來將問題求解系統(tǒng)100返回到一個預(yù)定的點或者檢驗點?；ヂ?lián)拓撲一個具有η個頂點的完全圖(記作Kn)是一個具有η個頂點的圖，其中每個頂點 均與其他頂點中的每一個相連(每對頂點之間有一條邊)。在某些實施方案中，每對頂點之 間的邊可以是連接的、空的或者被加權(quán)的。圖2Α示出一種拓撲結(jié)構(gòu)200a，它可以包括多個量子位210a_d (整體記作210)和 多個量子位220a-d(整體記作220)。量子位210在圖2A中被垂直地布置而量子位220在 圖2A中被水平地布置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，盡管水平與垂直方向均只示出 了四個量子位，但這一數(shù)量是任意的，并且多個實施方案可以包括多于或者少于四個的量 子位。量子位210、220可以是超導(dǎo)量子位。本系統(tǒng)與方法的某些實施方案中量子位210與 量子位220之間可以不存在串擾。為了使串擾或者多個量子位之間非計劃的耦聯(lián)存在，來 自兩個對應(yīng)的量子位的攜帶電流的導(dǎo)線必須以某種方式平行延伸，以允許來自一條第一導(dǎo) 線之內(nèi)的電流的通量誘導(dǎo)出一個電流在一條第二導(dǎo)線之中流動。因為量子位210與量子位 220彼此垂直延伸，所以可以限制量子位210與量子位220之間的串擾。因此，盡管量子位 210與量子位220可以是彼此接近的，但若不通過一個第三方結(jié)構(gòu)，來自量子位210與量子 位220的成對的量子位之間將不存在耦聯(lián)的。每個量子位210a-d可以是被至少一個對應(yīng) 的約瑟夫遜結(jié)215a-d所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路212a-d。每個量子位220a_d可 以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)225a-d所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路222a-d。耦 聯(lián)器230a-230p (整體記作230)對量子位210、220進行耦聯(lián)。每個量子位210a-d通過來 自耦聯(lián)器230的四個對應(yīng)的耦聯(lián)器在鄰近每個量子位210a-d與量子位220a-d的一部分相 交叉部分的一個區(qū)域被耦聯(lián)至每個量子位220a-d。每個耦聯(lián)器230a-p可以是一個對應(yīng)的 超導(dǎo)材料回路，其中該回路或者超導(dǎo)材料可以對一個耦聯(lián)區(qū)域限定一個周邊。每個耦聯(lián)器 230a-p可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路，其中該 回路或者超導(dǎo)材料可以對一個耦聯(lián)區(qū)域限定一個周邊，其中通過使得一條攜帶電流的導(dǎo)線 (如超導(dǎo)材料回路212a-d、222a-d)以某種方式平行地延伸至耦聯(lián)器230a_p，以允許來自超 導(dǎo)材料回路212a-d、222a-d之中的電流的通量誘導(dǎo)出一個電流在一個耦聯(lián)器230a_p之中 流動，并且反之亦然，來使得耦聯(lián)沿著該周邊而發(fā)生。耦聯(lián)器230可以是可調(diào)諧的，因為耦 聯(lián)器230在兩個對應(yīng)的量子位210、220之間所產(chǎn)生的耦聯(lián)在一個模擬處理器的工作過程中
16可以被改變。該耦聯(lián)在計算過程中可以變化。該耦聯(lián)在多次計算之間可以變化，以便將一 個問題嵌入到該模擬處理器之中。圖2B示出一種拓撲結(jié)構(gòu)200B，它可以包括多個量子位210a_d(整體記作210)和 多個量子位220a-d (整體記作220)。量子位210在圖2B中垂直布置而量子位220在圖2B 中水平布置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，盡管水平與垂直地示出了四個量子位，但 這一數(shù)量是任意的，并且實施方案可以包括多于或者少于四個量子位。量子位210、220可 以是超導(dǎo)量子位。本系統(tǒng)與方法的某些實施方案中量子位210與量子位220之間可以不存 在串擾。為了使串擾或者多個量子位之間非計劃的耦聯(lián)存在，來自兩個對應(yīng)的量子位的攜 帶電流的導(dǎo)線必須以某種方式平行延伸，以允許來自一條第一導(dǎo)線之內(nèi)的電流的通量誘導(dǎo) 出在一條第二導(dǎo)線之中流動的電流。因為量子位210與量子位220彼此垂直延伸，量子位 210與量子位220之間的串擾可以受到限制。因此，盡管量子位210與量子位220可以是彼 此鄰近的，但若不通過一個第三方結(jié)構(gòu)，來自量子位210與量子位220的成對的量子位之間 是不會存在串擾的。每個量子位210a_d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)215a_d所中 斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路212a-d。每個量子位220a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟 夫遜結(jié)225a-d所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路222a-d。耦聯(lián)器240a_240p (整體記作 240)對量子位210、220進行耦聯(lián)。每個量子位210a_d通過來自耦聯(lián)器240的四個對應(yīng)的 耦聯(lián)器，在接近每個量子位210a_d與量子位220a_d的一部分相交叉部分的一個區(qū)域，被耦 聯(lián)至每個量子位220a-d。每個耦聯(lián)器240a-p可以是對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路，其中該回路或者 超導(dǎo)材料可以對一個耦聯(lián)區(qū)域限定一個周邊，該周邊具有兩個臂一個第一臂基本上平行 于量子位210的一個對應(yīng)的量子位而延伸，而一個第二臂基本上平行于量子位220的一個 對應(yīng)的量子位而延伸。該周邊可以包圍或者可以不包圍量子位210與量子位220的對應(yīng)的 量子位對彼此交叉部分的一部分。每個耦聯(lián)器240a-p可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜 結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路，其中該回路或者超導(dǎo)材料可以對一個耦聯(lián)區(qū)域限定 一個周邊，其中通過使得一條攜帶電流的導(dǎo)線(如超導(dǎo)材料回路212a-d、222a-d)，以某種 方式平行延伸至耦聯(lián)器230a-p，以允許來自超導(dǎo)材料回路212a-d、222a-d之中的電流的通 量誘導(dǎo)出一個電流在耦聯(lián)器230a-p之中流動并且反之亦然，來使得耦聯(lián)沿著該周邊而發(fā) 生。耦聯(lián)器240可以是可調(diào)諧的，因為耦聯(lián)器240在兩個對應(yīng)的量子位210、220之間產(chǎn)生 的耦聯(lián)在一個模擬處理器的工作過程中可以改變。該耦聯(lián)在計算過程中可以變化。該耦聯(lián) 可以在多次計算之間變化，以便將一個問題嵌入到該模擬處理器之中。耦聯(lián)器230、240可以標記由量子位210與220所限定的一個格柵的多個頂點并且 存在于量子位210、220彼此鄰近之處，由此有助于有效的耦聯(lián)。通過沿著多個對角耦聯(lián)器 230a、230f、230k、230p或者耦聯(lián)器240a、240f、240k、240p進行鐵磁性耦聯(lián)，一個完全連通 K4圖300，例如如圖3所示，可以被嵌入到拓撲結(jié)構(gòu)200a、200b之中。在一個實施方案中，節(jié) 點301可以在耦聯(lián)器230a、240a將量子位210a、220a鐵磁性耦聯(lián)在一起的位置處嵌入到量 子位210a、220a之中，這樣使量子位210a的狀態(tài)與量子位220a的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點 302可以在耦聯(lián)器230f、240f將量子位210b、220b鐵磁性耦聯(lián)在一起的位置處嵌入到量子 位210b、220b之中，這樣使量子位210b的狀態(tài)與量子位220b的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點 303可以在耦聯(lián)器230k、240k將量子位210c、220c鐵磁性耦聯(lián)在一起的位置處嵌入到量子 位210c、220c之中，這樣使量子位210c的狀態(tài)與量子位220c的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點304可以在耦聯(lián)器230p、240p將量子位210d、220d鐵磁性耦聯(lián)在一起的位置處嵌入到量子 位210d、220d之中，這樣使量子位210d的狀態(tài)與量子位220d的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。邊312 可以被嵌入到耦聯(lián)器230b、230e或者240b、240e之中。邊313可以被嵌入到耦聯(lián)器230c、 230 或者240c、240i之中。邊314可以被嵌入到耦聯(lián)器230d、230m或者240d、240m之中。 邊323可以被嵌入到耦聯(lián)器230g、230j或者240g、240j之中。邊324可以被嵌入到耦聯(lián)器 230h、230n或者240h、240n之中。邊334可以被嵌入到耦聯(lián)器2301、230o或者2401、240o 之中。拓撲結(jié)構(gòu)200a、200b可以布置到一個模擬計算機芯片中。這種模擬計算機芯片可 以是多層的。該模擬計算機芯片中可以有至少兩層金屬。多個超導(dǎo)材料回路212a_d可以 被布置在該模擬計算機芯片的一個下金屬層中。多個超導(dǎo)材料回路222a-d可以被布置在 該模擬計算機芯片的一個上金屬層中。耦聯(lián)器230a-p、240a-p可以既存在于該上金屬層中 又存在于該下金屬層中。耦聯(lián)器230a-p、240a-p接近量子位210a_d時可以存在于該上金 屬層中，并且在接近量子位220a-d時可以存在于該下金屬層中。在耦聯(lián)器230a-p、240a-p 之中可以使用多個通道來使上金屬層與下金屬層橋接。拓撲結(jié)構(gòu)200a可以被布置在另一個多層的模擬計算機芯片之中，這樣使超導(dǎo)材 料回路212a-d可以被布置在一個下金屬層中，耦聯(lián)器230a-p、240a-p可以既存在于一個上 金屬層中又存在于一個下金屬層中，并且超導(dǎo)材料回路222a-d可以既被布置在該上金屬 層中又被布置在該下金屬層中。多個超導(dǎo)材料回路220a-d可以主要存在于該下金屬層中， 但是在變得鄰近超導(dǎo)材料回路210a_d時，可以通過使用通道而存在于該上金屬層中?？梢?存在多個額外的金屬層，這些金屬層可以在模擬計算機芯片中用于屏蔽。超導(dǎo)量子位的實例包括超導(dǎo)磁通量子位、超導(dǎo)電荷量子位、等等。例如，參見 Makhlin 等人于 2001 年發(fā)表在 “Reviews of Modern Physics” 第 73 卷第 357-400 頁的結(jié) 果。可以使用的通量量子位的實例包括rf-SQUID(包括被一個約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個超 導(dǎo)回路)、持續(xù)電流量子位(包括被三個約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個超導(dǎo)回路)、等等。例如參 見Mooij等人于1999年發(fā)表在“Science”第285卷第1036頁和Orlando等人于1999年發(fā) 表在“Phys.Rev.B”第60卷第15398頁的結(jié)果。超導(dǎo)量子位的其他實例可以見于(例如) II，ichev 等人于 2003 年發(fā)表在“Phys. Rev. Lett. ”第 91 卷第 097906 頁的結(jié)果、Blatter 等人于2001年發(fā)表在“Phys. Rev. B”第63卷第174511頁的結(jié)果，以及Friedman等人于 2000年發(fā)表在“Nature”第406卷第43頁的結(jié)果之中。此外，也可以使用混合電荷-相位 量子位。在某些實施方案中，量子裝置是通量量子位，它們是超導(dǎo)材料回路。該回路的實際 形狀并不重要。這意味著一個大致圓形的回路并不比一個拉長的“細瘦”回路更好或者更差。片上控制電路可以被有效地布置在由量子位210和220所限定的格柵中的區(qū)域 中。片上控制電路的實例可以見于美國專利申請公開號2008-0215850、美國專利申請序列 號12/109，847、美國專利申請序列號12/120,354和美國專利申請序列號12/236, 040中?；ミB拓撲結(jié)構(gòu)的實例包括美國專利申請公開號2006-0225165、美國專利申請序列 號2008-0176750和美國專利申請序列號12/266，378。量子位210、220相互作用。這是通過在量子位210、220與耦聯(lián)器230、240之間建立一種互感來實現(xiàn)的。這一互感占據(jù)了其上布置著拓撲結(jié)構(gòu)220a、220b的芯片上相當大的 物理空間和總的量子位導(dǎo)線長度的相當一部分?？傮w上具有更短與更窄導(dǎo)線的量子位將提高電感與電容的比值(在一個給定的 ^)，其中一個量子位的電感與電容的比值確定了該量子位的量子級別間隔。^可以定義
為Pl =2^yi0，其中L是每個對應(yīng)量子位的電感，y是每個對應(yīng)量子位的臨界電流，而Otl
是磁通量子。這些級別的間隔越遠，該量子位所展現(xiàn)的量子效應(yīng)就越可辨別。所具有的量 子位具有更高連通性的處理器被認為是更強大的(對于給定數(shù)量的量子位)，但是具有更 高連通性的量子位固有地具有減小的量子能級間隔。美國專利申請公開號2006-0225165和美國專利申請序列號12/266，378使用相對 較小的量子位和較大的耦聯(lián)器。多種模擬與量子處理器拓撲結(jié)構(gòu)可以使用相對較大的量子 位和較小的耦聯(lián)器，以便產(chǎn)生具有增強量子效應(yīng)的量子系統(tǒng)。每個量子位可以具有一個約 為3. 5的β J它正比于該量子位的電感乘以該量子位的臨界電流)，而每個耦聯(lián)器可以具 有1與1. 5之間的 ^。在相同的線寬與約瑟夫遜結(jié)尺寸下，量子位應(yīng)該約為耦聯(lián)器物理尺 寸的3倍，以便提升模擬處理器拓撲結(jié)構(gòu)內(nèi)的量子效應(yīng)。還可以通過增大其線寬來將量子 位做得更大，由此增加了不需要的電容，該電容減小了該量子位的電感與電容的比值，由此 減小了該量子位所展示的量子效應(yīng)。通過同樣的方式可以將耦聯(lián)器做得更長，這在其中減 小了它們對應(yīng)的電感與電容的比值。本裝置、系統(tǒng)、與方法允許量子位具有短的導(dǎo)線和小的約瑟夫遜結(jié)(轉(zhuǎn)換為一個 大的電感與電容的比值)。耦聯(lián)器被放置在任何量子位交叉或者接觸之處，并且在量子位的 頂部將耦聯(lián)器根據(jù)需要延伸一個盡量長的距離，可以產(chǎn)生用于耦聯(lián)器與量子位的所期望的
互感和3l。<0}鐵磁性耦聯(lián)意味著平行通量在能量方面是有利的，而反鐵磁性耦聯(lián)意味著反向 平行通量在能量方面是有利的。耦聯(lián)裝置的實例可以見于(例如)美國專利申請公開號 2006-0147154、美國專利申請公開號2008-0238531、美國專利申請公開號2008-0274898、 美國專利申請序列號12/238，147以及美國專利申請序列號12/242，133之中。可替代地， 還可以使用基于電荷的耦聯(lián)裝置。圖4示出一種完全連通的K8源圖400，其中該源圖中的每個節(jié)點通過一個邊連接 到該源圖中所有其他節(jié)點上。圖5示出一個拓撲結(jié)構(gòu)500。拓撲結(jié)構(gòu)500包括三個子拓撲 結(jié)構(gòu)501、502、503，其中所有的子拓撲結(jié)構(gòu)都類似于拓撲結(jié)構(gòu)200a。拓撲結(jié)構(gòu)500可以包 括多個類似于拓撲結(jié)構(gòu)200b的子拓撲結(jié)構(gòu)。子拓撲結(jié)構(gòu)501、503可以用來嵌入兩個不同的K4圖。子拓撲結(jié)構(gòu)502可以用來對 一個二部圖進行編碼，其中二部圖是其多個頂點或節(jié)點可以被劃分為兩個不相交的集合V1 與％的一個圖，這樣二部圖中的每一條邊連接V1中的一個節(jié)點與V2中的一個節(jié)點；S卩，同 一個集合中的兩個節(jié)點之間沒有邊。子拓撲結(jié)構(gòu)502可以嵌入一個完全二部圖，這樣V1中 的每個節(jié)點與V2中的每個節(jié)點之間都存在一條邊，其中V1中的每個節(jié)點與嵌入到子拓撲結(jié) 構(gòu)501中的多個節(jié)點相關(guān)聯(lián)，而V2中的每個節(jié)點與嵌入到子拓撲結(jié)構(gòu)503中的多個節(jié)點相 關(guān)聯(lián)。子拓撲結(jié)構(gòu)501可以包括多個量子位510a_d(整體記作510)和多個量子位520a-d(整體記作520)。量子位510被垂直地布置而量子位520被水平地布置。量子位 510、520可以是超導(dǎo)量子位。每個量子位510a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中 斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個個量子位520a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜 結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。耦聯(lián)器530a-530p (整體記作530)對量子位510、 520進行耦聯(lián)。每個量子位510a-d通過來自耦聯(lián)器530中的四個對應(yīng)的耦聯(lián)器耦聯(lián)至每個 量子位520a-d。每個耦聯(lián)器530a-p可以是對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個耦聯(lián)器530a_p可以 是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。耦聯(lián)器530可以標記由量子位510與520所限定的一個格柵的多個頂點，并且存 在于量子位510、520彼此鄰近之處，由此有助于有效的耦聯(lián)。通過沿著多個對角耦聯(lián)器 530a、530f、530k、530p進行耦聯(lián)，一個完全連通的K4圖可以被嵌入到拓撲結(jié)構(gòu)501之中。在 一個實施方案中，節(jié)點401可以在耦聯(lián)器530a鐵磁地將量子位510a、520a耦聯(lián)在一起的位 置處被嵌入到量子位510a、520a之中，這樣使量子位510a的狀態(tài)與量子位520a的狀態(tài)是 同一個狀態(tài)。節(jié)點402可以在耦聯(lián)器530f鐵磁地將量子位510b、520b耦聯(lián)在一起的位置處 嵌入到量子位510b、520b之中，這樣使量子位510b的狀態(tài)與量子位520b的狀態(tài)是同一個 狀態(tài)。節(jié)點403可以在耦聯(lián)器530k鐵磁地將量子位510c、520c耦聯(lián)在一起的位置處嵌入 到量子位510c、520c之中，這樣使量子位510c的狀態(tài)與量子位520c的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。 節(jié)點404可以在耦聯(lián)器530p將量子位510d、520d耦聯(lián)在一起的位置處嵌入到量子位510d、 520d之中，這樣使量子位510d的狀態(tài)與量子位520d的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。邊412可以被 嵌入到耦聯(lián)器530b、530e之中。邊413可以被嵌入到耦聯(lián)器530c、530i之中。邊414可以 被嵌入到耦聯(lián)器530d、530m之中。邊423可以被嵌入到耦聯(lián)器530g、530j之中。邊424可 以被嵌入到耦聯(lián)器530h、530n之中。邊434可以被嵌入到耦聯(lián)器5301、530o之中。子拓撲結(jié)構(gòu)503可以包括多個量子位570a_d(整體記作570)和多個量子位 580a-d(整體記作580)。量子位570被垂直地布置而量子位580被水平地布置。量子位 570、580可以是超導(dǎo)量子位。每個量子位570a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中 斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個量子位580a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié) 所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。多個耦聯(lián)器590a-590p (整體記作590)對量子位570、 580進行耦聯(lián)。每個量子位570a-d通過來自耦聯(lián)器590中的四個對應(yīng)的耦聯(lián)器耦聯(lián)至每個 量子位580a-d。每個耦聯(lián)器590a-p可以是對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個耦聯(lián)器590a_p可以 是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。耦聯(lián)器590可以標記由量子位570與580所限定的一個格柵的多個頂點，并且存 在于量子位570、580彼此接近之處，由此有助于有效的耦聯(lián)。通過沿著多個對角耦聯(lián)器 590a、590f、590k、590p進行鐵磁性耦聯(lián)，一個完全連通的K4圖可以被嵌入到子拓撲結(jié)構(gòu) 503之中。在一個實施方案中，節(jié)點405可以在耦聯(lián)器590a鐵磁地將量子位570a、580a耦 聯(lián)在一起的位置處被嵌入到量子位570a、580a之中，這樣使量子位570a的狀態(tài)與量子位 580a的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點406可以在耦聯(lián)器590f鐵磁地將量子位570b、580b耦聯(lián) 在一起的位置處被嵌入到量子位570b、580b之中，這樣使量子位570b的狀態(tài)與量子位580b 的狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點407可以在耦聯(lián)器590k鐵磁地將量子位570c、580c耦聯(lián)在一 起的位置處被嵌入到量子位570c、580c之中，這樣使量子位570c的狀態(tài)與量子位580c的 狀態(tài)是同一個狀態(tài)。節(jié)點408可以在耦聯(lián)器590p鐵磁地將量子位570d、580d耦聯(lián)在一起的位置處被嵌入到量子位570d、580d之中，這樣使量子位570d的狀態(tài)與量子位580d的狀 態(tài)是同一個狀態(tài)。邊456可以被嵌入到耦聯(lián)器590b、590e之中。邊457可以被嵌入到耦聯(lián) 器590c、590i之中。邊458可以被嵌入到耦聯(lián)器590d、590m之中。邊467可以被嵌入到耦 聯(lián)器590g、590j之中。邊468可以被嵌入到耦聯(lián)器590h、590n之中。邊478可以被嵌入到 耦聯(lián)器5901、590o之中。子拓撲結(jié)構(gòu)502可以包括多個量子位540a_d(整體記作540)和多個量子位 550a-d(整體記作550)。量子位540被垂直地布置而量子位550被水平地布置。量子位 540、550可以是超導(dǎo)量子位。每個量子位540a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中 斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個量子位550a-d可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié) 所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。多個耦聯(lián)器560a-560p (整體記作560)對量子位540、 550進行耦聯(lián)。每個量子位540a-d通過來自耦聯(lián)器560中的四個對應(yīng)的耦聯(lián)器耦聯(lián)至每個 量子位550a-d。每個耦聯(lián)器560a-p可以是對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個耦聯(lián)器560a_p可以 是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個量子位540a-d 可以被鐵磁地或者反鐵磁地耦聯(lián)至來自多個量子位510a-d的一個對應(yīng)的量子位，這樣使 量子位510a被耦聯(lián)至540a，由此將節(jié)點401嵌入到量子位540a之中；量子位510b被耦聯(lián) 至540b，由此將節(jié)點402嵌入到量子位540b之中；量子位510c被耦聯(lián)至540c，由此將節(jié) 點403嵌入到量子位540c之中；并且量子位510d被耦聯(lián)至540d，由此將節(jié)點404嵌入到 量子位540d之中。每個量子位550a-d可以被鐵磁地或者反鐵磁地耦聯(lián)至來自多個量子位 580a-d的一個對應(yīng)的量子位，這樣使量子位580a被耦聯(lián)至550a，由此將節(jié)點405嵌入到量 子位550a之中；量子位580b被耦聯(lián)至550b，由此將節(jié)點406嵌入到量子位550b之中；量子 位580c被耦聯(lián)至550c，由此將節(jié)點407嵌入到量子位550c之中；并且量子位580d被耦聯(lián) 至550d，由此將節(jié)點408嵌入到量子位550d之中。子拓撲結(jié)構(gòu)之間的耦聯(lián)可以通過耦聯(lián)器 512,523來實現(xiàn)。耦聯(lián)器512可以是能夠?qū)⒆油負浣Y(jié)構(gòu)501中的量子位510耦聯(lián)至子拓撲 結(jié)構(gòu)502中的量子位540的一系列耦聯(lián)裝置。耦聯(lián)器523可以是能夠?qū)⒆油負浣Y(jié)構(gòu)502中 的量子位550耦聯(lián)至子拓撲結(jié)構(gòu)503中的量子位580的一系列耦聯(lián)裝置。每個耦聯(lián)器512、 523可以是對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。每個耦聯(lián)器512、523可以是被至少一個對應(yīng)的約瑟夫遜 結(jié)所中斷的一個對應(yīng)的超導(dǎo)材料回路。可以存在子拓撲結(jié)構(gòu)之間的耦聯(lián)器，它們并不耦聯(lián)在兩個子拓撲結(jié)構(gòu)的量子位之 間的線性距離。相反，可以存在多個拐角耦聯(lián)器，它們將兩個不同子拓撲結(jié)構(gòu)中的相互垂直 延伸的量子位對耦聯(lián)在一起，并且拐角耦聯(lián)器通過在該耦聯(lián)器長度內(nèi)具有一個約90度的 拐角來耦聯(lián)這兩個垂直的量子位。耦聯(lián)器560可以標記由量子位540與550所限定的一個格柵的多個頂點，并且存 在于量子位540、550彼此接近之處，由此有助于有效的耦聯(lián)。邊415可以被嵌入到耦聯(lián)器 560a之中。邊425可以被嵌入到耦聯(lián)器560b之中。邊435可以被嵌入到耦聯(lián)器560c之 中。邊445可以被嵌入到耦聯(lián)器560d之中。邊416可以被嵌入到耦聯(lián)器560e之中。邊426 可以被嵌入到耦聯(lián)器560f之中。邊436可以被嵌入到耦聯(lián)器560g之中。邊446可以被嵌 入到耦聯(lián)器560h之中。邊417可以被嵌入到耦聯(lián)器560i之中。邊427可以被嵌入到耦聯(lián) 器560j之中。邊437可以被嵌入到耦聯(lián)器560k之中。邊447可以被嵌入到耦聯(lián)器5601 之中。邊418可以被嵌入到耦聯(lián)器560m之中。邊428可以被嵌入到耦聯(lián)器560η之中。邊
21438可以被嵌入到耦聯(lián)器560ο之中。邊448可以被嵌入到耦聯(lián)器560ρ之中。通過添加額外的K4與完全二部圖到拓撲結(jié)構(gòu)500中，可以嵌入具有更高節(jié)點數(shù)的 多個圖。通過建立兩個拓撲結(jié)構(gòu)500以及一個由四個呈2x2方形排列的子拓撲結(jié)構(gòu)503所 組成的二部圖，可以嵌入一個完全K16圖。嵌入到拓撲結(jié)構(gòu)200a、200b、500中的圖形并不需要是完整的。也可以將多個稀松 填滿的圖嵌入到更大的拓撲結(jié)構(gòu)之中。圖6示出拓撲結(jié)構(gòu)600。在來自圖5的子拓撲結(jié)構(gòu)501、502、503之外，拓撲結(jié)構(gòu) 600還包括子拓撲結(jié)構(gòu)601,602,603ο子拓撲結(jié)構(gòu)之間的耦聯(lián)器511、512、523、531、533、 612,623也可以位于拓撲結(jié)構(gòu)600之中。通過耦聯(lián)器511、531、533，子拓撲結(jié)構(gòu)501、503被 耦聯(lián)至子拓撲結(jié)構(gòu)601、603，這樣使可以將一個2ΧΚ8圖嵌入到拓撲結(jié)構(gòu)600之中。每個K8 圖或其一部分，如圖4中的源圖400，可以被耦聯(lián)至來自該第二 K8圖中的多個變量。一個K8 圖可以被嵌入到子拓撲結(jié)構(gòu)501、502、503之中，而一個第二 K8圖可以被嵌入到子拓撲結(jié)構(gòu) 601、602、603之中。子拓撲結(jié)構(gòu)501、503與子拓撲結(jié)構(gòu)601、603的多個量子位之間的耦聯(lián) 器511、512、523、531、533、612、623可以是可控制的，這樣使鐵磁耦聯(lián)、反鐵磁耦聯(lián)、零耦聯(lián) 以及橫向耦聯(lián)均可以創(chuàng)建在成對的相鄰量子位之間。超導(dǎo)探針卡在此所說明的不同實施方案提供了用于超 導(dǎo)探針卡的系統(tǒng)與方法。一個超導(dǎo)探 針卡可以包括至少一個超導(dǎo)針，這種針能夠與一個超導(dǎo)集成電路建立超導(dǎo)連接。盡管常 規(guī)金屬與非超導(dǎo)探針卡在本領(lǐng)域是熟知的(如，由例如500Federal Road, Brookfield, CT 06804，USA的Wentworth Laboratories公司所售的那些探針卡)，諸位發(fā)明人卻并不知道 有超導(dǎo)探針卡的先有說明或者實施。在一個集成電路，如結(jié)合了拓撲結(jié)構(gòu)(如，在拓撲結(jié)構(gòu)200a、200b、500、600中示意 性地說明了的那些拓撲結(jié)構(gòu))的集成電路工作時，典型地是建立對一個分離的電子系統(tǒng)的 接口。通過這樣一種接口，信號可以送往或者取自該集成電路，用于多種目的，包括但不限 于電力分配、通信、系統(tǒng)編程、校準、測量、系統(tǒng)監(jiān)測、電路控制、反饋、計算、操作、等等。當 與一個超導(dǎo)集成電路(“SIC”)的多個部件通信時，可能需要建立與非超導(dǎo)通信接口相反的 一個超導(dǎo)通信接口。一個超導(dǎo)通信接口在某些應(yīng)用中是有益的，因為它可以減小制冷系統(tǒng) (為達到超導(dǎo)溫度所要求的)上的熱負載并且它可以降低耦聯(lián)到該Sic的信號噪聲級別。 后一個好處在涉及到一些高靈敏SIC (如超導(dǎo)處理器和/或者超導(dǎo)量子處理器)的應(yīng)用時 尤其重要。用于與一個SIC通信的一種超導(dǎo)接口的實施已經(jīng)見于本技術(shù)領(lǐng)域。一種普通的技 術(shù)是使用超導(dǎo)的導(dǎo)線(如鋁線)來引線連接到SIC上。涉及超導(dǎo)引線結(jié)合的系統(tǒng)的進一步 詳細說明參見美國專利申請序列號12/016,801。盡管有效，但手工的引線連接是一個緩慢而且費力的過程。與一個SIC的通信接 口可以涉及任意數(shù)目的單獨通信路徑，并且包括許多這類路徑(即，大約一百或更多個)的 應(yīng)用會需要花費一段很長的時間來進行手工的引線連接。另外，引線連接是一個不能輕易 撤銷的過程。如前所述，在某些應(yīng)用中，若該SIC可以方便地從系統(tǒng)拆除和/或者替換，那 么測試、分析和/或維修就可以簡化。一個超導(dǎo)探針卡的實施允許快速并且容易地制成到 該Sic的超導(dǎo)連接，同時還允許該SIC被容易地拆除或者更換。
探針卡是為了快速地提供與一個集成電路的一個通信接口而設(shè)計的一種裝置。典 型的探針卡可以包括一塊印刷電路板(PCB)，該印刷電路板可聯(lián)通地連接到多個從其上延 伸的傳導(dǎo)針。這些傳導(dǎo)針的安排方式是當接近該集成電路而定位時，該探針卡的對應(yīng)的針 與該集成電路上的一個具體元器件或者觸墊對齊。然后可以使得這些探針卡針全體與該集 成電路的對應(yīng)元器件或者觸墊進行接觸，在它們之間建立暢通的連接。這些探針卡針保持 與該集成電路的對應(yīng)元器件或者觸墊的接觸時，可以保持暢通的連接。目前探針卡能夠以 各種形式來獲得；但是，在此所說明的不同實施方案代表了旨在提供在制冷溫度下與一個 超導(dǎo)集成電路的超導(dǎo)連接的探針卡的最先的說明。鎢-3%錸是典型地用來在一些需要非超導(dǎo)連接的應(yīng)用中形成常規(guī)金屬探針卡的 針的一種標準合金。這一材料被經(jīng)常使用，至少部分地因為它易于延展而且持久耐用。探 針卡針的耐用性特別重要，因為工作時，這種針被壓靠而穩(wěn)固接觸在集成電路的一個元器 件或者觸墊上。確實，該壓力是要使得這個針經(jīng)常刮掉該觸墊的一部分。因此該針尖必須 持久耐用以便于反復(fù)使用，并且保證在后續(xù)的使用中形成可靠的接觸。鎢-3 %錸合金可以是能夠超導(dǎo)的，但僅僅在低于IK的非常低的溫度下。但是，正 如Blaugher等人在《某些金屬間化合物的超導(dǎo)特性》(“The Superconductivity of Some Intermetallic Compounds”，IBM Journal (1992)，117-118 頁)中所述，隨著錸的比例增加 到約40%，該合金的臨界溫度(即，在該溫度以下該合金超導(dǎo))提高。因此，根據(jù)本系統(tǒng)與 裝置，說明了一種超導(dǎo)探針卡，該超導(dǎo)探針卡采用由一種鎢錸合金所形成的多個針，該合金 包括的錸的比例比之前本領(lǐng)域所使用的要高的多。在某些實施方案中，一種鎢-26 %錸合金 被用來形成這些超導(dǎo)探針卡針。一種超導(dǎo)探針卡可以被專門設(shè)計用來工作在大約至少兩個溫度之一一個系統(tǒng)測 試溫度及一個完全實施溫度。典型地，完全實施溫度要低于系統(tǒng)測試溫度。系統(tǒng)測試時，超 導(dǎo)探針卡可以被用來在低于SIC的臨界溫度的一個溫度下測試與分析該SIC，但是該溫度 仍然高于被完全實施時該SIC將要工作的溫度。這么做的一個原因是，在決定將資源用于 將該SIC冷卻到該完全實施溫度之前，分析并確認該SIC的超導(dǎo)電行為。例如，如果該SIC 包括一個超導(dǎo)處理器，如一個超導(dǎo)量子處理器，那么在決定將該SIC冷卻到超導(dǎo)量子計算 所需的毫開爾文環(huán)境之前，需要測試超導(dǎo)狀況下該Sic的行為。將一個裝置冷卻到該超導(dǎo) 狀況的最容易與最快速的方式之一是沉浸到一種液體冷卻劑之中，如液態(tài)氦。如果儲存在 一個絕熱的杜瓦瓶之中，一種液氦-4浴法可以保持一個約4. 2K的溫度。4. 2K低于某些超 導(dǎo)材料(如，鉛和鈮)的臨界溫度，因此為許多SIC應(yīng)用提供了一個足夠的測試溫度。另外， 一定容量的液態(tài)氦-4可以很容易地通過蒸發(fā)冷卻(即，將氦蒸汽從該杜瓦瓶中抽出)而進 一步冷卻到約IK的一個溫度范圍，該溫度要低于許多其他超導(dǎo)材料(如，錫和鋁)的臨界 溫度。因此，通過將一個SIC浸入到一個液態(tài)氦-4的浴之中(若需要，可以泵送)可以很 容易地測試該SIC的超導(dǎo)電行為。為了系統(tǒng)測試而實施的一塊超導(dǎo)探針卡可以采用至少一種超導(dǎo)材料，該材料具有 的臨界溫度高于在其中進行測試的制冷系統(tǒng)的基本溫度。例如，在一個液態(tài)氦_4浴中使用 的一塊超導(dǎo)探針卡可以采用至少一種超導(dǎo)材料，該材料具有高于該液態(tài)氦_4的溫度的一 個臨界溫度。根據(jù)本系統(tǒng)與裝置，一塊超導(dǎo)探針卡可以包括多個針，該多個針由在約1K-5K 的范圍內(nèi)超導(dǎo)的一種材料所形成。如Blaugher等人所示，這對應(yīng)于一種具有約10% -30%
23錸的鎢錸合金(即，從鎢10%錸到鎢30%錸)。在這一范圍內(nèi)，鎢-26%錸是一種容易地以 導(dǎo)線的形式獲得的合金，因為它常用于高溫熱電偶裝置中。系統(tǒng)被完全實施時使用的一種超導(dǎo)探針卡可以采用至少一種超導(dǎo)材料，該材料的 臨界溫度高于用于完全實施的制冷系統(tǒng)的基本溫度。例如，用于提供與超導(dǎo)處理器(如超 導(dǎo)量子處理器)的超導(dǎo)通信接口的一種超導(dǎo)探針卡可以采用多種超導(dǎo)材料，這些材料具有 高于該超導(dǎo)量子處理器的工作溫度的一個臨界溫度。典型地，一個超導(dǎo)量子處理器可以工 作在毫開爾文范圍，因此超導(dǎo)探針卡應(yīng)該采用具有高于這一范圍的臨界溫度的超導(dǎo)材料。 注意到用于系統(tǒng)測試的溫度范圍典型地比用于完全系統(tǒng)實施的溫度范圍要高，所以適用于 系統(tǒng)測試溫度的一個超導(dǎo)探針卡也可以適用于完全系統(tǒng)實施溫度，但反之未必。圖7示出根據(jù)一個所示的實施方案的一種超導(dǎo)探針卡700。探針卡700包括PCB 701，其在所示的實施方案中包括四個臂701a-701d。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，在 多種替代實施方案中，PCB 701可以采取任意形式或者幾何形狀。盡管未示出，PCB 701可 以包括多條超導(dǎo)跡線，其中每一條耦聯(lián)到一個對應(yīng)的超導(dǎo)觸墊711a、711b上(圖7中僅列 出兩個，整體記作711)。這些超導(dǎo)跡線(未示出)可以直接由一種超導(dǎo)材料形成，或者，它 們可以由一種鍍有超導(dǎo)材料的非超導(dǎo)材料形成。觸墊711可以為超導(dǎo)針720(圖中僅列出 一個)提供連接位點。PCB 701還可以包括孔730，超導(dǎo)針720可以穿過該孔延伸，以建立 一個與超導(dǎo)裝置740的超導(dǎo)通信連接。在某些實施方案中，每個針720可以在某一點上沿 其各自的長度而彎曲，以便穿過孔730而延伸。所展示的探針卡700的實施方案是簡化的，僅示出了觸墊711與針720連接到臂 701a，而連接到臂701b-701d的類似結(jié)構(gòu)未被示出。這么做的意圖在于減小圖7的雜亂，而 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，臂701a-701d可以包括類似于對臂701a所展示和所說 明的結(jié)構(gòu)與特征。出于類似的原因，PCB 701上的多條超導(dǎo)跡線已從圖7中略去。本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員將會認識到，這些跡線可以被PCB 701的絕緣材料的任意表面與部分所攜 帶(包括PCB 701的內(nèi)部層)，并且可以最終提供與一個分離的信號分配系統(tǒng)的超導(dǎo)的通信 連接。另外，圖7中所示的實施方案將某些針示為白色而某些針示為黑色。在該示圖中，與 連接到對應(yīng)的觸墊711的針相反，用黑色表示連接到PCB 701底層的針。然而，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將會認識到，根據(jù)實用所需，探針卡700可以包括任意數(shù)目的針720，以及任意 對應(yīng)數(shù)目的底層針(以黑色示出)，包括沒有底層針的實施方案。如前所述，超導(dǎo)針720可以由一種超導(dǎo)材料形成，該材料具有高于超導(dǎo)探針卡700 的擬定工作溫度的一個臨界溫度。這種材料的一個實例是鎢錸合金，如鎢-26%錸。每個 超導(dǎo)針720的一個第一末端被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到PCB701的一個對應(yīng)的觸墊711上。 在某些實施方案中，這一連接是由(例如)焊接連接所實現(xiàn)的一種固定連接。每個超導(dǎo)針 720的一個第二末端被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到超導(dǎo)裝置740的一個對應(yīng)觸墊741上。在某 些實施方案中，這一連接可以是一種自由連接，該連接是通過每個針尖與相應(yīng)的觸墊741 中的一個之間的直接物理接觸實現(xiàn)的。因此，在某些實施方案中所有的針尖能夠以一種共 面的方式來對齊，其中探針卡700將與一個具有一組平面觸墊741的超導(dǎo)裝置740 —起使 用。在其他實施方案中，多個針尖能夠以一種非共面的方式來對齊，例如其中探針卡700將 與一個具有一組非共面觸墊741的超導(dǎo)裝置740 —起使用。在某些實施方案中，一個第一 組針尖可以處在一個第一平面之內(nèi)，而一個第二組針尖可以處在不同于該第一平面的一個第二平面之內(nèi)。在某些這類實施方案中，該第一與第二平面可以基本上彼此平行。超導(dǎo)裝置740可以采取多種形式，并且可以包括一個超導(dǎo)集成電路。在某些實施 方案中，超導(dǎo)740裝置可以包括一個超導(dǎo)處理器，如一個超導(dǎo)量子處理器。這樣的超導(dǎo)量子 處理器可以包括多個電路，它們看起來與拓撲結(jié)構(gòu)200a、200b、500、600中的一個相類似。 在這些實施方案中，每個觸墊741可以超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到超導(dǎo)量子處理器740的一個 對應(yīng)的裝置或者元器件上?？梢园ㄔ诔瑢?dǎo)量子處理器740之中的裝置或者元器件的實例 包括，但不限于超導(dǎo)通量量子位、超導(dǎo)相位量子位、超導(dǎo)電荷量子位、超導(dǎo)混合量子位、超 導(dǎo)耦聯(lián)裝置、超導(dǎo)讀出裝置、以及超導(dǎo)的片上編程裝置。美國專利公開號2008-215850中提 供了超導(dǎo)的片上編程裝置的進一步細節(jié)。如前所述，在某些實施方案中，每個針720的一個第一末端可以通過一種焊料連 接而超導(dǎo)地聯(lián)通地連接到PCB 701的一個對應(yīng)觸墊711上。但是，鎢錸合金是不易于焊接 的。在本技術(shù)領(lǐng)域中，鎢錸(低錸成份)經(jīng)常被用于非超導(dǎo)的電氣應(yīng)用中并且，當需要焊料 連接時，將鎢錸鍍上一層鎳。但是，鎳并不是一種超導(dǎo)材料，因此在一個超導(dǎo)探針卡中這一 鎳的涂層將妨礙信號的超導(dǎo)特性。根據(jù)本系統(tǒng)與本裝置，每個超導(dǎo)針720的至少一部分可 以鍍上一種可焊接的超導(dǎo)材料，例如鋅。圖8A示出了根據(jù)一個所展示實施方案的用于超導(dǎo)探針卡的一種超導(dǎo)針800a。如 前所述，針800a可以由一種材料所形成，該材料能夠在處于或者高于該探針卡的工作溫度 的一個溫度下超導(dǎo)。例如，針800a可以由一種鎢錸合金形成，其中該合金的臨界溫度取決 于該合金中鎢與錸的比例。鎢錸合金特別適合于用作探針卡針，因為它們非常堅硬，并且 因此不太可能由于與SIC的重復(fù)接觸而損壞。確實，多種鎢錸合金已經(jīng)用于本技術(shù)領(lǐng)域中 以形成探針卡針；但是，這些應(yīng)用(參見(例如)Point Technologies公司在http://www. pointtech. com/pdf/def_mat_number. pdf 上所提供的出版物"Probe Needle Part Number Clarification,Terminology,Tolerances andMaterial Properties")局P艮于半導(dǎo) 本與__ 超導(dǎo)的應(yīng)用。根據(jù)本系統(tǒng)與裝置，針800a可以由一種鎢錸合金形成，該合金包含比本領(lǐng)域 之前所實施的一個更高的錸的比例，用于形成一種超導(dǎo)探針卡這一新穎的目的。超導(dǎo)針800a包括一個主體或者桿801和以一個點或者針尖810結(jié)尾的一個楔形 端802。楔形端802用來建立與超導(dǎo)裝置(如來自圖7中的超導(dǎo)裝置740)的觸墊的一種物 理的或者超導(dǎo)的電連接。在沿著桿801的長度的某處，并且優(yōu)選地處在或者接近端811，針 800a可以被連接到(例如，焊接)在超導(dǎo)探針卡的PCB部分上的一個超導(dǎo)觸墊上。為了利 于這一連接，桿801的至少一部分可以被覆以一種材料，該材料超導(dǎo)并且易于焊接。鋅就是 這種材料的一個實例。在某些實施方案中，鋅鍍層僅用在桿801上，而不用于楔形端802或 者針尖810。這就在針800a的表面上鋅與鎢錸合金之間限定了一個邊界803。本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將會認識到，在多種可替換實施方案中，邊界803可以位于不同于圖8A所示的 相對于端811、針尖810和楔形端802的位置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還將認識到，如圖8A 所示的桿801與楔形末端802之間的相對長度在多種可替代實施方案中可以改變。針800a 可以被化學(xué)蝕刻為類似于用于半導(dǎo)體與非超導(dǎo)目的的鎢錸探針卡針的規(guī)格。但是，根據(jù)本 系統(tǒng)和裝置，鎢錸合金具有更高的錸的比例(如，鎢-26%錸)，這樣使針800a的臨界溫度 高于典型半導(dǎo)體探針卡針的臨界溫度。如前所述，一個超導(dǎo)探針卡針可以在沿其長度的某點上包括至少一個彎曲，這樣
25使該針的尖頭穿過該探針卡PCB中的一個孔(如孔730)而延伸。圖8B示出了根據(jù)一種所 示實施方案的用于超導(dǎo)探針卡的一個超導(dǎo)針800b。針800b類似于來自圖8A中的針800a， 除了針800b在其長度之內(nèi)包括一個彎曲820。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，針800b 的相對比例在不同的實施方案中可以改變。例如，彎曲820可以根據(jù)需要出現(xiàn)在更鄰近端 830或者更鄰近尖端831處。類似地，盡管彎曲820被示出為約90度，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將會認識到，大于90度或者小于90度的一個不同角度的彎曲可以用于多種可替代實 施方案中。另外，針800b表面的鋅與鎢錸之間的邊界833在不同實施方案中可以出現(xiàn)在相 對于彎曲820不同的位置上。在某些實施方案中，針800b可以包括類似于彎曲820、鄰近 端830的一個第二彎曲，以便有助于與探針卡PCB上的一個特定的傳導(dǎo)跡線或者觸墊進行 接觸。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，本系統(tǒng)與裝置可以利用各種各樣的探針卡針 設(shè)計來實施，而并非僅僅利用圖8A與8B中所示的探針卡針設(shè)計。例如，本系統(tǒng)與裝置可以 使用刀片探針卡針和/或開爾文探針卡針來實施。如前所述，在已知的半導(dǎo)體和非超導(dǎo)探針卡設(shè)計中，針可以被鍍上鎳，以便有助于 焊接。根據(jù)本系統(tǒng)與裝置，超導(dǎo)探針卡針可以鍍上完全不同于鎳的鋅，以便有助于焊接。在 超導(dǎo)探針卡的設(shè)計中鋅比鎳更加優(yōu)選，因為鋅是超導(dǎo)材料，而鎳不是。另外，許多超導(dǎo)電子 學(xué)的應(yīng)用，如超導(dǎo)量子計算，可以對磁場特別敏感。在這些應(yīng)用中，有必要主要使用基本上 非磁性的材料。鋅與鎢錸合金都是基本上無磁性的并且適用于磁寧靜的環(huán)境中。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，在本系統(tǒng)與裝置中所述的超導(dǎo)探針卡針可以 被鍍以一種替代的超導(dǎo)并且易于焊接的材料。例如，在某些實施方案中，至少一個超導(dǎo)探針 卡針的一部分可以被鍍以鉛、錫、或者錫/鉛的合金。錫/鉛的合金具有比鋅更高的臨界溫 度，并且因此在工作于更高的制冷溫度(如，液態(tài)氦_4溫度)下的實施方案中是優(yōu)選的。本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，鋅的臨界溫度使其在液態(tài)氦_4溫度下可能不是超導(dǎo)的。 但是，在這些應(yīng)用中，鋅層的厚度可以在幾個微米的量級，因此提供了在某些應(yīng)用中可以忽 略的一個電阻值。本系統(tǒng)與裝置的另一個方面是一個超導(dǎo)PCB在一種超導(dǎo)探針卡中的使用。一個超 導(dǎo)PCB，如圖7中的PCB 701，包括由一種超導(dǎo)材料所形成(或者鍍以)的多條傳導(dǎo)的跡線。 這些跡線被用作PCB 701上的多個觸墊711與某些外部信號分布系統(tǒng)之間的超導(dǎo)通信管道 連接。例如，在一種系統(tǒng)測試實施中，PCB701上的多條超導(dǎo)跡線可以連接到一個浸入式探 針的輸入/輸出系統(tǒng)，該探針用于一個液體制冷劑浴中電路的快速測試?？商娲?，在一種 完全系統(tǒng)實施中，PCB 701上的多條超導(dǎo)跡線可以連接到一個全規(guī)模的輸入/輸出系統(tǒng)之 中的多條超導(dǎo)通信管道上，例如在美國專利申請序列號12/016，801中所說明的和/或者在 美國專利申請序列號12/256，332中所說明的系統(tǒng)。在本系統(tǒng)與裝置的某些實施方案中，至少兩個超導(dǎo)探針卡針可以被超導(dǎo)地可聯(lián)通 地連接到超導(dǎo)PCB的同一條傳導(dǎo)跡線或者觸墊上。這些實施方案特別適合用于提供與使用 一個單獨探針卡裝置的多個芯片之間的通信管道。在這些應(yīng)用中，耦聯(lián)到超導(dǎo)PCB上的同 一條傳導(dǎo)跡線的至少兩個超導(dǎo)探針卡針中的每一個還可以被超導(dǎo)地可聯(lián)通地連接到一個 對應(yīng)的SIC上。在此所述的不同實施方案提供用于一種超導(dǎo)探針卡的系統(tǒng)與裝置。超導(dǎo)探針卡在涉及SIC的測試應(yīng)用中以及在涉及SIC的完全實施的應(yīng)用中是有利的。該探針卡方法可以 優(yōu)于其他方法而建立與一個集成電路的傳導(dǎo)連接，如引線連接法，因為可以快速地完成一 個探針卡與一個集成電路的連接(與斷開)。在此所述的超導(dǎo)探針卡提供了與Sic的一種 基本上非磁性的傳導(dǎo)接口，其中該傳導(dǎo)接口可以包括多條通信管道并且每個通信管道通過 該探針卡提供往返于該Sic的一個基本上不間斷的超導(dǎo)路徑。貫穿本說明書與所附權(quán)利要求，用來說明一種物理結(jié)構(gòu)如“超導(dǎo)探針”時，術(shù)語“超 導(dǎo)”用來說明在一個適當?shù)臏囟认履軌虮憩F(xiàn)為一個超導(dǎo)體的一種材料。一種超導(dǎo)材料不是 必須在本系統(tǒng)與裝置的所有實施方案中都起超導(dǎo)體的作用。對所展示的實施方案的以上說明(包括在摘要中所描述的)并非旨在是窮盡的或 者旨在把這些實施方案限定到所披露的確切的形式。盡管為了說明的目的在此描述了多個 具體的實施方案和實例，但是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到，可以做出不同的等價 更改而不脫離本披露的精神與范圍。在此所提供的不同實施方案的傳授內(nèi)容可以應(yīng)用于其 他模擬處理器，而不必一定是以上總體性說明的示例性量子處理器?？蓪⑸鲜霾煌膶嵤┓桨高M行組合以提供多個進一步的實施方案。在與此處的具 體傳授內(nèi)容和定義并非不一致的意義上，本說明書所涉及和/或者在本申請書數(shù)據(jù)清單中 所列出的(包括但不限于美國臨時專利申請序列號61/039,041，于2008年3月24日提 交，題為“用于超導(dǎo)探針卡的系統(tǒng)、方法和設(shè)備”;和美國臨時專利申請序列號61/039，710， 于2008年3月26日提交，題為“用于模擬處理的系統(tǒng)、裝置與方法”)并且轉(zhuǎn)讓給本申請的 受讓人的所有這些美國專利、美國專利申請公開物、美國專利申請書，均通過引用完全結(jié)合 在此。如有必要，可以對這些實施方案的多個方面進行修改，以利用不同的專利、申請和公 開文件中的系統(tǒng)、電路及概念來提供更進一步的實施方案。鑒于以上的詳細說明，對這些實施方案可做出這些及其他的改變?？傊?，在以下權(quán) 利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)當解釋為將權(quán)利要求限制為本說明書和這些權(quán)利要求所披露 的特定實施方案，而是應(yīng)當解釋為包括所有可能的實施方案，連同這些權(quán)利要求有權(quán)獲得 的等效物的全部范圍。因此，這些權(quán)利要求并不限于本披露。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括一個第一量子位；一個第二量子位，其中該第一量子位的一部分與該第二量子位相交叉；以及一個耦聯(lián)器，該耦聯(lián)器具有一個周邊并且該耦聯(lián)器在該第一量子位與該第二量子位之間提供了一種聯(lián)通性耦聯(lián)，該耦聯(lián)器物理性地鄰近該第一量子位與該第二量子位相交叉的部分。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一量子位的部分與該第二量子位基本上垂直地 交叉。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)器的周邊包圍了該第一量子位與該第二量子 位相交叉部分的至少一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)器的周邊包圍了該第一量子位的未與該第二 量子位相交叉的一個第一部分以及該第二量子位的未與該第一量子位相交叉的一個第二 部分。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)器的周邊包括了基本上平行于該第一量子位 的一個長度延伸的一個第一臂以及基本上平行于該第二量子位的一個長度延伸的一個第二臂。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一量子位包括一個超導(dǎo)材料的第一量子位回 路，該超導(dǎo)材料在一個第一臨界溫度下是超導(dǎo)的，以及至少一個約瑟夫遜結(jié)；該第二量子位 包括一個超導(dǎo)材料的第二量子位回路，該超導(dǎo)材料在一個第二臨界溫度下是超導(dǎo)的，以及 至少一個約瑟夫遜結(jié)；并且該耦聯(lián)器包括一個超導(dǎo)材料的耦聯(lián)回路，該超導(dǎo)材料在一個第 三臨界溫度下是超導(dǎo)的。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)回路被至少一個約瑟夫遜結(jié)中斷。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)器是在與該第一以及第二量子位分開的一個 層上。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該耦聯(lián)器是在與該第一或該第二量子位之一相同的一個層上。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一耦聯(lián)器是可運行的以便至少以鐵磁地、反鐵 磁地以及橫向地方式之一使該第一量子位與該第二量子位相耦聯(lián)。
11.一種多層的計算機芯片，包括至少部分地布置在一個第一金屬層中的一個第一復(fù)數(shù)N個量子位； 至少部分地布置在一個第二金屬層中的一個第二復(fù)數(shù)M個量子位；該第二復(fù)數(shù)個量子 位中的每個量子位與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位相交叉；以及一個第一復(fù)數(shù)N乘以M個耦聯(lián)裝置，這些耦聯(lián)裝置各自鄰近來自該第一與該第二復(fù)數(shù) 個量子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉之處。
12.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中這些耦聯(lián)裝置中的至少一個包括基 本上平行于該第一復(fù)數(shù)N個量子位中的一個量子位的一個長度延伸的一個第一臂以及基 本上平行于該第二復(fù)數(shù)M量子位中的一個第二量子位的一個長度延伸的一個第二臂。
13.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中該多個耦聯(lián)裝置被至少部分地布置 在該第二金屬層中。
14.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中M等于N。
15.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，進一步包括一個金屬屏蔽層，該屏蔽層被放置用于減小圍繞這些量子位以及這些耦聯(lián)器的磁噪聲。
16.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中該第二復(fù)數(shù)個量子位被布置在該第 二金屬層以及該第一金屬層二者之中，并且多個通道在該第二與該第一金屬層之間提供對 應(yīng)的電流路徑。
17.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中該多個耦聯(lián)裝置既被布置在該第二 金屬層之中又被布置在該第一金屬層之中并且多個通道在該第二與該第一金屬層之間提 供了多個對應(yīng)的電流路徑。
18.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中該第一復(fù)數(shù)個量子位的這些量子位 被安排為彼此平行，該第二復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位被安排為彼此平行，而該第二復(fù) 數(shù)個量子位中的這些量子位被安排為垂直于該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位。
19.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，其中該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子 位是以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第η量子位，該第二復(fù)數(shù)個量子位中 的這些量子位是以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第m量子位，該第一復(fù)數(shù) 個量子位中的該第一量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位，該第 一復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二 量子位，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中 的一個第三量子位，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的一個第四量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù) 個量子位中的一個第四量子位，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位是可控制地可耦聯(lián) 到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的該第二、第三以及第四量子位中的每一個上，該第一復(fù)數(shù)個量 子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第三以及第四 量子位中的每一個上，該第一復(fù)數(shù)個量子位中的該第三量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第二 復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二與第四量子位中的每一個上，并且該第一復(fù)數(shù)個量子位中的 該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第二復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二以及第三量子位中 的每一個上，以形成一種第一 K4模塊。
20.如權(quán)利要求19所述的多層的計算機芯片，進一步包括布置在一個第一金屬層中的一個第三復(fù)數(shù)I個量子位；至少部分地布置在一個第二金屬層中的一個第四復(fù)數(shù)J個量子位；該第二復(fù)數(shù)個量子 位中的每個量子位與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位相交叉；布置在一個第一金屬層中的一個第五復(fù)數(shù)K個量子位；至少部分地布置在一個第二金屬層中的一個第六復(fù)數(shù)L個量子位；該第二復(fù)數(shù)個量子 位中的每個量子位與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的每個量子位相交叉；一個第二復(fù)數(shù)I乘以J個耦聯(lián)裝置，該第二復(fù)數(shù)個耦聯(lián)裝置中的每個耦聯(lián)裝置至少 部分地包圍來自該第三以及第四復(fù)數(shù)個量子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉的一個區(qū) 域；其中該第三復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列 到一個第η量子位，該第四復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列到一個第η量子位，該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位是可控制地可耦聯(lián)到 該第四復(fù)數(shù)個量子位中的該第一、第二、第三與第四量子位中的每一個上，該第三復(fù)數(shù)個量 子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二、第三與 第四量子位中的每一個上，該第三復(fù)數(shù)個量子位中的該第三量子位是可控制地可耦聯(lián)到該 第四復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二、第三與第四量子位中的每一個上，并且該第三復(fù)數(shù)個量 子位中的該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第四復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二、第三與 第四量子位中的每一個上，以形成一個第一雙部分的模塊；以及一個第三復(fù)數(shù)K乘以L個耦聯(lián)裝置，該第二復(fù)數(shù)個耦聯(lián)裝置中的每個耦聯(lián)裝置至少部 分地包圍來自該第三與第四復(fù)數(shù)個量子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉的一個區(qū)域，其中該第五復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量子位排列 到一個第η量子位，該第六復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位以一種連續(xù)的順序從一個第一量 子位排列到一個第η量子位，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第 六復(fù)數(shù)個量子位中的該第一量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子位被鐵磁地 耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第二量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量 子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第三量子位上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中 的一個第四量子位被鐵磁地耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的一個第四量子位上，該第五復(fù) 數(shù)個量子位中的該第一量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的該第二、第三 與第四量子位中的每一個上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第二量子位是可控制地可耦聯(lián)到 該第六復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第三與第四量子位中的每一個上，該第五復(fù)數(shù)個量子位中 的該第三量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù)個量子位中的第一、第二與第四量子位中 的每一個上，并且該第五復(fù)數(shù)個量子位中的該第四量子位是可控制地可耦聯(lián)到該第六復(fù)數(shù) 個量子位中的第一、第二與第三量子位中的每一個上，以形成一個第二 K4模塊，并且其中該第三復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位被鐵磁地與該第一復(fù)數(shù)個量子位中的這些 量子位的對應(yīng)的那些相耦聯(lián)，并且其中來自該第四復(fù)數(shù)個量子位的這些量子位被鐵磁地與 該第六復(fù)數(shù)個量子位中的這些量子位的對應(yīng)的那些相耦聯(lián)，以形成一個第一 K8模塊。
21.如權(quán)利要求20所述的多層的計算機芯片，進一步包括一個額外的復(fù)數(shù)個量子位以及一個額外的復(fù)數(shù)個耦聯(lián)器，它們被配置為用來形成一個 第二K8模塊，其中來自該第一1(8模塊的至少一個量子位被可控制地耦聯(lián)到來自該第二 1(8模 塊的至少一個量子位上。
22.如權(quán)利要求20所述的多層的計算機芯片，其中這些耦聯(lián)器中的至少一個是一個拐 角耦聯(lián)器，該拐角耦聯(lián)器是可運行的，以便將來自該第一 K4模塊的至少一個量子位耦聯(lián)至 來自該第五或第六復(fù)數(shù)個量子位的一個相應(yīng)的對應(yīng)量子位上。
23.如權(quán)利要求11所述的多層的計算機芯片，進一步包括用于在該多層的計算機芯片與一個數(shù)字計算機之間建立一個接口的一個超導(dǎo)探針卡， 該超導(dǎo)探針卡包括一個印刷電路板，該印刷電路板包括攜帶了至少一個第一傳導(dǎo)跡線的一種介電媒介， 其中該第一傳導(dǎo)跡線是由在低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一種材料形成的，以及；至少一個第一傳導(dǎo)針，該第一傳導(dǎo)針至少部分地是由在低于一個臨界溫度時超導(dǎo)的一 種材料形成的，其中該第一傳導(dǎo)針的一個第一末端被可聯(lián)通地連接到該印刷電路板上的第一傳導(dǎo)跡線上，并且該第一傳導(dǎo)針的一個第二末端是楔形的以形成一個尖端；其中該第一傳導(dǎo)跡線的臨界溫度與該第一傳導(dǎo)針的臨界溫度均大約等于或者大于該 超導(dǎo)探針卡的一個工作溫度。
全文摘要
一種系統(tǒng)可以包括彼此交叉的第一和第二量子位以及一個第一耦聯(lián)器，該第一耦聯(lián)器具有一個周邊，該周邊包圍了第一和第二量子位的這些部分中的至少一部分，該第一耦聯(lián)器是可運行的以便鐵磁性地或者反鐵磁性地將該第一與該第二量子位耦聯(lián)在一起。一種多層的計算機芯片可以包括布置在一個第一金屬層中的一個第一復(fù)數(shù)N個量子位，至少部分地布置在一個第二金屬層中并且與該第一復(fù)數(shù)個量子位的每一個量子位相交叉的一個第二復(fù)數(shù)M個量子位，以及第一復(fù)數(shù)N乘以M個耦聯(lián)裝置，這些耦聯(lián)裝置至少部分地包圍一個區(qū)域，在該區(qū)域中來自該第一以及第二復(fù)數(shù)個量子位的一個對應(yīng)的量子位對彼此交叉。
文檔編號G06F15/76GK101978368SQ200980110259
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者保羅·布伊克, 理查德·戴維·紐費爾德, 費利克斯·邁鮑姆 申請人:D-波系統(tǒng)公司