專利名稱：包括量子裝置的模擬處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法、物品和系統(tǒng)涉及模擬處理和量子計(jì)算裝置。
背景技術(shù)：
2.1模擬計(jì)算模擬計(jì)算利用物理現(xiàn)象(機(jī)械的、電氣的、等等)通過(guò)使用物理量(壓力、電壓、位置、等等)代表該問(wèn)題中的變量來(lái)模擬所關(guān)注的問(wèn)題，這里該問(wèn)題是某些抽象的數(shù)學(xué)問(wèn)題或者是涉及其他物理量的某些物理問(wèn)題。以其最簡(jiǎn)單的方式來(lái)說(shuō)，一個(gè)模擬系統(tǒng)(例如模擬計(jì)算機(jī))通過(guò)取入一個(gè)問(wèn)題的一個(gè)或者多個(gè)輸入變量來(lái)求解該問(wèn)題，把它們代表為物理量，并且然后根據(jù)物理定律推演出其狀態(tài)。對(duì)該問(wèn)題的答案產(chǎn)生為一個(gè)物理變量，該變量然后可以讀出。
模擬系統(tǒng)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是以真正并行的方式進(jìn)行運(yùn)算。因?yàn)檫\(yùn)算一般地受物理定律的制約，絕大多數(shù)模擬系統(tǒng)的物理規(guī)則中不存在任何東西會(huì)在該模擬系統(tǒng)的一個(gè)部分中禁止一個(gè)運(yùn)算，而同時(shí)在該模擬系統(tǒng)的另一個(gè)部分卻進(jìn)行另一個(gè)運(yùn)算。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是模擬系統(tǒng)不涉及時(shí)域運(yùn)算，并且從而不要求使用時(shí)鐘。多個(gè)模擬系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)演算，對(duì)于多數(shù)物理應(yīng)用，這比在一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行同樣的計(jì)算要更快。
傳統(tǒng)上，模擬系統(tǒng)使用一些物理量(例如電壓、壓力、溫度等等)來(lái)代表一個(gè)連續(xù)的變量。這導(dǎo)致精確度的問(wèn)題，因?yàn)閱?wèn)題答案的精確性受到能夠量化的連續(xù)變量的精確性的限制。這是因?yàn)槟M系統(tǒng)一般地使用物理量代表一個(gè)問(wèn)題中的變量，而自然界中所發(fā)現(xiàn)的物理量?jī)?nèi)在性地是連續(xù)的。另一方面，數(shù)字計(jì)算機(jī)涉及可能的字位值“0”和“1”之間的區(qū)分，對(duì)于該區(qū)分存在著易于識(shí)別的準(zhǔn)確狀態(tài)。模擬系統(tǒng)也往往在它們所能夠解決的問(wèn)題類型上受限制。例如，一個(gè)日晷和一個(gè)羅盤都是原始的模擬計(jì)算機(jī)。然而，這兩者都只能夠進(jìn)行一個(gè)運(yùn)算，分別是根據(jù)太陽(yáng)的位置計(jì)算時(shí)間和計(jì)算地球磁場(chǎng)的方向。一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)可以通過(guò)重新編程用同類屬的計(jì)算機(jī)解決這兩個(gè)問(wèn)題。模擬系統(tǒng)往往比數(shù)字計(jì)算機(jī)復(fù)雜。而且一個(gè)模擬系統(tǒng)可以進(jìn)行的運(yùn)算數(shù)量往往受電路/裝置可以被復(fù)制的程度的限制。
盡管數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)于解決多個(gè)一般問(wèn)題是有用的，然而還是有一些問(wèn)題的答案不能夠在一個(gè)常規(guī)的數(shù)字計(jì)算機(jī)上有效地計(jì)算。換言之，找出問(wèn)題的答案的時(shí)間不在多項(xiàng)式次數(shù)上與問(wèn)題的大小成比例。在某些情況下可以使問(wèn)題并行化。然而從成本的角度上這種并行化往往不實(shí)際。數(shù)字計(jì)算機(jī)使用一種有限狀態(tài)機(jī)的途徑。盡管對(duì)于眾多種類的計(jì)算問(wèn)題有限狀態(tài)機(jī)途徑工作良好，但是它對(duì)于可以求解的問(wèn)題的復(fù)雜性存在一個(gè)底線。這是因?yàn)橛邢逘顟B(tài)機(jī)途徑使用一種時(shí)鐘或者說(shuō)計(jì)時(shí)器來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。用現(xiàn)有技術(shù)水平中的CMOS技術(shù)實(shí)施的時(shí)鐘具有一個(gè)約為5GHz的最高時(shí)鐘速率(頻率)。相反，多種模擬系統(tǒng)不要求時(shí)鐘。從而在模擬系統(tǒng)中可以用一種自然的方式得出問(wèn)題的答案，往往比數(shù)字計(jì)算的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)以遠(yuǎn)快得多的速度、可能甚至按指數(shù)級(jí)快得多的速度得出答案。
數(shù)字計(jì)算機(jī)所顯示出的實(shí)用性在于它們的低功耗、易于區(qū)分狀態(tài)的離散的二進(jìn)制性質(zhì)、以及它們能夠解決廣泛的通用性計(jì)算問(wèn)題的能力。然而，在量子模擬、優(yōu)化、NP難題(NP-hard)和其他NP完全(NP-complete)問(wèn)題中的多個(gè)特定問(wèn)題在數(shù)字計(jì)算機(jī)上還是棘手的。如果能夠克服模擬系統(tǒng)的諸如其有限精確性的限制之類的缺點(diǎn)，在求解重要的計(jì)算問(wèn)題上一個(gè)模擬系統(tǒng)就可以容易地超過(guò)經(jīng)典的數(shù)字計(jì)算機(jī)。
2.2復(fù)雜性類別關(guān)注復(fù)雜性的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們例行地使用不同的復(fù)雜性類別定義。復(fù)雜性類別的數(shù)目總是在改變，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)科學(xué)進(jìn)展中新的復(fù)雜性類別被定義而現(xiàn)有的復(fù)雜性類別在合并。公知為多項(xiàng)式時(shí)間(polynomial-time)(P)、非定義性多項(xiàng)式時(shí)間(non-deterministicpolynomial-time)(NP)、NP-完全(NPC)和NP-難題(NPH)的復(fù)雜性類別都是判定問(wèn)題的類別。判定問(wèn)題具有二元的結(jié)果。
NP中的問(wèn)題是對(duì)之存在著多項(xiàng)式時(shí)間的驗(yàn)證的計(jì)算問(wèn)題。就是說(shuō)為了驗(yàn)證一個(gè)潛在的解不會(huì)超過(guò)該問(wèn)題大小的多項(xiàng)式時(shí)間(類別P)。產(chǎn)生一個(gè)潛在的解可能會(huì)超過(guò)多項(xiàng)式時(shí)間。對(duì)于NP-難題可能要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證一個(gè)潛在的解。
NPC中的問(wèn)題可以定義為是NP中的問(wèn)題，這些問(wèn)題已經(jīng)表明比起NPC中的一個(gè)已知的問(wèn)題是同等的或者更難以答案。等效地說(shuō)，NPC中的問(wèn)題在NP之中也是NPH的問(wèn)題。這可以表達(dá)為NPC＝NP∩NPH。
如果對(duì)一個(gè)問(wèn)題存在著從NPC中的已知問(wèn)題的一種多項(xiàng)式時(shí)間的還原，則該問(wèn)題就是與NPC中的一個(gè)已知問(wèn)題等價(jià)或者較之更難以答案。還原可以看作映射的一種泛化。該映射可以是一對(duì)一的函數(shù)、多對(duì)一的函數(shù)、或者利用預(yù)言等等。復(fù)雜性類別的概念和復(fù)雜性類別如何定義某些計(jì)算問(wèn)題的棘手性請(qǐng)參閱，例如，1979年Garey和Johnson所著的Computer and IntractabilityA Guideto the Theory of NP-Completeness，F(xiàn)reeman，SanFrancisco，ISBN0716710455(下文中簡(jiǎn)稱為“Garey和Johnson”)。還可以參閱Cormen，Leiserson，和Rivest，1990年的Introduction to Alrorithms，MIT Press，Cambridge、ISBN0262530910。
判定問(wèn)題往往具有一種相關(guān)的優(yōu)化問(wèn)題，求解該相關(guān)的優(yōu)化問(wèn)題以定義正確的判斷。求解一個(gè)基于判定的NP-完全問(wèn)題的效率會(huì)導(dǎo)致求解對(duì)應(yīng)的基于優(yōu)化的問(wèn)題的效率。這對(duì)NP中的任何問(wèn)題一般地是成立的。往往為之求解的問(wèn)題是基于優(yōu)化的問(wèn)題。
2.3量子裝置量子計(jì)算是一種相對(duì)新的計(jì)算方法，該計(jì)算方法使用量子裝置以便利用量子效應(yīng)，譬如基態(tài)的疊加和量子裝置的牽連，以此進(jìn)行某些快于經(jīng)典的數(shù)字計(jì)算機(jī)的計(jì)算。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，信息是存儲(chǔ)在字位中，該字位既可以是“0”也可以是“1”。例如，一個(gè)字位可以用一個(gè)低電壓代表邏輯“0”和用一個(gè)高電壓代表邏輯“1”。與數(shù)字計(jì)算機(jī)的字位相反，一個(gè)量子計(jì)算機(jī)把信息存儲(chǔ)為量子位(qubit)中，這是一種量子裝置，其中的數(shù)據(jù)既可以是“0”狀態(tài)或者“1”狀態(tài)，或者是這些狀態(tài)的任何疊加，α|0>+β|1>. (1)
根據(jù)式(1)的術(shù)語(yǔ)，一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)的“0”狀態(tài)類似于一個(gè)量子位的|0>基態(tài)。相似地，一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)的“1”狀態(tài)類似于一個(gè)量子位的|1>基態(tài)。根據(jù)式(1)，一個(gè)量子位允多個(gè)量子位基態(tài)的疊加，其中該量子位具有一定的概率要么是處于|0>或處于|1>狀態(tài)。項(xiàng)|α|2是處于|0>狀態(tài)的概率而項(xiàng)|β|2是處于|1>狀態(tài)的概率，其中|α|2+|β|2＝1。顯然連續(xù)變量α和β比在一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)中的一個(gè)字位包括大得多的信息，而在一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)中的字位是簡(jiǎn)單的0或者1。一個(gè)量子位的狀態(tài)可以表示為向量，αβ.---(2)]]>盡管該量子位可以是在多個(gè)狀態(tài)的一種線性組合(或者疊加)之中，它僅可以作為處于|0>或|1>狀態(tài)被讀出或者測(cè)量。量子裝置展現(xiàn)了量子性能，譬如量子基態(tài)之間的量子隧道效應(yīng)、基態(tài)的疊加、量子位的牽涉、相干性、以及同時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)特性和顆粒特性。在量子計(jì)算的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型(也稱為量子計(jì)算的電路模型)中，一個(gè)量子計(jì)算裝置中量子門的運(yùn)作是在量子位上于時(shí)域中進(jìn)行。換言之，在一個(gè)量子計(jì)算裝置中各個(gè)單獨(dú)的門在一個(gè)或者多個(gè)量子位上的狀態(tài)上運(yùn)行一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期以進(jìn)行一種量子計(jì)算。多個(gè)門表示為矩陣乘以在量子位上運(yùn)行的狀態(tài)向量。最基本的單個(gè)量子位門是保利矩陣(Pauli matrices)X≡0110,]]>Y≡0-ii0,]]>Z≡100-1.---(3)]]>其他單個(gè)量子位門包括Hadamard門、相位門，和π/8門。例如，參見Nielson and Chuang，2000，Quantum Computation andQuantum Information，Cambridge University Press，Cambridge，pp.174-177。
兩個(gè)耦連在一起的量子位還遵循疊加α00|00>+α01|01>+α10|10>+α11|11>.(4)一個(gè)雙量子位系統(tǒng)的狀態(tài)由一個(gè)四元向量代表，而雙量子位門的運(yùn)算由4×4矩陣代表。因此一個(gè)n量子位系統(tǒng)由連續(xù)變量的一個(gè)2n向量來(lái)代表?；締伍T運(yùn)算的一個(gè)子集，譬如在(3)中表示的那些子集，和一個(gè)或者多個(gè)雙量子位門運(yùn)算形成了據(jù)說(shuō)是對(duì)量子運(yùn)算通用的一個(gè)門集合。量子運(yùn)算的一個(gè)通用集合是允許所有可能的量子運(yùn)算的任何量子運(yùn)算的集合。
2.4量子運(yùn)算的要求一般地說(shuō)，一個(gè)量子位是一種充分定義的物理結(jié)構(gòu)，該物理結(jié)構(gòu)(i)具有多個(gè)量子狀態(tài)，(ii)可以相干地從其環(huán)境隔離出并且(iii)允許在與該量子位相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)或者多個(gè)量子狀態(tài)之間的量子隧道作用。例如參見Mooji et al.，1999，Science 285，p.1036(下文中稱為“Mooji”)，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。對(duì)于從中可以形成量子位的當(dāng)前的物理系統(tǒng)的一個(gè)綜述參閱Braunstein and Lo(eds.)，2001，Scalable Quantum Computers，Wiley-VCH，Berlin(下文稱為“Braunstein and Lo”)。
為了使一個(gè)物理的系統(tǒng)表現(xiàn)為一種量子位必須要滿足數(shù)個(gè)要求。參見DiVincenzo in Braunstein and Lo，Chapter 1，第一章。這些要求包括該物理系統(tǒng)(量子位)需要是可拓展的。換言之，它必須能夠以一種相干的方式結(jié)合一個(gè)合理數(shù)量的量子位。與可拓展性相關(guān)聯(lián)的是需要消除量子位的脫散性。一個(gè)量子位可以用在量子計(jì)算中還要求能夠使量子位進(jìn)行初始化、控制和耦連的運(yùn)算。一個(gè)量子位的控制包括進(jìn)行單量子位運(yùn)算以及在兩個(gè)或者多個(gè)量子位上的運(yùn)算。為了支持量子計(jì)算，該運(yùn)算的集合需要是一個(gè)通用集合。多個(gè)門的集合是通用的，例如參閱Barenco et al，1995，PhysicalReview A 52，p.3457，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。對(duì)量子計(jì)算的另一個(gè)要求是需要能夠測(cè)量該量子位的狀態(tài)以便進(jìn)行計(jì)算運(yùn)作并且提取信息。對(duì)于量子計(jì)算的電路模型發(fā)展了這些要求，并且可以對(duì)其他模型放寬要求。
2.5超導(dǎo)量子位已經(jīng)提出了幾種量子計(jì)算硬件建議。在這些硬件建議中，最可拓展的物理系統(tǒng)看來(lái)是那些超導(dǎo)結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)材料是在臨界電流、磁場(chǎng)和溫度之下沒有電阻的材料。Josephson結(jié)是這種結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
有兩種實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)量子位的主要手段。一個(gè)手段對(duì)應(yīng)于針對(duì)充分定義的電荷(電荷量子位)的限制。另一個(gè)手段對(duì)應(yīng)于針對(duì)充分定義的相位(相位/能量量子位)的限制。相位和電荷是相關(guān)的變量，根據(jù)基本的量子原理，它們是彼此的規(guī)范共軛。這兩類裝置的劃分既述于Makhlin et al.，2001，Reviews of Modern Physics 73，pp.357-400(以下稱為“Makhlin”) 中，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。超導(dǎo)量子位包括所屬領(lǐng)域內(nèi)充分公知的裝置，譬如Josephson結(jié)量子位。例如參閱Barone and Paternò，1982，Physics and Applications ofthe Josephson Effect，John Wiley and Sons，New York；Martinis et al.，2002，Physical Review Letters 89，117901，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此；和Han et al.，2001，Science 293，p.1457，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。
2.5.1通量量子位一種類型的通量量子位是穩(wěn)恒電流量子位。參閱Mooji andOrlando et al.，1999，Physical Review B 60，15398-15413 (下文中稱為“Orlando”)，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。超導(dǎo)相位量子位是充分公知的并且已經(jīng)展示了長(zhǎng)的相干時(shí)間。例如，參見Orlando andIl’ichev etal.，2003，Physical Review Letters 91，097906 (下文稱為“Il’ichev”)，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。某些其他類型的相位量子位包括具有多于或者少于三個(gè)Josephson結(jié)的超導(dǎo)回路。例如參閱G.Blatter et al.，2001，Physical Review B，63，174511，和Friedmanet al.，2000，Nature 406，43(下文稱為“Friedman 2000”)，每篇文章都通過(guò)引用全文結(jié)合在此。對(duì)于通量量子位的更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)參閱以下美國(guó)專利題為“Resonant controlled qubit system”的6,960,780號(hào)、題為“Resonant controlled qubit system”的6,897,468號(hào)、題為“Multi-junction phase qubit”的6,784,451號(hào)、題為“Sub-fluxquantum generator”的6,885,325號(hào)、題為“Quantum phase-chargecoupled device”的6,670,630號(hào)、題為“Finger squid qubit device”的6,822,255號(hào)、題為“Superconducting low inductance qubit”的6,979,836號(hào)；以下公開的美國(guó)專利申請(qǐng)題為“Extra-substratecontrol system”的2004-0140537號(hào)、題為“Methods for single qubitgate teleportation”的2004-0119061號(hào)、題為“System and method forcontrolling superconducting qubits的2004-0016918號(hào)、題為“Encoding and error suppression for superconducting quantumcomputers”2004-0000666號(hào)、題為“Quantum phase-charge coupleddevice”的2003-0173498號(hào)、題為“Quantum computing integrateddevelopment environment”的2003-0169041號(hào)、題為“Quantumcomputing integrated development environment”的2003-0121028號(hào)、題為“Trilayer heterostructure iunctions”的2003-0107033號(hào)、和題為“Quantum bit with a multi-terminal junction and loop with a phaseshift”的2002-0121636號(hào)，它們每一個(gè)都通過(guò)引用全文結(jié)合在此。
圖1A示出一個(gè)超導(dǎo)相位量子位100。相位量子位100包括一個(gè)由Josephson結(jié)101-1、102-2和103-3間斷的超導(dǎo)材料的回路103。Josephson結(jié)典型地使用標(biāo)準(zhǔn)制造工藝形成，一般地涉及材料沉積和光刻階段。例如，參閱Madou，2002，F(xiàn)undamentals ofMicrofabrication，Second Edition，CRC Press、Van Zant，2000，Microchip Fabrication，F(xiàn)ourth Edition，McGraw-Hill，New York、Levinson，2001，Principles of Lithography，The International Societyfor Optical Engineering，Bellingham Washington，and Choudhury，1997，Handbook of Microlithography，Micromachining and MicrofabricationVolume 1Microlithography，The International Society for OpticalEngineering，Bellingham Washington.。制造Josephson結(jié)的方法，例如說(shuō)明于 Ramos et al.，2001，IEEE Transactions on AppliedSuperconductivity 11，p.998。普通的基質(zhì)例如包括硅、氧化硅，或者藍(lán)寶石。Josephson結(jié)101還可以包括絕緣材料，譬如氧化鋁。可用于形成超導(dǎo)回路103的超導(dǎo)材料的范例是鋁和鈮。Josephson結(jié)101具有范圍從10納米(nm)至約10微米(μm)的尺寸。一個(gè)或者多個(gè)Josephson結(jié)101具有與相位量子位100中的其他Josephson結(jié)101不同的參數(shù)，譬如結(jié)的尺寸、結(jié)表面積、Josephson能量或者充電通量。在相位量子位100中任何兩個(gè)Josephson結(jié)101之間的差由一個(gè)用α表示的系數(shù)表征，該系數(shù)典型地范圍在約0.5至約1.3之間，在此α＝1代表具有等效參數(shù)的結(jié)。在某些范例中，該相位量子位中一對(duì)Josephson結(jié)的條件α是相應(yīng)Josephson結(jié)的臨界電流之比。一個(gè)Josephson結(jié)的臨界電流是使該結(jié)不再是超導(dǎo)的流經(jīng)該結(jié)的電流。這就是說(shuō)，在該臨界電流以下該結(jié)是的超導(dǎo)的，而在該臨界電流以上，該結(jié)不是超導(dǎo)的。從而，例如，結(jié)101-10和101-2的條件α定義為結(jié)101-1的臨界電流與結(jié)101-2的臨界電流之比。
參見圖1A，一個(gè)偏置源110感應(yīng)性地耦連到相位量子位100。偏置源110用于經(jīng)過(guò)相位量子位100穿過(guò)一個(gè)磁通量φx以提供對(duì)該相位量子位的狀態(tài)的控制。相位量子位100典型地由一個(gè)范圍在約0.2·φ0至約0.8·φ0之間的磁通量偏置φx進(jìn)行運(yùn)算，這里φ0是通量量子。
相位量子位100具有一種簡(jiǎn)化的相對(duì)于跨Josephson結(jié)101的相位的二維勢(shì)能。典型地用一個(gè)磁通量φx使相位量子位φ100偏置，從而該二維勢(shì)能的特性曲線包括本地能量最小值的區(qū)域，在此，該本地能量最小值是由小的能量壁壘相互分開并且由大的能量壁壘與其他的區(qū)域分開。該勢(shì)能是一種雙阱勢(shì)150(圖1B)，該雙阱勢(shì)包括一個(gè)左阱160-0和一個(gè)右阱160-1，分別代表圖1A的相位量子位中的順時(shí)針102-1和逆時(shí)針102-1循環(huán)的超導(dǎo)電流。當(dāng)施加一個(gè)約0.5φ0的通量偏置時(shí)可以形成一個(gè)雙阱勢(shì)150。
當(dāng)雙阱160-0和160-1蛻化或者接近銳化時(shí)，意味著它們處于相同的能勢(shì) 或者接近相同的能勢(shì)，如在圖1B中所示，這時(shí)相位量子位100的量子狀態(tài)變成相位或者基本狀態(tài)的一個(gè)相干疊加，并且該裝置可以作為一種相位量子位進(jìn)行運(yùn)算。處于或者接近銳化的點(diǎn)在此稱為相位量子位100的計(jì)算運(yùn)行點(diǎn)。在相位量子位100的計(jì)算運(yùn)行的過(guò)程中，可以使用可控制的量子效應(yīng)根據(jù)量子計(jì)算的規(guī)則處理用該相位狀態(tài)存儲(chǔ)的信息。因?yàn)樵谠撓辔涣孔游凰鎯?chǔ)和處理的量子信息是以相位位基礎(chǔ)，它對(duì)以電荷為基礎(chǔ)的噪音不敏感。Il`ichev等(Illichev)使用了一種耦連到高質(zhì)量?jī)?chǔ)能電路(tankcircuit)的三Josephson結(jié)通量量子位來(lái)進(jìn)行Rabi振蕩的連續(xù)觀察。
標(biāo)準(zhǔn)的量子計(jì)算模型有多個(gè)問(wèn)題，這使之成為一種科學(xué)技術(shù)的挑戰(zhàn)性壯舉。量子計(jì)算涉及相干地處理量子信息。這要求在量子位中有充分長(zhǎng)的脫散時(shí)間，同時(shí)要免于噪音和誤差。脫散性使得時(shí)域門水平的標(biāo)準(zhǔn)模型量子計(jì)算很困難。因此希望駕御量子效應(yīng)，譬如不相干隧道效應(yīng)，以此求解有用的問(wèn)題，從而克服標(biāo)準(zhǔn)模型量子計(jì)算的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
(i)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)方面提供了一種包括一種模擬(量子)處理器的計(jì)算系統(tǒng)。該量子處理器包括形成一個(gè)點(diǎn)陣的多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)量子裝置，這些量子裝置具有第一和第二基礎(chǔ)狀態(tài)并且包括由Josephson結(jié)間斷的超導(dǎo)材料的回路。該量子處理器進(jìn)一步包括多個(gè)耦連裝置，該耦連裝置以一個(gè)最近鄰居和/或次最近鄰居的方式把這些量子裝置耦連在一起。
(ii)本方法、物品和系統(tǒng)的另一個(gè)方面提供了使用一個(gè)量子處理器定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的一種方法，該量子處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)把該量子裝置耦連在一起的耦連裝置。該方法包括通過(guò)設(shè)定該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置的一個(gè)狀態(tài)和設(shè)定該多個(gè)耦連裝置中的每個(gè)耦連裝置的耦連強(qiáng)度使該量子處理器初始化到一種初始狀態(tài)，使得該量子處理器能夠演算出逼近該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)自然的基態(tài)的一個(gè)最終狀態(tài)；并且從該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)或者多個(gè)量子裝置中讀出一個(gè)最終狀態(tài)從而定義該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果。
(iii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了包括一個(gè)中央處理器單元和耦連到該中央處理器單元的一個(gè)存儲(chǔ)器的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果。該存儲(chǔ)器包括一個(gè)用戶接口模件，其中包括用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令、一個(gè)映射器模件，其中包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一種映射的指令、和一個(gè)模擬處理器接口模件。該模擬處理器接口模件包括將該映射傳輸?shù)揭粋€(gè)模擬處理器的指令和用于響應(yīng)該映射從該模擬處理器接收一個(gè)結(jié)果的指令。該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置并且該映射包括該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置的初始化值以及該多個(gè)耦連裝置中的每個(gè)耦連裝置的初始化值。該耦連裝置把該量子裝置耦連到它們最近鄰居的和/或其次最近鄰居的裝置。
(iv)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種用于同一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)結(jié)合使用的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介和一個(gè)在其中植入的計(jì)算機(jī)程序機(jī)理，且該計(jì)算機(jī)程序機(jī)理包括一個(gè)用戶接口模件，其中包括用于限定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的指令、一個(gè)映射器模件，其中包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)映射的指令，和一個(gè)模擬處理器接口模件，其中包括將該映射傳輸?shù)揭粋€(gè)模擬處理器的指令以及響應(yīng)于該映射用于從該模擬處理器接收一個(gè)結(jié)果的指令。該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，并且該映射包括該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置的初始化值以及該多個(gè)耦連裝置中的每個(gè)耦連裝置的初始化值，并且該耦連裝置把該量子裝置耦連到它們最近鄰居和/或其次最近鄰居。
(v)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種量子處理器。該量子處理器包括多個(gè)安排成一個(gè)點(diǎn)陣的量子裝置、第一多個(gè)耦連裝置和第二多個(gè)耦連裝置。在該第一耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將在該點(diǎn)陣中最鄰近的一個(gè)第一量子裝置與一個(gè)第二量子裝置耦連，而在該第二多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將在該點(diǎn)陣中次最鄰近的一個(gè)第三量子裝置與一個(gè)第四量子裝置耦連。
(vi)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種包括多個(gè)量子裝置的量子處理器，還有第一多個(gè)耦連裝置、第二多個(gè)耦連裝置、耦連到至少一個(gè)量子裝置的一個(gè)讀出裝置，和耦連到至少一個(gè)量子裝置的一個(gè)本地偏置裝置。該多個(gè)量子裝置和該第一多個(gè)耦連裝置形成一個(gè)平面矩形陣列，該平面矩陣具有一個(gè)對(duì)角線，而該第一多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置以一個(gè)耦連強(qiáng)度把一個(gè)第一量子裝置與第二量子裝置耦連，該耦連強(qiáng)度具有具有一個(gè)最小的負(fù)耦連強(qiáng)度與一個(gè)最大的正耦連強(qiáng)度之間范圍內(nèi)的值。在該第二多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置以具有在一個(gè)最小的負(fù)耦連強(qiáng)度和一個(gè)零耦連強(qiáng)度之間范圍內(nèi)的一種值的耦連強(qiáng)度把沿該陣列的對(duì)角線安排的一個(gè)第三量子裝置與一個(gè)第四量子裝置耦連。
(vii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了包括一種量子處理器的一種計(jì)算系統(tǒng)。該量子處理器包括形成一個(gè)點(diǎn)陣的多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)量子位裝置，和多個(gè)耦連裝置。在該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置把一個(gè)第一量子位裝置耦連到一個(gè)第二量子位裝置，該第一量子位裝置和該第二量子位裝置是處于一種最近鄰居或是在一種次最近鄰居的配置中。
(viii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種量子處理器，其中包括安排成一種點(diǎn)陣的多個(gè)量子位裝置、一種第一多個(gè)耦連裝置和一種第二多個(gè)耦連裝置。在該第一多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置把一個(gè)第一量子位裝置與一個(gè)第二量子位裝置耦連，該第一量子位裝置和第二量子位裝置被配置為該點(diǎn)陣中的最近鄰居，并且在該第二多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置把一個(gè)第三量子位裝置與一個(gè)第四量子位裝置耦連，該第三量子位裝置和第四量子位裝置被配置為該點(diǎn)陣中的次最近鄰居。
(ix)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了使用一個(gè)量子處理器定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的一種方法。該量子處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，每個(gè)耦連裝置耦連一對(duì)量子裝置。該方法包括通過(guò)設(shè)定每個(gè)量子裝置的一個(gè)狀態(tài)和設(shè)定每個(gè)耦連裝置的一個(gè)耦連強(qiáng)度使該量子處理器被初始化到一種初始狀態(tài)，允許該量子處理器能夠演算到逼近該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)自然的基態(tài)的一種最終狀態(tài)，讀出至少一個(gè)量子裝置的一個(gè)最終狀態(tài)從而定義該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果，產(chǎn)生一種載波，其中體現(xiàn)了包括該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。
(x)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中包括用于輸入一個(gè)要求解的P、NP、NP-難題和NP-完全問(wèn)題的計(jì)算問(wèn)題的裝置、用于將該計(jì)算問(wèn)題映射到一個(gè)量子處理器上，其中包括量子位裝置和用于耦連最近相鄰和次最近相鄰的量子位裝置的耦連裝置、使用該量子處理器得到該計(jì)算問(wèn)題的解的裝置、用于輸出該計(jì)算問(wèn)題的解的裝置，以及用于將該解作為體現(xiàn)在一個(gè)載波中的一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)难b置。
(xi)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)，其中包括在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值。該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是在一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子裝置。在多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值個(gè)別地或者集體地代表對(duì)一個(gè)已經(jīng)通過(guò)借助代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)映射在在該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上以后的一個(gè)時(shí)間通過(guò)演算該量子處理器已經(jīng)解出的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解。。
(xii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)，其中包括對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的值進(jìn)行評(píng)估而定義的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的答案。該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子處理器中的節(jié)點(diǎn)的一個(gè)點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且在該節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)量子裝置。在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值是在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)映射在在該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上以后的一個(gè)時(shí)間運(yùn)算該量子處理器后所定義的。
(xiii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)，其中包括要通過(guò)該量子處理器求解的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的圖形，其中該量子處理器包括一個(gè)量子裝置的點(diǎn)陣。要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，包括相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連常數(shù)。該要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形被配置為可以把它映射到該量子處理器的該點(diǎn)陣上。
(xiv)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)，其中包括要通過(guò)一個(gè)量子處理器求解的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題。該量子處理器包括一個(gè)量子裝置的點(diǎn)陣。要求解的該計(jì)算問(wèn)題被轉(zhuǎn)換成一種圖形，該圖形包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且，對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，包括相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)和另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連常數(shù)。該要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形被配置為可以把它映射到該量子處理器的該點(diǎn)陣上。
(xv)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種圖形用戶接口，該圖形用戶接口是用于對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題得到一個(gè)解并且包括一個(gè)第一顯示區(qū)和一個(gè)第二顯示區(qū)。該第一顯示區(qū)指示何時(shí)已經(jīng)接收到包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)相應(yīng)的值的一個(gè)體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)。該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是在一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且在該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子裝置。在該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值個(gè)別地或者集體地代表通過(guò)在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)被映射到該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上以后的一個(gè)時(shí)間通過(guò)演算該量子處理器已經(jīng)解出的該計(jì)算問(wèn)題的解。
(xvi)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種圖形用戶接口，該圖形用戶接口用于對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題得到一個(gè)解并且包括一個(gè)第一顯示區(qū)和一個(gè)第二顯示區(qū)。該第一顯示區(qū)指示何時(shí)已經(jīng)接收到體現(xiàn)在對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的答案的一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)。對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的答案是通過(guò)評(píng)估多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值來(lái)定義。該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是在一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且在該節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子裝置。在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)映射在在該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上以后的一個(gè)時(shí)間通過(guò)演算該量子處理器以后確定該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的值。該第二顯示區(qū)域顯示對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解。
(xvii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種圖形用戶接口，該圖形用戶接口是用于對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題得到一個(gè)解并且包括一個(gè)第一顯示區(qū)和一個(gè)第二顯示區(qū)。該第一顯示區(qū)指示何時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了體現(xiàn)在包括要通過(guò)一個(gè)量子處理器求解的計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)載波上的數(shù)字信號(hào)。該量子處理器包括一個(gè)量子裝置的點(diǎn)陣。要求解的該計(jì)算問(wèn)題包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)并且，對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，包括用于相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)的一個(gè)耦連常數(shù)。該要求解的計(jì)算問(wèn)題被配置為可以把它映射到該量子處理器的該點(diǎn)陣上。該第二顯示區(qū)域在已經(jīng)接收到該計(jì)算問(wèn)題后顯示對(duì)它的解。
(xviii)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種計(jì)算系統(tǒng)。該計(jì)算系統(tǒng)包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)、一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)、和一個(gè)與該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程量子處理器。該量子處理器包括多個(gè)量子裝置，其中該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置都是一個(gè)點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)，并且其中該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置具有一個(gè)第一基礎(chǔ)狀態(tài)和一個(gè)第二基礎(chǔ)狀態(tài)。該量子處理器進(jìn)一步包括多個(gè)耦連裝置，在該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置把該多個(gè)量子裝置中的第一量子裝置耦連到該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第二量子裝置，其中在該點(diǎn)陣中的該第一量子裝置和第二量子裝置的配置是選自由一個(gè)最近相鄰配置和一個(gè)次最近相鄰配置所構(gòu)成的組。該本地計(jì)算機(jī)被配置為向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)計(jì)算問(wèn)題。該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)被配置為向該本地計(jì)算機(jī)發(fā)送對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)答案。
(xix)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)結(jié)果。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)、一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和一個(gè)模擬處理器。該本地計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和一個(gè)耦連到該中央處理單元的存儲(chǔ)器。該本地計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)用戶接口模件，其中包括用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令、一個(gè)映射器模件，其中包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)映射的指令，和一個(gè)傳輸模件，其中包括向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送該映射的指令。該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和一個(gè)耦連到該中央處理單元的存儲(chǔ)器。該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了一個(gè)接收模件，其中包括用于從該本地計(jì)算機(jī)接收該映射的指令，和一個(gè)模擬處理器接口模件，其中包括向該模擬處理器發(fā)送該映射的指令。該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置。該映射包括用于該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的初始化值和用于該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的初始化值。該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置把該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置耦連到該相關(guān)量子裝置的一個(gè)最近鄰居和次最近鄰居中的至少一個(gè)上。
(xx)本方法、物品和系統(tǒng)的又一個(gè)方面提供了一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)結(jié)果。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)、一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和一個(gè)模擬處理器。該本地計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和一個(gè)耦連到該中央處理單元的存儲(chǔ)器。該本地計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器包括用于限定該計(jì)算問(wèn)題的指令、和一個(gè)傳輸模件，其中包括用于向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送該計(jì)算問(wèn)題的指令。該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和一個(gè)耦連到該中央處理單元的存儲(chǔ)器。該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了一個(gè)接收模件，其中包括從該本地計(jì)算機(jī)接收該計(jì)算問(wèn)題的指令。一個(gè)映射器模件，其中包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)映射的指令，和一個(gè)模擬處理器接口模件，其中包括用于向該模擬處理器發(fā)送該映射的指令。該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置。該映射包括用于該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的初始化值和用于該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的初始化值，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置把該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置耦連到該相關(guān)量子裝置的一個(gè)最近鄰居和次最近鄰居中的至少一個(gè)上。


圖1A和1B示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)通量量子位和一個(gè)對(duì)應(yīng)的雙阱勢(shì)能曲線。
圖2A示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的點(diǎn)陣，具有節(jié)點(diǎn)之間的正交耦連。
圖2B示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)點(diǎn)陣，具有節(jié)點(diǎn)之間的正交和對(duì)角耦連。
圖2C示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式的點(diǎn)陣。
圖2D示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式把圖2B的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn)了45°。
圖3A和3B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于將五個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)平面圖映射到對(duì)應(yīng)的基于點(diǎn)陣的模擬體。
圖4A和4B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于將六個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)平面圖映射到具有次最近相鄰耦連的對(duì)應(yīng)的基于點(diǎn)陣的模擬體。
圖5示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于使多重耦連裝置和節(jié)點(diǎn)等效于一個(gè)單個(gè)耦連裝置。
圖6A和6B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用以向?qū)?yīng)的基于點(diǎn)陣的模擬體映射一個(gè)平面圖形。
圖7示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一組五個(gè)完全的圖形K1至K5。
圖8示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)K3，3兩部分的圖形。
圖9A和9B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用以向具有次最近相鄰耦連的對(duì)應(yīng)的基于點(diǎn)陣的模擬體映射一個(gè)非平面的圖形。
圖10A和10B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于向具有次最近相鄰耦連的對(duì)應(yīng)的基于點(diǎn)陣的模擬體映射一個(gè)非平面圖形。
圖11示出一個(gè)根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行運(yùn)算的一個(gè)系統(tǒng)。
圖12A和12B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用以向一個(gè)集成電路映射一個(gè)基于點(diǎn)陣的圖形。
圖13A和13B示出本方法、物品和系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式，用以向一個(gè)集成電路映射一個(gè)基于點(diǎn)陣的圖形。
圖14A和14B示出本方法、物品和系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式，用以向一個(gè)集成電路映射一個(gè)基于點(diǎn)陣的圖形。
圖15示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)相互耦連的四個(gè)量子裝置的集合的照片。
圖16示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)模擬處理器的一種布局。
圖17A和17B示出本方法、物品和系統(tǒng)的幾個(gè)實(shí)施方式，用于控制一種雙阱勢(shì)能。
圖18示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)穩(wěn)恒電流量子位。
在這些附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相似的元件或者動(dòng)作。附圖中的各個(gè)元件的尺寸和相對(duì)位置沒有必要按比例畫出。例如，各種元件的形狀和角度沒有按比例畫出，并且這些元件中的某一些被任意放大和排位以提高易讀性。另外，所畫出的這些元件的特定形狀并非旨在傳達(dá)任何有關(guān)特定元件的實(shí)際形狀的信息，而只是為了方便在圖中識(shí)別而選取。而且，盡管附圖可示出特定的布局，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員的會(huì)理解在設(shè)計(jì)、布局和制造中可以有改變，從而所示布局絕不構(gòu)成對(duì)本方法、物品和系統(tǒng)的布局的限制。
具體實(shí)施例方式
在以下說(shuō)明中，敘述了某些特定的細(xì)節(jié)以對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式提供全面的理解。然而所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解實(shí)施本發(fā)明可以沒有這些細(xì)節(jié)。在其他的情況下，與模擬處理器相關(guān)聯(lián)的充分公知的結(jié)構(gòu)，譬如量子裝置、耦連裝置和包括微處理器和驅(qū)動(dòng)電路的控制系統(tǒng)沒有詳細(xì)示出或者說(shuō)明以避免不必要地含混本發(fā)明的實(shí)施方式的說(shuō)明。除非上下文另有要求，在整個(gè)說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中，“包括”一詞及其各種變位應(yīng)解釋為一種開放的、蘊(yùn)含性的含義，就是說(shuō)是“包括，然而不限于”的意思。在本說(shuō)明書通篇中提及的“一種實(shí)施方式”、“一個(gè)施方式”或者“一種替代方案”、“一個(gè)替代方案”指得是所敘述的一個(gè)特定的特征、結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中。從而在本說(shuō)明書通篇各處出現(xiàn)這樣的表述不是必須指同一個(gè)實(shí)施方式。進(jìn)而，該特定特征、結(jié)構(gòu)或者特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方式中。本文中的小標(biāo)題只是為了方便而不是解釋要求保護(hù)的發(fā)明的范疇和意義。
根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)說(shuō)明了模擬處理器。在某些實(shí)施方式中，該模擬處理器包括多個(gè)以點(diǎn)陣安排的量子裝置和多個(gè)把該量子裝置耦連在一起的多個(gè)耦連裝置。在某些實(shí)施方式中，該耦連裝置把該多個(gè)量子裝置中的個(gè)別量子裝置耦連到其最近相鄰和/或其次最近相鄰的裝置。在某些實(shí)施方式中，該模擬處理器能夠逼近落入NP(非定義性多項(xiàng)式時(shí)間)問(wèn)題類別的一些問(wèn)題的解。
該NP類問(wèn)題是那些可以用一個(gè)非定義性圖靈機(jī)按多項(xiàng)式時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證的問(wèn)題。NP類別問(wèn)題的范例包括，然而不限于伊辛自旋玻璃(Ising Spin Glass)(ISG)問(wèn)題、最大獨(dú)立集合(MaximumIndependent Set)、最大團(tuán)(Max Clique)、最大切割(Max Cut)、頂點(diǎn)覆蓋(Vertex Cover)、流動(dòng)銷售人員(Traveling Salesperson)(TSP)問(wèn)題、k-SAT、整數(shù)線性編程，和尋找一個(gè)不偏置的、非隧道效應(yīng)自旋玻璃的基態(tài)。這些問(wèn)題都可以表面在一個(gè)圖形上，再其中把它們投射為以頂點(diǎn)和與該頂點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊緣構(gòu)成。總體上說(shuō)，這些頂點(diǎn)和邊緣中的每個(gè)都可以有不同的值或者權(quán)重，并且這使得該圖形在不同的頂點(diǎn)之間的關(guān)系方面有不同的特性。
可以用一個(gè)模擬處理器求解的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題是最大獨(dú)立集合問(wèn)題。Garey和Johnston把相關(guān)的獨(dú)立集合問(wèn)題定義如下范例圖形G＝(V，E)，正整數(shù)K≤|V|。
問(wèn)題G是否包括一個(gè)或多個(gè)大小為K的獨(dú)立集合，即是否存在一個(gè)V的子集， 具備 以使V`中不會(huì)有兩個(gè)頂點(diǎn)由E中的一個(gè)邊緣連接在一起？其中應(yīng)加以強(qiáng)調(diào)的是要表明該最大獨(dú)立集合與稱為團(tuán)(Clique)的另一個(gè)問(wèn)題的區(qū)別，這在以下說(shuō)明。擴(kuò)展該定義時(shí)，考慮具有一個(gè)頂點(diǎn)的集合和一個(gè)邊緣的集合以及小于或者等于該圖形的頂點(diǎn)的數(shù)目的一個(gè)正整數(shù)K的無(wú)方向性的邊緣加權(quán)的圖形。在下文中表達(dá)為一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的該獨(dú)立集合問(wèn)題問(wèn)到是否有一個(gè)大小為K的頂點(diǎn)的子集使得在該子集中沒有兩個(gè)頂點(diǎn)由該圖形的一個(gè)邊緣連接。該問(wèn)題存在多個(gè)其他的變形并且包括基于該計(jì)算問(wèn)題的優(yōu)化問(wèn)題。一種優(yōu)化問(wèn)題的實(shí)例是標(biāo)別出產(chǎn)生的K的最大值的圖形的獨(dú)立集合。這被稱為最大獨(dú)立集合。
在數(shù)學(xué)上，解出了獨(dú)立集合就能夠解出被稱為團(tuán)的又一個(gè)問(wèn)題。該問(wèn)題在一個(gè)圖形中查找該團(tuán)。一個(gè)團(tuán)是所有相互連接的頂點(diǎn)的集合。給定一個(gè)圖形和一個(gè)正整數(shù)K，在該團(tuán)中所提出的問(wèn)題為是否存在全部都相互連接的K個(gè)頂點(diǎn)(這些頂點(diǎn)還說(shuō)成是相互是“鄰居”)。與獨(dú)立集合問(wèn)題相似，該團(tuán)問(wèn)題可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題。團(tuán)的計(jì)算在經(jīng)濟(jì)和密碼學(xué)中起作用。在圖形G1＝(V，E)上求解一個(gè)獨(dú)立集合等效于在G1’的補(bǔ)G2＝(V，(V×V)-E)上求解團(tuán)，例如，對(duì)于由E中的邊緣所連接的所有頂點(diǎn)，去除該邊緣，在G2中插入使在G1中不連接的頂點(diǎn)連接起來(lái)的邊緣。Garey和Johnston把團(tuán)定義成
范例圖形G＝(V，E)，正整數(shù)K≤|V|。
問(wèn)題G是否包括一個(gè)或多個(gè)大小為K的團(tuán)，即是否有一個(gè)V的子集， 具備 以使在V`中每?jī)蓚€(gè)頂點(diǎn)都由在E中的一個(gè)邊緣連接在一起？在此，應(yīng)加以強(qiáng)調(diào)的是要表明該團(tuán)與上面闡述的獨(dú)立集合的區(qū)別。還可以表明團(tuán)是如何與頂點(diǎn)覆蓋問(wèn)題相關(guān)的。同樣，在NP-完全問(wèn)題中的所有問(wèn)題都可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)相互簡(jiǎn)約，使得可以有效地求解一個(gè)NP完全問(wèn)題的裝置同樣有可能用于求解其他的NP完全問(wèn)題。
對(duì)于由一個(gè)頂點(diǎn)V的集合和連接各對(duì)頂點(diǎn)的邊緣E的一個(gè)集合所組成的一個(gè)圖形G＝(V，E)，G＝(V，E)的最大獨(dú)立集合M是V的最大子集，其中的任何一個(gè)均不會(huì)有由E中的一個(gè)邊緣連接。一個(gè)最大獨(dú)立集合MV可以通過(guò)把以下客體最小化來(lái)定義E(x1,...,xN)=-Σi∈Vxi+λΣ(i,j)∈Exixj,---(5)]]>在上式中，N是V中的頂點(diǎn)的數(shù)量，i標(biāo)記各個(gè)頂點(diǎn)，(i，j)標(biāo)記在E中的i與j定點(diǎn)之間一個(gè)邊緣，而x或是0或是1。如果節(jié)點(diǎn)i是在M中，該指示變量xi等于1，否則它等于0。公式(5)中的第一項(xiàng)支持大的集合M，而第二項(xiàng)可以看成是一種補(bǔ)償，它強(qiáng)化了在M中沒有由一個(gè)邊緣相互連接的頂點(diǎn)的限制。因數(shù)λ起一種拉格郎日乘項(xiàng)的作用并且加權(quán)該補(bǔ)償項(xiàng)。對(duì)于足夠大的λ，我們可以確信滿足該限制。在一些范例中，拉格郎日乘項(xiàng)λ等于2。
圖形G中的各個(gè)頂點(diǎn)可以由值為-l和+1的物理自旋si代表。然而，為了做到這一點(diǎn)，需要一種xi到自旋si的映射。在該圖形G中存在的頂點(diǎn)被定義為具有自旋+1而于最大獨(dú)立集合解M中所不存在的G中的節(jié)點(diǎn)被定義為具有自旋-1。該映射被定義如下si＝2xi-1(6)把公式(6)代入公式(5)得出以下的能量函數(shù)E(s1,...,sN)=-12|N|+λ4|E|-12Σi∈Vsi(1-λ2di)+λ4Σ(i,j)∈Esisj---(7),]]>其中N是在G中頂點(diǎn)的總數(shù)，E是在G中邊緣的總數(shù)，而di是連接到頂點(diǎn)i的邊緣的總數(shù)。該最大獨(dú)立集合問(wèn)題的解可以通過(guò)最小化公式(7)得出。
NP類問(wèn)題的另一個(gè)實(shí)例是伊辛自旋玻璃(ISG)模型，該模型定義為E(s1,...,sN)=-Σi=1Nhisi+Σi=1NΣj>iNJijsisj,---(8)]]>其中s1至sN是相應(yīng)節(jié)點(diǎn)s的值，Jij代表在si和si節(jié)點(diǎn)之間的耦連的值，而hi代表在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)ni上的偏置。為了得出最大獨(dú)立集合問(wèn)題的解，公式(8)被限制為如果在節(jié)點(diǎn)i與j之間存在一個(gè)邊緣則該耦連(Jij)就具有+λ/4的值，并且如果節(jié)點(diǎn)i與j之間不存在邊緣則該耦連(Jij)就具有0值，并且節(jié)點(diǎn)偏置hi具有+a的值，其中從公式(8)定義a應(yīng)當(dāng)是 由一個(gè)圖形所代表的一個(gè)NP類問(wèn)題的一個(gè)實(shí)例是流動(dòng)銷售人員(TSP)問(wèn)題。在該TSP問(wèn)題中，不同城市由頂點(diǎn)代表，而在這些城市之間的道路由邊緣代表。TSP的任何特例的解都是剛好路過(guò)所有的這些城市一次的最短路徑。
該TSP問(wèn)題提供了現(xiàn)有技術(shù)水平的數(shù)字計(jì)算機(jī)的局限的一個(gè)很好的說(shuō)明。在該TSP問(wèn)題中，一名流動(dòng)銷售人員必須訪問(wèn)N個(gè)城市一次并且是僅一次，在旅行結(jié)束時(shí)返回起點(diǎn)。必須做出的確定是要采取的最佳路線。在此，“最佳”取決于給定的優(yōu)先條件，但是簡(jiǎn)單地說(shuō)最佳可以是指旅行的總距離的最小化。更加現(xiàn)實(shí)地說(shuō)，“最佳”可以指飛行時(shí)間和成本的某種組合的最小化。用物理術(shù)語(yǔ)說(shuō)，所追尋的是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)的基態(tài)解或者“最小值”。就是說(shuō)，該TSP問(wèn)題尋求最低能量配置(或者說(shuō)在該情況中，最低能量的行程)。可能的行程的數(shù)目取決于存在的城市的數(shù)目。對(duì)于N個(gè)城市，包括該銷售人員的大本營(yíng)，有(N-1)！個(gè)造訪每個(gè)城市僅一次的可能的路徑對(duì)第一個(gè)城市N-1種選擇，下一個(gè)城市N-2種選擇，依此類推。對(duì)于N＝10個(gè)城市，這還不算太糟糕只有362,880種選擇。讓一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算這些行程中每一個(gè)的成本并且確定哪個(gè)行程的成本最低也許不算過(guò)于費(fèi)力。這種技術(shù)稱為“強(qiáng)制力”或者說(shuō)是“窮盡搜尋法”。然而隨著自變量N的增長(zhǎng)，該階乘函數(shù)增長(zhǎng)得非常迅速。事實(shí)上階乘性增長(zhǎng)要快于指數(shù)性增長(zhǎng)。對(duì)于N＝20，N！≈2×1018。對(duì)于以100太拉拍的速率運(yùn)算的大型并行數(shù)字計(jì)算機(jī)，計(jì)算這種大小的問(wèn)題也要數(shù)小時(shí)。對(duì)于N＝40，N！≈8×1047，使用采取窮盡搜尋法法的現(xiàn)有數(shù)字計(jì)算機(jī)會(huì)則不可能解出這個(gè)問(wèn)題。包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置的一臺(tái)模擬處理器可以用于使上述問(wèn)題最小化。
5.1映射本方法、物品和系統(tǒng)的某些實(shí)施方式中，一名用戶利用一個(gè)圖形說(shuō)明(例如頂點(diǎn)的一個(gè)集合和邊緣的一個(gè)集合)來(lái)定義一個(gè)問(wèn)題，例如一個(gè)NP類問(wèn)題，并且然后一個(gè)接口計(jì)算機(jī)處理該輸入以定義對(duì)一個(gè)點(diǎn)陣的映射。在此，一個(gè)點(diǎn)陣是由一個(gè)量子裝置和耦連的集合組成并且可以是一種柵格。在本文中使用的情況下，一個(gè)點(diǎn)陣是量子裝置規(guī)則的周期性排列。在該映射的基礎(chǔ)上，模擬處理器被初始化、進(jìn)行計(jì)算，并且讀出結(jié)果且返回該接口計(jì)算機(jī)。該接口計(jì)算機(jī)可以是一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)。數(shù)字計(jì)算機(jī)的實(shí)例包括，但是不限于一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)、通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的一個(gè)計(jì)算機(jī)群，和一臺(tái)桌面計(jì)算機(jī)。
定義為上述公式(8)的最小化的該ISG問(wèn)題是可以在一個(gè)圖形上定義并且落入的NP問(wèn)題類別的范例。例如，參見200年Lidar的論文，New Journal of Physics 6，p.167，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。已經(jīng)證明其他NP類問(wèn)題可以在多項(xiàng)式步驟中被映射到該ISG問(wèn)題。例如，參見2003年Wocjan等的“Treating the IndependentSet Problens by 2D Ising Interactions with Adiabatic；量子Computing，”arXiv.orgquant-ph/0302027(下文中稱為“Wocjan”)，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)，說(shuō)明了一種具有量子特性的模擬處理器，該模擬處理器被設(shè)計(jì)為用于逼近ISG問(wèn)題的解，并且通過(guò)延伸逼近其他NP類別問(wèn)題的可映射的解。
該ISG問(wèn)題被投射在一個(gè)含有頂點(diǎn)(也被稱為節(jié)點(diǎn))的二維點(diǎn)陣上。多條線(也被稱為邊緣)連接這些節(jié)點(diǎn)。對(duì)于該問(wèn)題的任何給定的情況都可以規(guī)定點(diǎn)陣中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重、和每個(gè)邊緣的權(quán)重。這些節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)都具有一種信息狀態(tài)。對(duì)于大小為N×M的一個(gè)點(diǎn)陣上的任何給定的邊緣權(quán)重和節(jié)點(diǎn)權(quán)重的配置，其中N和M代表沿該點(diǎn)陣的側(cè)邊上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，該ISG問(wèn)題涉及確定該節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的基態(tài)。在某些情況中，該問(wèn)題中的任何邊緣都可能具有一個(gè)約為0的權(quán)重，意味著在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間沒有連接。邊緣權(quán)重可以設(shè)定到范圍從JCF至JCAF的值，其中幅度JCF是節(jié)點(diǎn)之間可能的鐵磁耦連的最大耦連值，而幅度JCAF是節(jié)點(diǎn)之間可能的反鐵磁耦連的最大耦連值。在替代方案中，JCF可以小于零，而JCAF大于零。在另一個(gè)替代方案中|JCF|大于|JCAF|。在又一個(gè)替代方案中|JCF|等于或者幾乎等于|JCAF|。例如，參閱題為“Coupling Schemes for InformationProcessing”的美國(guó)專利申請(qǐng)60/640,420號(hào)，和題為“CouplingMethods and Architectures for Information Processing”的美國(guó)專利申請(qǐng)11/247,857，它們每一個(gè)都通過(guò)引用全文結(jié)合在此。
圖2A示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于一個(gè)四乘四矩形點(diǎn)陣200，具有節(jié)點(diǎn)N1至N16以及耦連J1-2至J15-16，總共24個(gè)耦連。耦連Ji-j把節(jié)點(diǎn)Ni連接到節(jié)點(diǎn)Nj。例如，耦連J3-4把節(jié)點(diǎn)N3與N4連接。這些節(jié)點(diǎn)可代表一個(gè)圖形問(wèn)題的頂點(diǎn)，并且這些耦連可代表該圖形問(wèn)題的邊緣。為了清楚并且為了強(qiáng)調(diào)編號(hào)慣例，在圖2A中只標(biāo)出了點(diǎn)陣200中全部節(jié)點(diǎn)和耦連的一個(gè)子集。子集280是點(diǎn)陣200的包括五個(gè)節(jié)點(diǎn)和四個(gè)耦連的一個(gè)子集。在子集280中的中心節(jié)點(diǎn)具有四個(gè)最近相鄰耦連，這是在點(diǎn)陣200中的任何節(jié)點(diǎn)的最近相鄰耦連的最高數(shù)目。
在點(diǎn)陣200的周邊上的節(jié)點(diǎn)只有兩個(gè)或者三個(gè)最近的鄰居。點(diǎn)陣200具有的連接性為四，因?yàn)槊總€(gè)非周邊的節(jié)點(diǎn)具有四個(gè)最近相鄰耦連。在本方法、物品和系統(tǒng)中使用的某些點(diǎn)陣中，該點(diǎn)陣具有的連接性為三，意味著每一個(gè)非周邊的量子裝置具有三個(gè)最近相鄰耦連。
圖2B示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)四乘四矩形點(diǎn)陣202的一種實(shí)施方式，具有量子裝置N1至N16，和總共42個(gè)耦連的耦連裝置J1-2至J15-16。點(diǎn)陣202中的每個(gè)量子裝置對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣202中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)N。為了清楚并且為了強(qiáng)調(diào)編號(hào)慣例，在圖2B中只標(biāo)出了點(diǎn)陣202中的全部量子裝置和耦連裝置的一個(gè)子集。子集282是點(diǎn)陣202的一個(gè)子集，包括九個(gè)量子裝置和二十個(gè)耦連裝置。在子集282中的中心量子裝置具有四個(gè)最近相鄰耦連，譬如J14-15，和四個(gè)次最近相鄰耦連，譬如J1-6和J8-11，這是在點(diǎn)陣202中的任何量子裝置的最近相鄰耦連的最高數(shù)目。在點(diǎn)陣202的周邊上的量子裝置只有兩個(gè)或者三個(gè)最近鄰居，和一個(gè)或者兩個(gè)次最近鄰居，用于總共三個(gè)或者五個(gè)耦連。點(diǎn)陣202具有的連接性為八，因?yàn)榉侵苓叺牧孔友b置被耦連到八個(gè)鄰居。
圖2C示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)點(diǎn)陣的另一種實(shí)施方式。在圖2C中示出帶有連接性為四的兩個(gè)矩形點(diǎn)陣，一個(gè)黑色點(diǎn)陣204和另一個(gè)在白色的205。它們由對(duì)角邊緣譬如J2-17連接在一起，該邊緣把點(diǎn)陣205的節(jié)點(diǎn)N2連接到點(diǎn)陣204的節(jié)點(diǎn)N17。因此，在這樣一種結(jié)構(gòu)中，在每個(gè)點(diǎn)陣204、205中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)角地連接到另一個(gè)點(diǎn)陣中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。換言之，該結(jié)構(gòu)類似于具有兩個(gè)矩形點(diǎn)陣，一個(gè)在另一個(gè)之上，并且每個(gè)點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到另一個(gè)點(diǎn)陣的對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，然后再對(duì)角地推移一個(gè)點(diǎn)陣。圖2D示出一個(gè)具有子集286的連接性為八的點(diǎn)陣206的另一種實(shí)施方式。除了被旋轉(zhuǎn)45°以外，它在結(jié)構(gòu)上與圖2B所示的相同。在某些情況下，該點(diǎn)陣的取向可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)任意角而不喪失功能性。圖2C的點(diǎn)陣204、205可以無(wú)任何困難地映射到圖2D的點(diǎn)陣206上。
可以使用連接性不是4和8的點(diǎn)陣，譬如使用具有連接性2、3、5、6，或者7的點(diǎn)陣。連接性小于4的點(diǎn)陣可以通過(guò)不使用某些耦連而在一個(gè)連接性為四的點(diǎn)陣上進(jìn)行模擬。例如通過(guò)不使用圖2A中的任何一個(gè)豎直耦連，點(diǎn)陣200變成一個(gè)連接性為二的點(diǎn)陣。類似地，連接性小于8的點(diǎn)陣可以通過(guò)不使用某些耦連在一個(gè)連接性為八的點(diǎn)陣上進(jìn)行模擬。例如通過(guò)不使用圖2B中的有條紋的對(duì)角耦連，子點(diǎn)陣282變成一個(gè)連接性為六的點(diǎn)陣。在某些情況下，可以通過(guò)把相應(yīng)的耦連裝置調(diào)整得使該耦連裝置的耦連強(qiáng)度為零或者接近零來(lái)實(shí)現(xiàn)不使用某些耦連。
在點(diǎn)陣200和202中的每個(gè)量子裝置具有一個(gè)二進(jìn)制值和一個(gè)本地有效的偏置，該偏置落在約100×JCF與約+100×JCAF之間。此外，在點(diǎn)陣202中的每個(gè)耦連裝置具有一個(gè)從JCF至JCAF的范圍的值。JCF和JCAF的絕對(duì)值可以在約30毫凱爾文(mK)與約10凱爾文(K)之間，或者，可替代地，JCF和JCAF的絕對(duì)值可以在約100mK與約1.5K之間。盡管J的真正的單位是能量，這種單位可以根據(jù)公式E＝kBT轉(zhuǎn)換成例如以凱爾文為單位的溫度的一種等效的測(cè)度，其中kB是波爾茲曼常數(shù)?？梢詫?duì)點(diǎn)陣200和202中的每個(gè)量子裝置同時(shí)施加該本地有效的偏置，使得同時(shí)偏置一個(gè)以上的量子裝置。
圖3A和3B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，用于在具有五個(gè)節(jié)點(diǎn)N1-N5和四個(gè)耦連(J1-3、J2-3、J3-4、J3-5)的一個(gè)任意的平面圖形300(圖3A)與一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為四的布局301(圖3B)之間的轉(zhuǎn)換。圖3A的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于具有相同標(biāo)號(hào)的圖3B的量子裝置。圖3B示出一個(gè)九量子裝置的實(shí)施方式，其中五個(gè)量子裝置，即N1至N5，是激活的，而四個(gè)量子裝置是不激活的。圖3B中由虛線定義的量子裝置是不激活的量子裝置，其中的一個(gè)用N′表示，它們與系統(tǒng)的其余量子裝置隔離。一個(gè)不激活的量子裝置是通過(guò)把不激活的量子裝置耦連到相鄰量子裝置的耦連的耦連值設(shè)為零，從而與激活的量子裝置隔離開。應(yīng)當(dāng)指出，為了清楚并且為了保留幾何狀態(tài)，從圖3B的左上方起向圖3B的右下方移動(dòng)，圖3A的標(biāo)號(hào)保留在圖3B中。總體上，從一個(gè)任意的平面圖形向一個(gè)連接性為四的點(diǎn)陣的映射是公知和有效的。例如參見Wocjan。
圖4A和4B示出本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)方面，用于在一個(gè)具有六個(gè)節(jié)點(diǎn)N1-N6和五個(gè)耦連(J1-4、J2-4、J3-4、J4-5、J4-6)的平面圖形400(圖4A)向具有最近相鄰耦連(J2-4、J4-5、J3-4)以及次最近相鄰耦連(J1-4、J4-6)的一個(gè)點(diǎn)陣402(圖4B)的轉(zhuǎn)換。圖4A的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖4B的具有相同的標(biāo)號(hào)的量子裝置。一個(gè)利用最近相鄰耦連以及次最近相鄰耦連的點(diǎn)陣是一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為八的布局。圖4B示出一個(gè)六量子裝置實(shí)施方式，其中所有六個(gè)量子裝置，即N1至N6，都是激活的。為了把圖4A(連接性為五)中所示的同一圖形嵌入一個(gè)只具有最近相鄰耦連的連接性為四的點(diǎn)陣之中將需要在一個(gè)九量子裝置的點(diǎn)陣中有七個(gè)激活的量子裝置。顯然，具有次最近相鄰耦連以及最近相鄰耦連導(dǎo)致更加有效和簡(jiǎn)單的映射。
與一個(gè)給定的量子裝置在同一圖形中的每個(gè)量子裝置都可以被認(rèn)為是該給定量子裝置的一個(gè)相鄰量子裝置。可替代地，最近的相鄰量子裝置可以被定義為與該所說(shuō)量子裝置在同一圖形中并與該所說(shuō)的量子裝置共享一個(gè)邊緣的任何量子裝置。在另一個(gè)替代方案中，次最近相鄰量子裝置可以被定義為與該所說(shuō)的量子裝置在同一圖形中并且通過(guò)兩個(gè)正交的邊緣和另一個(gè)量子裝置連接到該所說(shuō)量子裝置的任何量子裝置。在又一個(gè)替代方案中，次最近相鄰量子裝置可以被定義為作為按照曼哈頓距離離開兩個(gè)步階的任何量子裝置。一個(gè)曼哈頓距離1是一個(gè)正交二維圖形的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間由一個(gè)單個(gè)邊緣分離開的距離。例如圖形402的N5和N6在按照曼哈頓距離測(cè)量時(shí)相互離開一個(gè)步階。在另一個(gè)實(shí)例中，N4和N5相互離開兩個(gè)步階，第一步階是從N5至N6而第二步階是從N6至N4。在圖形402中，該最近相鄰耦連被畫成豎直和水平線，例如，耦連J3-4，而次最近相鄰耦連以四十五角畫出，例如，耦連J1-4。這種將最近相鄰耦連賦予為豎直和水平而將次最近相鄰耦連賦予為對(duì)角的是任意的。該次最近相鄰耦連可以畫成豎直和水平的邊緣而最近相鄰耦連畫成對(duì)角邊緣。例如，在這種情況下圖形402的N1和N4按照曼哈頓距離會(huì)是離開一個(gè)步階，而節(jié)點(diǎn)N1和N3按照曼哈頓距離會(huì)是離開兩個(gè)步階。相應(yīng)的一對(duì)次最近相鄰耦連可以是交叉，例如，圖形402的耦連J1-4，和J2-3，而最近相鄰耦連不交叉?？烫鎿Q地，每個(gè)次最近相鄰耦連可以與另一個(gè)次最近相鄰耦連交叉。在另一個(gè)替換方案中，相應(yīng)的一對(duì)最近相鄰耦連可以是交叉的而次最近相鄰耦連卻不交叉。
兩個(gè)量子裝置之間的單個(gè)耦連可以被映射到三個(gè)或者更多個(gè)量子裝置之間的一個(gè)或者多個(gè)耦連。在不可能把這些量子裝置彼此相鄰地布置的情況下，這樣一種映射在一個(gè)基于點(diǎn)陣的布局中是有用的。圖5示出包括在節(jié)點(diǎn)Ni與Nj之間的一種簡(jiǎn)單的耦連Ji-j的一個(gè)第一圖形500。圖形502示出通過(guò)耦連中間節(jié)點(diǎn)N1至Nn耦連末端節(jié)點(diǎn)Ni和Nj的一系列耦連Ji-1至Jn-j。節(jié)點(diǎn)N1至Nn稱為便捷器節(jié)點(diǎn)，并且是在這些末端節(jié)點(diǎn)不能夠在一個(gè)點(diǎn)陣中布置在相鄰的位置中時(shí)用于方便末端節(jié)點(diǎn)Ni和Nj之間的耦連。耦連Ji-1至Jn-j之一可能看來(lái)是符號(hào)耦連。在任意的平面圖形500中，該符號(hào)取與耦連Ji-j相同的符號(hào)，而其余的耦連被固定于一個(gè)鐵磁的耦連狀態(tài)。例如，考慮其中在圖形500中耦連Ji-j的符號(hào)是正的或者反鐵磁的，并且圖形502中的耦連Ji-1已經(jīng)被認(rèn)為是該符號(hào)耦連的情況。于是，如果圖形502要代表圖形500中的耦連Ji-j就把耦連Ji-1設(shè)為正的或者反鐵磁的，而圖形502中在節(jié)點(diǎn)Ni與Nj之間的其余耦連設(shè)定為負(fù)的或者是鐵磁性的。同樣，考慮在圖形500中耦連Ji-j的符號(hào)是負(fù)的或者鐵磁的并且圖形502中的耦連Ji-1仍被認(rèn)為是該符號(hào)耦連的情況。在此情況下，把圖形502中的Ji-1的符號(hào)被設(shè)為負(fù)的或者鐵磁的，而其余耦連也設(shè)定為負(fù)的或者是鐵磁性的。因此，Ji-1是符號(hào)耦連，而J1-1至Jn-j被設(shè)為負(fù)的或者鐵磁的。為了便于相互作用，節(jié)點(diǎn)N1至Nn被設(shè)定為具有零作用的本地場(chǎng)偏置，從而使它們變成被動(dòng)節(jié)點(diǎn)并且無(wú)干擾地在節(jié)點(diǎn)Ni與Nj之間傳輸信息。在所考慮的這兩個(gè)范例中，使圖形502中的耦連之一與500中的耦連Ji-j相同，而圖形502中所有其余的耦連被設(shè)定為負(fù)的或者鐵磁的。
當(dāng)使圖形502中的耦連之一與500中的耦連Ji-j相同，而圖形502中所有其余的耦連設(shè)定為負(fù)的或者鐵磁的時(shí)，可以通過(guò)使用fi-SQUIDs或者dc-SQUIDs(這兩者都在下文說(shuō)明)達(dá)到耦連?？商娲?，圖形502中的耦連可以全部是直接的電流連接使得節(jié)點(diǎn)Ni電氣連接到節(jié)點(diǎn)Nj，在此情況下所有個(gè)別的耦連都是鐵磁的，并且因此總耦連Ji-j是鐵磁的，并且節(jié)點(diǎn)Ni和Nj具有相同的量子狀態(tài)。在另一個(gè)替代方案中，圖形502中的耦連可以包括一個(gè)電流耦連、rf-SQUID耦連、和dc-SQUID耦連的混合體，在此情況下使fi-SQUID或者dc-SQUID耦連之一等同于500中的耦連Ji-j，而在圖形502中的所有其余耦連是負(fù)的或者鐵磁的。
圖6A和6B示出了另一個(gè)方面，用以在包括五個(gè)節(jié)點(diǎn)N1-N5和五個(gè)耦連(J1-3、J2-3、J3-4、J4-5)的一個(gè)平面圖形600(圖6A)與一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為四的布局602(圖6B)之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)實(shí)例。圖6A的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖6B的具有相同標(biāo)號(hào)的量子裝置。圖6A示出節(jié)點(diǎn)N4與N5之間的耦連J4-5。圖6B示出對(duì)于一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為四的布局的一種映射的實(shí)施方式，并且還示出把一個(gè)第六量子裝置N6，作為一個(gè)便捷器節(jié)點(diǎn)(量子裝置)以實(shí)現(xiàn)量子裝置N4與N5之間的之間的耦連J4-5。在圖6B中，N4通過(guò)有效耦連J4-5連接到N5。有效耦連J4-5包括量子裝置N6和耦連J4-6以及J5-6。
當(dāng)圖形600中的耦連J4-5是反鐵磁的時(shí)，對(duì)點(diǎn)陣602中的耦連J4-6可以賦予一個(gè)有正號(hào)的幅值，在此該正符號(hào)表示反鐵磁的耦連。然后，將向耦連J5-6賦予一個(gè)有負(fù)值的適當(dāng)?shù)姆担诖嗽撠?fù)值指示鐵磁的耦連。這將使在N6處的自旋跟隨在N5處的自旋。換言之，把在N5處的自旋復(fù)制到N6?？商娲?，點(diǎn)陣602的耦連J5-6可以被選擇為符號(hào)耦連，從而獲取與圖形600中的耦連J4-5相同的符號(hào)(在此例中正號(hào)指示反鐵磁的耦連)，并且于是可以把J4-6固定成一種鐵磁的耦連。這將使在N6處的自旋跟隨在N4處的自旋。換言之，把在N4處的自旋被復(fù)制到N6。在這兩個(gè)實(shí)例中，量子裝置N6都是一種便捷器量子裝置并且都施加一個(gè)零效的本地偏置場(chǎng)，從而使在N6處的自旋狀態(tài)可以跟蹤它與之鐵磁耦連的量子裝置的自旋狀態(tài)。
本方法、物品和系統(tǒng)通過(guò)在基于柵格的布局中利用最近相鄰和次最近相鄰耦連頂點(diǎn)提供把非平面的圖形嵌入進(jìn)一個(gè)二維基于柵格的的布局中。如所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知，一個(gè)具有用Kn表示的n個(gè)頂點(diǎn)的完全圖形，是一種具有n個(gè)頂點(diǎn)的圖形，其中通過(guò)每對(duì)頂點(diǎn)之間的一個(gè)邊緣使每個(gè)頂點(diǎn)均與其他定點(diǎn)中的每一個(gè)相連接。前五個(gè)完全的圖形，即K1至K5，示于圖7中。如在本文中所定義，一個(gè)非平面圖形是一種包括該作為子圖形的完全圖形K5或者兩部分圖形K33的圖形。如果其頂點(diǎn)可以分成兩個(gè)脫節(jié)的子集U和V使得每個(gè)邊緣把U中的一個(gè)頂點(diǎn)連接到V中的一個(gè)頂點(diǎn)，一個(gè)圖形就是二部分的。如果在U中的每個(gè)頂點(diǎn)均連接到V中的每個(gè)頂點(diǎn)，一個(gè)兩部分頂點(diǎn)就是一個(gè)完全的兩部分圖形。如果U有n個(gè)元而V有m個(gè)元，就把得出的完全兩部分圖形用Kn，m表示。圖8示出一個(gè)K3，3兩部分圖形。任何非平面圖形都是K5或者K3，3之一的擴(kuò)展。通過(guò)添加邊緣和節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展圖形。平面陣列可以是矩形的。舉例應(yīng)用包括求解在嵌入一個(gè)具有最近相鄰和次最近相鄰耦連的一個(gè)平面陣列中的非平面圖形上定義的一個(gè)問(wèn)題的范例。
圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法在具有五個(gè)節(jié)點(diǎn)N1-N5和十個(gè)耦連的一個(gè)非平面圖形901與具有最近相鄰以及次最近相鄰接連的偶(在圖9A和9B中只示出下面專門述及的耦連)的一個(gè)基于點(diǎn)陣的布局951(圖9B)之間的轉(zhuǎn)換。圖9B中的次最近相鄰耦連是在圖9B中呈45度角的那些耦連，例如耦連970。點(diǎn)陣951包括十六個(gè)量子裝置，其中的十二個(gè)(N1-N12)是激活，即連接到至少一個(gè)其他的量子裝置。在圖9A所示的特定圖形稱為K5圖形。它是在五個(gè)節(jié)點(diǎn)上完全連接的圖形，意味著圖形中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接到該圖形中的每個(gè)其他的節(jié)點(diǎn)。K5是最小的非平面圖形。任何包括K5作為一個(gè)子圖形的圖形也將是非平面的。圖9A中示出的K5圖形901可以嵌入進(jìn)一個(gè)點(diǎn)陣中，譬如嵌入進(jìn)圖9B中所示的矩形點(diǎn)陣951中。類似地，任何具有K5作為子圖形的圖形都可以嵌入進(jìn)一個(gè)點(diǎn)陣中，像點(diǎn)陣951。圖9B中的不激活的節(jié)點(diǎn)，即N′，用虛線示出，并且從該系統(tǒng)的其余部分隔離開。實(shí)踐中，通過(guò)把相鄰的耦連，例如，耦連971，的耦連值設(shè)為零或者更一般地設(shè)為一個(gè)可忽略的值，一個(gè)不激活的量子裝置即與激活的量子裝置隔離開。
便捷器量子裝置被用于進(jìn)行從一個(gè)平面圖形向一個(gè)二維點(diǎn)陣布局的轉(zhuǎn)換。從非平面圖形901向二維點(diǎn)陣951的轉(zhuǎn)換是量子裝置、反鐵磁的耦連加上使用便捷器量子裝置，和鐵磁的耦連的一種同構(gòu)。圖形901中的節(jié)點(diǎn)N1-N5對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣951中的量子裝置N1-N5。節(jié)點(diǎn)之間的符號(hào)耦連部分地對(duì)應(yīng)于圖形901中的邊緣。圖形901中的邊緣由點(diǎn)陣951中的有符號(hào)的耦連和鐵磁的耦連來(lái)代表。符號(hào)耦連由點(diǎn)陣951中的一對(duì)量子裝置之間的粗體實(shí)線表示，例如耦連973。鐵磁的耦連，例如耦連972，由點(diǎn)陣951中的粗體虛線代表。在點(diǎn)陣951中的每個(gè)鐵磁耦連穿過(guò)一個(gè)便捷器量子裝置。點(diǎn)陣951中的便捷器量子裝置包括量子裝置N6至N12，并且因?yàn)樗鼈儽魂U述成有格的，所以可以在點(diǎn)陣951辨別出。每個(gè)便捷器量子裝置的本地場(chǎng)偏置可以設(shè)為零。便捷器量子裝置與該鐵磁耦連配合以傳播一種符號(hào)耦連。例如，便捷器量子裝置N12與鐵磁的耦連980一起傳播符號(hào)耦連973。
在一個(gè)二維點(diǎn)陣布局(例如，布局951)中的每個(gè)符號(hào)耦連既可以是一個(gè)鐵磁的也可以是一個(gè)反鐵磁的耦連?？商娲?，一個(gè)二維點(diǎn)陣布局中的每個(gè)符號(hào)耦連都可以是一種反鐵磁的耦連。
圖10A，10B示出根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，其中一個(gè)具有六個(gè)節(jié)點(diǎn)N1-N6的非平面的K3，3圖形1001(圖10A) 嵌入在一個(gè)基于點(diǎn)陣的布局1051(圖10B)中，該基于點(diǎn)陣的布局具有最近相鄰耦連以及次最近相鄰耦連。點(diǎn)陣1051是一種嵌入在一個(gè)三乘四陣列中的K3，3圖形。圖形1001中的節(jié)點(diǎn)N1至N6對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣1051的量子裝置N1至N6。點(diǎn)陣1051中的耦連(N1、N2)、(N1、N4)、(N3、N2)、(N3、N4)、(N3、N6)、(N5、N4)，和(N5，N6)是對(duì)應(yīng)于圖形1001的邊緣的反鐵磁的耦連，并且由粗黑體線標(biāo)記。例如，點(diǎn)陣1051中的反鐵磁耦連1070將點(diǎn)陣1051中的N1和N2與對(duì)應(yīng)于圖形1001中的邊緣1020耦連在一起。
通過(guò)由一種方格圖案(分別為N7、和N8、N10、N9和N11)表示的便捷器節(jié)點(diǎn)，耦連(N1、N6)和(N5、N2)各自通過(guò)由一個(gè)用粗黑體線(分別是(N1、N8)和(N5、N7))表示的反鐵磁的耦連和一組由粗虛線(分別是(N7、N2)和(N8、N10)、(N10、N9)、(N9、N11)和(N11、N6))表示鐵磁耦連進(jìn)行傳播。便捷器量子裝置，例如，N7、N8、N9、N10和N11，是具有零本地場(chǎng)偏置的量子裝置，它們與鐵磁的耦連配合傳播一種反鐵磁的耦連。對(duì)于點(diǎn)陣1051，使用十一個(gè)量子裝置以嵌入圖形1001，然而，如果用對(duì)角的耦連(N8、N9)和(N9、N6)繞過(guò)量子裝置N9和N11，就可以使用少至九個(gè)量子裝置嵌入圖形1001。不激活的量子裝置N′用虛線輪廓表示。
至于圖7中所示的K5圖形，任何具K3，3作為一個(gè)子圖形的非平面圖形都可以被嵌入如1051的一個(gè)點(diǎn)陣之中，
圖11示出一個(gè)系統(tǒng)1100，該系統(tǒng)根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式運(yùn)行。系統(tǒng)1100包括一個(gè)數(shù)字計(jì)算機(jī)1102，該數(shù)字計(jì)算機(jī)包括●至少一個(gè)CPU1110；●一個(gè)由控制器1125控制的主非易失存儲(chǔ)單元1120；●一個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器1126，優(yōu)選的是高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)控制程序，譬如操作系統(tǒng)1130，從非易失存儲(chǔ)單元1120載入的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序；系統(tǒng)存儲(chǔ)器1126還可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)；●一個(gè)用戶接口1114，包括一個(gè)或者多個(gè)輸入裝置(例如，鍵盤1118、鼠標(biāo)1116)和顯示器1112，以及其他供選用的外圍裝置；●一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)1124或者其他的通信電路；和●一個(gè)內(nèi)部總線1106用于互連系統(tǒng)1100的上述元件。
系統(tǒng)1100進(jìn)一步包括一個(gè)模擬處理器1150。模擬處理器1150包括多個(gè)量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和多個(gè)耦連裝置1174。盡管在圖11中沒有示出，量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174可以安排在一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為四布局中，例如，相在圖2A、3B、6B、12A、12B、13A和13B中所示?？商娲兀孔友b置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174可以安排在一個(gè)基于點(diǎn)陣的連接性為八布局中，例如，如在圖2B、4B、9B、10B和14B中所示。如此，節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174在所有方面等效于圖示和相對(duì)于這些

的任何節(jié)點(diǎn)或者耦連裝置。
模擬處理器1150進(jìn)一步包括一個(gè)讀出裝置1160。讀出裝置1160可以包括多個(gè)dc-SQUID磁強(qiáng)計(jì)，其中每個(gè)dc-SQUID磁強(qiáng)計(jì)都感應(yīng)性地連接到一個(gè)不同的量子裝置節(jié)點(diǎn)1172，并且按照由每個(gè)dc-SQUID磁強(qiáng)計(jì)在讀出裝置1160中的測(cè)量，NIC 1124從讀出裝置1160接收一個(gè)電壓或者電流。
模擬處理器1150進(jìn)一步包括一個(gè)耦連裝置控制系統(tǒng)1164，該耦連裝置控制系統(tǒng)包括用于每個(gè)耦連裝置1174的一個(gè)耦連控制器。耦連裝置控制系統(tǒng)1164中的每個(gè)相應(yīng)的耦連控制器能夠在JCF至JCAF的范圍內(nèi)調(diào)整一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連裝置1174的耦連強(qiáng)度，其中幅值JCF是節(jié)點(diǎn)之間的鐵磁耦連的可能的最大耦連值，而量JCAF是節(jié)點(diǎn)之間反鐵磁耦連的可能的最大耦連值。模擬處理器1150進(jìn)一步包括一種量子裝置控制系統(tǒng)1162，該量子裝置控制系統(tǒng)包括用于每個(gè)量子裝置節(jié)點(diǎn)1172的一個(gè)控制器。
數(shù)個(gè)模件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由系統(tǒng)1100儲(chǔ)存和處理。典型地，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全部或者部分存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1126中并且為了方便表現(xiàn)本方法、物品和系統(tǒng)的各種特征和優(yōu)點(diǎn)，此類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序模件畫成存儲(chǔ)器1126的部件。然而應(yīng)當(dāng)理解在任何給定的時(shí)間，在系統(tǒng)存儲(chǔ)器1126中所示的該程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以存儲(chǔ)在非易失的存儲(chǔ)單元1120中。此外，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)果和程序模件的全部或部分可以存儲(chǔ)在圖11中沒有示出的一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上，只要該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過(guò)數(shù)字計(jì)算機(jī)1102尋址?？蓪ぶ分傅檬窃谠撨h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和數(shù)字計(jì)算機(jī)1102之間有某種通信手段，從而可以通過(guò)一種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(例如，互連網(wǎng)、一個(gè)串行連接、一個(gè)并行連接。以太網(wǎng)等等)使用一種通信協(xié)議(例如，F(xiàn)TP，telnet，SSH，IP，等等)在這兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間交換數(shù)據(jù)。把這點(diǎn)考慮在內(nèi)，下面說(shuō)明這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序模件。
計(jì)算機(jī)1102可以是一種用于處理各種系統(tǒng)，譬如文件服務(wù)，和用于進(jìn)行基于硬件的任務(wù)的操作系統(tǒng)1130。所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知多個(gè)可以作用操作系統(tǒng)1130的操作系統(tǒng)，包括，但是不限于，UNIX、Windows NT、Windows XP、DOS、LINUX和VMX?？商娲?，可以沒有操作系統(tǒng)，而指令可以按一種順序鏈的方式來(lái)執(zhí)行。
用戶接口模件1132用于幫助一個(gè)用戶定義和執(zhí)行要在模擬處理器1150上求解的問(wèn)題。特別地，用戶接口模件1132允許一個(gè)用戶通過(guò)設(shè)定節(jié)點(diǎn)之間的耦連Jij的值和這樣的節(jié)點(diǎn)的本地偏置hi，并調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)間控制參數(shù)譬如退火方案來(lái)定義一個(gè)要解決的問(wèn)題。用戶接口1132還提供用于調(diào)度一個(gè)計(jì)算以及獲得該問(wèn)題的解的指令。特別地，把該計(jì)算的解作為來(lái)自模擬處理器1150的輸出來(lái)收集。用戶模件1132可以包括也可以不包括一個(gè)圖形的用戶接口(GUI)。在不包括一個(gè)GUI時(shí)，用戶接口模件1132接收定義了要求解的問(wèn)題的一個(gè)指令系列。該指令系列可以是由用戶接口接口模件1132進(jìn)行分解的一種宏語(yǔ)言的形式。這些指令可以是XML指令并且該用戶接口模件1132可以是一種XML解釋程序。
映射器模件1136把用戶接口模件1132定義的要求解的計(jì)算問(wèn)題映射成可以通過(guò)模擬處理器1150求解的對(duì)應(yīng)問(wèn)題的說(shuō)明。映射器模件1136可以把問(wèn)題從一個(gè)輸入圖形的表述映成模擬處理器1150的特定配置所要求的所希望的圖形表述。映射器模件1136可以包括把在非連接性為八的圖形表述所定義的一個(gè)問(wèn)題映射成在一個(gè)連接性為八的圖形表述中定義的一個(gè)等效的問(wèn)題。映射器模件1136可以把某些NP問(wèn)題(例如，最大獨(dú)立集合、最大團(tuán)、最大切割、TSP問(wèn)題、k-SAT整數(shù)線性編程，等等) 映射成ISG模型中的等效代表。
一旦求解一個(gè)所希望的問(wèn)題所需要的一個(gè)希望的圖形表述已經(jīng)由一個(gè)映射器模件1136進(jìn)行映射之后，模擬處理器接口模件1138即被用于建立模擬處理器1150的相應(yīng)耦連裝置1174和量子裝置節(jié)點(diǎn)1172的耦連值和本地偏置值。模擬處理器接口模件1138的功能可以劃分成三個(gè)離散的程序模件一個(gè)初始化模件1140、一個(gè)演算模件1142、和一個(gè)輸出模件1144。
初始化模件1140決定耦連裝置1174的適當(dāng)?shù)鸟钸B值Jij和模擬處理器1150的量子裝置節(jié)點(diǎn)1172的本地偏置的值hi。初始化模件1140可以包括把問(wèn)題定義的各方面轉(zhuǎn)換成物理值的指令，譬如耦連強(qiáng)度值和節(jié)點(diǎn)偏置值，該指令可以編程進(jìn)模擬處理器1150中。然后初始化模件1140沿內(nèi)部總線1106把該適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)送進(jìn)NIC1124中。NIC 1124再向量子裝置控制系統(tǒng)1162和耦連裝置控制系統(tǒng)1164發(fā)送這樣的指令。
對(duì)于任何給定的問(wèn)題，在演算過(guò)程中的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，演算模件1142確定用于模擬處理器1150的耦連裝置1174的耦連Jij和量子裝置節(jié)點(diǎn)1172的本地偏置hi的適當(dāng)值，以完成某些預(yù)定的演算方案。一旦演算模件1142對(duì)一個(gè)演算方案已經(jīng)確定了的適當(dāng)?shù)鸟钸B裝置值和本地偏置值，這樣的信號(hào)就沿總線1106發(fā)送并且進(jìn)入NIC1124。NIC 1124再向量子裝置控制系統(tǒng)1162和耦連裝置控制系統(tǒng)1164發(fā)送這樣的命令。
模擬處理器1150的演算可以是一種絕熱的演算或者是一種退火的演算。絕熱演算是在絕熱量子計(jì)算中使用的演算，并且演算模件1142可以包括根據(jù)在絕熱量子計(jì)算中使用的演算來(lái)推算處理器1150的狀態(tài)的指令。例如，參見美國(guó)專利公開號(hào)2005-0256007、2005-0250651和2005-0224784，每個(gè)都是題為“Adiabatic QuantumComputation with Superconducting Qubits，”它們的每一個(gè)都通過(guò)引用全文結(jié)合在此。退火是另一種可以用于某些模擬處理器1150的演算形式，并且演算模件1142可以包括根據(jù)退火演算來(lái)推算模擬處理器1150的狀態(tài)的指令。
模擬處理器1150是基于由初始化模件1140和演算模件1142所提供的信號(hào)來(lái)求解一個(gè)量子問(wèn)題。一旦該問(wèn)題已經(jīng)求解，就可以通過(guò)讀出裝置1160從狀態(tài)量子裝置節(jié)點(diǎn)1172測(cè)量對(duì)該問(wèn)題的解。輸出模件1144與量子處理器1150的讀出裝置1160結(jié)合工作以讀取該解。
系統(tǒng)存儲(chǔ)器1126還可以包括用于向模擬處理器1150輸出信號(hào)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器模件1146。NIC 1124可以包括與模擬處理器1150的量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174進(jìn)行接口所要求的適當(dāng)?shù)挠布?，不論這是直接地還是通過(guò)讀出裝置1160、量子裝置控制系統(tǒng)1162，和/或耦連裝置控制系統(tǒng)1164?？商娲?，NIC 1124可以包括從驅(qū)動(dòng)器模件1146把命令轉(zhuǎn)變成直接施加于量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174的信號(hào)(例如，電壓、電流)的軟件和/或硬件。在另一個(gè)替代方案中，NIC 1124可以包括隊(duì)來(lái)自量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174轉(zhuǎn)換信號(hào)(代表一個(gè)問(wèn)題的解或者某些其他形式的反饋)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以使之可以由輸出模件1144解讀的軟件和/或硬件。因此，在某些情況下，初始化模件1140、演算模件1142和/或輸出模件1144與驅(qū)動(dòng)模件1146通信而不是直接與NIC 1124通信，以便發(fā)送信號(hào)和從模擬處理器1150接收信號(hào)。
NIC 1124的功能可以劃分成兩個(gè)功能類別數(shù)據(jù)采集和控制。可以使用不同類型的芯片處理每個(gè)這些離散的功能類別。數(shù)據(jù)采集用于在模擬處理器1150完成了一個(gè)計(jì)算以后測(cè)量該量子裝置節(jié)點(diǎn)1172的物理特性?？梢允褂萌魏螖?shù)量的用戶定制的或者市售數(shù)據(jù)采集微控制器，包括，但是不限于由Elan Digital Systems(Fareham，UK)公司制造的數(shù)據(jù)采集卡，包括AD 132、AD 136、MF 232、MF 236、AD 142、AD 218和CF 241卡?？商娲?，數(shù)據(jù)采集和控制可以由單個(gè)類型的微處理器來(lái)處理，譬如由Elan D403C或者D480C處理。可以有多個(gè)NIC 1124以提供對(duì)量子裝置節(jié)點(diǎn)1172和耦連裝置1174的充分的控制，并且為了測(cè)量在模擬處理器1150上的量子計(jì)算的結(jié)果。
數(shù)字計(jì)算機(jī)1102還可以包括用于向其他系統(tǒng)傳輸由模擬處理器1150處理的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解的裝置。實(shí)現(xiàn)這些裝置的器件包括，但是不限于一個(gè)電話調(diào)制解調(diào)器、一個(gè)無(wú)線電調(diào)制解調(diào)器、一個(gè)局域網(wǎng)連接或者一個(gè)廣域網(wǎng)連接。數(shù)字計(jì)算機(jī)1102可以產(chǎn)生體現(xiàn)一個(gè)數(shù)字信號(hào)的載波，其中該數(shù)字信號(hào)對(duì)由模擬處理器1150所處理的該計(jì)算問(wèn)題的答案進(jìn)行編碼。
模擬處理器1150可以是一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，其實(shí)例包括量子位寄存器、讀出裝置，和輔助裝置。超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)一般地在毫凱爾文的溫度下工作，并且通常在一種稀釋冰箱中工作。稀釋冰箱的一個(gè)實(shí)例是Leiden Cryogenics公司的MNK 126系列的一個(gè)型號(hào)(荷蘭，Galgewater No.21，2311 VZ Leiden)。模擬處理器1150的部分部件或者全部部件可以裝入該稀釋冰箱之內(nèi)。例如，量子裝置控制系統(tǒng)1162和耦連裝置控制系統(tǒng)1164可以裝在該稀釋冰箱之外，而模擬處理器1150的其余部件安裝在該稀釋冰箱之內(nèi)。
用戶接口模件1132、模擬處理器接口模件1138，和驅(qū)動(dòng)器模件1146，或者其任何組合，可以用現(xiàn)有的軟件包來(lái)實(shí)施。適用的軟件包包括但是不限于MATLAB(麻省MathWorks，Natick，Massachusetts)和LabVIEW(德州National Instruments，Austin).
本方法、物品和系統(tǒng)可以實(shí)施成一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括嵌入在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)媒體中的計(jì)算機(jī)程序機(jī)理。例如該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以含有圖11中所示的程序模件。這些模件可以存儲(chǔ)在一個(gè)CD-ROM、DVD、磁盤存儲(chǔ)產(chǎn)品，或者任何其他的計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)產(chǎn)品上。該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的這些軟件模件還經(jīng)互連網(wǎng)或者其他方式，通過(guò)傳輸體現(xiàn)在一種載波中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)(該軟件模件嵌入該信號(hào)中)進(jìn)行電子分發(fā)。
5.2處理器和量子裝置根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，一種能夠逼近一個(gè)基態(tài)解的ISG問(wèn)題的機(jī)器模擬可以由一種模擬處理器 (例如，圖11的模擬處理器1150)的形式來(lái)提供。這種模擬處理器包括一個(gè)硬件結(jié)構(gòu)，該硬件結(jié)構(gòu)包括一組量子裝置(例如，圖11的量子裝置節(jié)點(diǎn)1172)。每個(gè)此類量子裝置定義為至少兩個(gè)基礎(chǔ)狀態(tài)并且能夠以這些基態(tài)存儲(chǔ)二進(jìn)制的信息。該模擬處理器進(jìn)一步包括用于該量子裝置一種讀出裝置(例如，圖11的讀出裝置1160)，能夠檢測(cè)存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的量子裝置中的二進(jìn)制信息。該模擬處理器進(jìn)一步包括一組耦連裝置(例如，圖11的耦連裝置1174)，該耦連裝置把每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到其最近相鄰節(jié)點(diǎn)和/或其次最近相鄰節(jié)點(diǎn)(s)，如以上參照?qǐng)D2A、2B、3A、3B、4A、4B、6A、6B、9A、9B、10A和10B所作的說(shuō)明。該模擬處理器進(jìn)一步包括用于每個(gè)耦連裝置的一個(gè)耦連控制器(例如，安裝在圖11的耦連裝置控制系統(tǒng)1164之內(nèi))。每個(gè)相應(yīng)的耦連控制器能夠把一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連裝置的耦連強(qiáng)度J整到值JCF至JCAF的范圍，其中JCF是該最大鐵磁耦連強(qiáng)度并且是負(fù)值而JCAF是最大反鐵磁耦連強(qiáng)度并且是正值。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)給定耦連的一個(gè)零的J值意味著這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相互不耦連。
該模擬處理器進(jìn)一步包括用于每個(gè)量子裝置(例如，安裝在圖11所示的量子裝置控制系統(tǒng)1162內(nèi))的節(jié)點(diǎn)控制器。每個(gè)此類節(jié)點(diǎn)控制器能夠控制施加于一個(gè)對(duì)應(yīng)的量子裝置上的有效偏置。這樣的有效偏置從約-100×|J|變化到約+100×|J|，在此J是該對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的平均最大耦連值。
該量子處理器中的量子裝置可以具有不同的信息基態(tài)以方便讀出和初始化。該量子裝置可以利用量子特性，譬如基態(tài)之間的不相干的量子隧道效應(yīng)、基態(tài)之間的相干的量子隧道效應(yīng)，或者不同量子裝置的狀態(tài)之間的牽連，并且該量子裝置的量子特性可以加強(qiáng)該模擬處理器的計(jì)算能力。
該模擬處理器進(jìn)行一種計(jì)算以逼近被映射系統(tǒng)的基態(tài)。該信息狀態(tài)橫跨一個(gè)能量形態(tài)(energy landscape)，它取決于該問(wèn)題的范例所規(guī)定的條件。在該能量形態(tài)中，基態(tài)能量是最低的能量點(diǎn)，稱為全局最小值。該能量形態(tài)含有本地最小值，該本地最小值可以捕捉該系統(tǒng)的狀態(tài)(包括在該點(diǎn)陣內(nèi)部的所有量子裝置和耦連)并且防止它移向較低的能量最小值。引入量子特性使得該模擬處理器的狀態(tài)能夠通過(guò)隧道效應(yīng)脫離這種本地最小值，從而該狀態(tài)可以較容易地移動(dòng)到較低的能量最小值，或者說(shuō)可以比沒有量子隧道效應(yīng)以較大的概率移動(dòng)到較低的通量最小。這樣一種模擬處理器能夠以比一個(gè)數(shù)字處理器實(shí)質(zhì)性地降低了的限制去處理信息。
5.2.1超導(dǎo)裝置在本方法、物品和系統(tǒng)的某些實(shí)施方式中，該模擬處理器(例如，圖11的量子裝置節(jié)點(diǎn)1172)的量子裝置是多個(gè)超導(dǎo)量子位。在這樣的實(shí)施方式中，該模擬處理器可以包括任何數(shù)目的超導(dǎo)量子位，譬如四個(gè)或者更多、十個(gè)或更多、二十個(gè)或更多、100個(gè)或者更多，或者在1,000個(gè)與1,000,000之間的超導(dǎo)量子位。
超導(dǎo)量子位具有兩種相對(duì)于在其中存儲(chǔ)信息的具備化狀態(tài)的運(yùn)算模式。當(dāng)該量子位進(jìn)行初始化或者被測(cè)量時(shí)，該信息是經(jīng)典的，即0或者1，并且代表該經(jīng)典信息的這些狀態(tài)也是經(jīng)典的以便于可靠的狀態(tài)準(zhǔn)備。這樣，一個(gè)量子位的一個(gè)第一運(yùn)算模式是允許狀態(tài)準(zhǔn)備和經(jīng)典信息的測(cè)量。該第一運(yùn)算模式對(duì)于本方法、物品和系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施方式是有用的。
一個(gè)量子位的第二運(yùn)算模式發(fā)生在量子計(jì)算期間。在這樣的量子計(jì)算過(guò)程中，該裝置的信息狀態(tài)由量子效應(yīng)主導(dǎo)，從而該量子位作為這些狀態(tài)的相干迭加可控制進(jìn)行演算，并且，在某些情況中，變得與該量子計(jì)算機(jī)中的其他量子位相牽連。然而該第二個(gè)運(yùn)算模式難于以足夠高的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)以進(jìn)行通用的量子計(jì)算。
超導(dǎo)量子位可以用作節(jié)點(diǎn)。第一模式中的運(yùn)算使它們對(duì)于讀出是理想的，并且顯著降低了第二運(yùn)算模式中存在限制，譬如讀出該量子位時(shí)的困難、相干的時(shí)間要求等等。一個(gè)超導(dǎo)量子位可以做為該模擬處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)并且停留在該第一運(yùn)算模式中，從而當(dāng)不進(jìn)行讀出時(shí)該量子位保留在該第一運(yùn)算模式中并且還進(jìn)行計(jì)算。以此方式，最小的量子特性是明顯的并且對(duì)該量子位的狀態(tài)的干擾是最小的。
超導(dǎo)量子位通常具有落入兩個(gè)類型的特性相位量子位和電荷量子位。相位量子位是以該裝置的相位狀態(tài)存儲(chǔ)和處理信息的量子位。換言之，相位量子位是用相位作為信息承載自由度。電荷量子位是以該裝置的電荷狀態(tài)存儲(chǔ)和處理信息。換言之，電荷量子位用電荷作為信息承載自由度。在超導(dǎo)材料中，在超導(dǎo)材料的不同點(diǎn)之間存在相位差，并且基本電荷由一個(gè)在該超導(dǎo)材料中流動(dòng)的稱為庫(kù)伯對(duì)的電子對(duì)來(lái)代表。把這種裝置劃分成兩個(gè)類別在Makhlin的文中作了概述。相位和電荷是超導(dǎo)體中的相關(guān)的值并且，在量子效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)的能量級(jí)別上，相位量子位具有用于存儲(chǔ)量子信息的充分定義的相位狀態(tài)，并且電荷量子位具有用于存儲(chǔ)量子信息的充分定義的電荷狀態(tài)。在本方法、物品和系統(tǒng)中，相位量子位、電荷量子位、或者相位和電荷量子位的混合體的超導(dǎo)量子位可以用在模擬處理器中。
超導(dǎo)裝置作為量子位的實(shí)驗(yàn)性的實(shí)現(xiàn)由Nakamura等于1999年Nature 398，p.786中做出，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此，他們開發(fā)了展示出一個(gè)量子位的基本運(yùn)算要求的一種電荷量子位，但是該量子位有差的(短的)脫散時(shí)間和嚴(yán)格的控制參數(shù)。
5.3向超導(dǎo)集成電路映射根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的實(shí)施方式，基于ISG點(diǎn)陣的布局直接地映射到一個(gè)集成電路，該電路滿足了進(jìn)行逼近或者準(zhǔn)確地定義該系統(tǒng)的基態(tài)的計(jì)算的所有要求。該模擬處理器可包括(i)一組節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括由一個(gè)或者多個(gè)Josephson結(jié)間斷的一個(gè)超導(dǎo)材料環(huán)路；(ii)一組耦連裝置，該耦連裝置組中的每個(gè)耦連裝置都耦連在該組節(jié)點(diǎn)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；(iii)一組讀出裝置，在該組讀出裝置中的每個(gè)讀出裝置被配置為可讀出在該節(jié)點(diǎn)組中的一個(gè)或者多個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)；和(iv)一組本地的偏置裝置，其中在該組本地的偏置裝置中的每個(gè)本地的裝置被配置為在該組節(jié)點(diǎn)的一個(gè)或者多個(gè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上施加一個(gè)本地的偏置場(chǎng)。
該組耦連裝置中的一個(gè)或者多個(gè)耦連裝置可以各自包括由一個(gè)或者多個(gè)Josephson結(jié)間斷的一個(gè)超導(dǎo)材料環(huán)路。這種耦連裝置的參數(shù)是在環(huán)路尺寸和Josephson結(jié)特性的基礎(chǔ)上設(shè)定。這種耦連裝置典型地是由通過(guò)或施加磁的或施加電的偏置的一個(gè)對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整。
圖12A示出一個(gè)圖形1200，具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)N1和N2和一個(gè)單個(gè)的耦連裝置J1-2，該耦連裝置耦連標(biāo)記了的節(jié)點(diǎn)N1和N2。圖12B示出圖形1200節(jié)點(diǎn)N1的N2以及耦連裝置J1-2向一個(gè)集成電路1202的轉(zhuǎn)換。集成電路1202包括超導(dǎo)節(jié)點(diǎn)N1和N2，這些超導(dǎo)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖形1200的節(jié)點(diǎn)N1和N2。集成電路1202還分別地包括偏置裝置110-1和110-2以及讀出裝置120-1和120-2，以及一個(gè)單個(gè)的耦連裝置J1-2。在圖12B中，節(jié)點(diǎn)N1和N2，各為一個(gè)rf-SQUIDs，可以包括一個(gè)單個(gè)的Josephson結(jié)130，一個(gè)復(fù)合的Josephson結(jié)131。該復(fù)合的Josephson結(jié)131還可以表述成間斷一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路的一種dc-SQUID。然后可以向該復(fù)合的Josephson結(jié)131施加磁通以提供一種額外程度的對(duì)該節(jié)點(diǎn)參數(shù)的調(diào)制。特別地，可以通過(guò)改變由裝置11施加的電流來(lái)調(diào)節(jié)該量子裝置(超導(dǎo)節(jié)點(diǎn)N1)的隧道效應(yīng)率。等效地，可以調(diào)節(jié)該系統(tǒng)(在圖17中示出并且在下文說(shuō)明)的能量壁壘1700的高度。
節(jié)點(diǎn)N1和N2可以是三個(gè)Josephson結(jié)量子位。這樣的結(jié)構(gòu)包括由三個(gè)Josephson結(jié)間斷的一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路。集成電路1202中的節(jié)點(diǎn)N1和N2各有對(duì)應(yīng)于其相應(yīng)的超導(dǎo)環(huán)路中流動(dòng)的電流或、超電流的兩個(gè)可能的方向的兩個(gè)狀態(tài)。例如，節(jié)點(diǎn)N1和N2的一個(gè)第一狀態(tài)由在其對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)環(huán)路中順時(shí)針環(huán)流的電流代表而一個(gè)第二狀態(tài)由在其對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)環(huán)路中反時(shí)針環(huán)流的電流代表。對(duì)應(yīng)于每個(gè)該狀態(tài)的該環(huán)流電流帶表了由這樣的環(huán)流電流產(chǎn)生的不同的磁場(chǎng)。
讀出裝置120-1和120-2以及耦連裝置J1-2在圖12B用相同的加陰影的方框示出，因?yàn)樵谀承?shí)施方式中它們是相同類型的裝置，具有相似的結(jié)構(gòu)和部件，然而配置為在集成電路1202中完成不同的功能。例如，耦連裝置J1-2可以是一種dc-SQUID，它配置為可調(diào)地耦連節(jié)點(diǎn)N1和N2。耦連裝置J1-2可以是單穩(wěn)態(tài)的，這意味著它只有一個(gè)勢(shì)能最小值。讀出裝置120-1和120-2可以是dc-SQUIDs，它們感應(yīng)性地耦連到對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)并且配置為可控制地檢測(cè)這些節(jié)點(diǎn)中的電流?？商娲兀x出裝置120-1和120-2可以是任何能夠檢測(cè)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)N1和N2的狀態(tài)的裝置。
偏置裝置110-1和110-2在圖12B中示出為金屬的環(huán)路?？梢酝ㄟ^(guò)驅(qū)動(dòng)一個(gè)流過(guò)該偏置裝置的電流從一個(gè)偏置裝置110向?qū)?yīng)的節(jié)點(diǎn)施加一個(gè)本地的磁場(chǎng)。偏置裝置110可以用低溫超導(dǎo)的金屬譬如鋁和鈮制造。該偏置裝置可以不是環(huán)路，而可以簡(jiǎn)單地是在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)N附近穿過(guò)的電線從而向該環(huán)路中耦連磁通。每個(gè)偏置裝置110都可以包括一個(gè)導(dǎo)線，該電線在對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)附近穿過(guò)然后在芯片上使用一個(gè)通路連接到另一個(gè)金屬層上，譬如連接到一個(gè)底板上。諸如圖12B的電路1202之類的集成電路可以直接地從該ISG點(diǎn)陣映射并且包括所有所需要的程度的控制以處理信息。
圖13A示出基于點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)1300組的一種實(shí)施方式，包括一個(gè)圖形，該圖形具有五個(gè)節(jié)點(diǎn)N1至N5，和四個(gè)耦連裝置J1-3、J2-3、J3-4和J3-5。圖13B示出點(diǎn)陣1300向集成電路1302的一種轉(zhuǎn)換。集成電路1302包括五個(gè)量子裝置N1至N5，對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣1000的五個(gè)節(jié)點(diǎn)，和連接該五個(gè)量子裝置的四個(gè)耦連裝置J1-3、J2-3、J3-4和J3-5，對(duì)應(yīng)于點(diǎn)陣1000的耦連裝置。集成電路1302進(jìn)一步包括本地的偏置裝置110-1、110-2、110-4和110-5以及讀出裝置120-1、120-2、120-4和120-5。為了清楚起見，圖13B沒有明顯示出用于節(jié)點(diǎn)N3的一個(gè)本地的偏置裝置或者讀出裝置。集成電路1302的各個(gè)方面可以置于分開的各層上以優(yōu)化空間限制。在此情況下，用以節(jié)點(diǎn)N3的一個(gè)本地偏置裝置或者讀出裝置可以安置在制造該N3的層的上方或者下方。集成電路1302的各個(gè)部件可以與集成電路1002(錯(cuò)誤！未找到引用源。10B)的對(duì)應(yīng)部件相同，例外是在中心的節(jié)點(diǎn)N3與相鄰的節(jié)點(diǎn)N1、N2、N4和N5共享四個(gè)耦連裝置。
集成電路1302中在N1、N2、N4和N5旁可以有不使用的量子裝置。然而為了清楚起見，這樣的不使用的量子裝置在圖13B中沒有示出。在集成電路1302中編碼的各個(gè)圖形可以利用存在于該集成電路中的任何數(shù)量的量子位。
集成電路1302的一個(gè)或者多個(gè)量子裝置N1至N5可以配置成一種磁梯度計(jì)環(huán)路，從而只有當(dāng)磁場(chǎng)不均勻地跨越該環(huán)路時(shí)該磁場(chǎng)才影響該梯度計(jì)環(huán)路。梯度計(jì)對(duì)于協(xié)助耦連以及用于降低該系統(tǒng)對(duì)外部磁場(chǎng)噪音的敏感性是有用的?？梢猿纱怪钡慕嵌然蛘咭越咏怪钡慕嵌劝才抛罱噜徆?jié)點(diǎn)以降低鄰近節(jié)點(diǎn)之間的寄生耦連(例如串?dāng)_)。當(dāng)該第一節(jié)點(diǎn)的一個(gè)第一主軸線和該第二節(jié)點(diǎn)的一個(gè)第二主軸線相互垂直地對(duì)齊時(shí)，一個(gè)第一和第二節(jié)點(diǎn)可被認(rèn)為是以相互垂直的角度安排。
圖14A示出具有九個(gè)激活的節(jié)點(diǎn)N1至N9以及對(duì)應(yīng)的耦連裝置的一個(gè)基于點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)1400組的一種實(shí)施方式，而圖14B示出一個(gè)點(diǎn)陣1400向一個(gè)具有九個(gè)節(jié)點(diǎn)N1至N9和二十個(gè)耦連裝置的集成電路1402的轉(zhuǎn)換。為了清楚起見，在圖14A和14B中只標(biāo)出節(jié)點(diǎn)N1、N2、N4和N5，以及耦連J1-4、JN1-5、JN2-4和J4-5。本地偏置裝置110-1、110-7、110-8和110-9，以及讀出裝置120-3、120-6和120-9也在集成電路1402中標(biāo)出。圖14B沒有詳盡地包括所有節(jié)點(diǎn)的本地偏置裝置。集成電路1402的各方面可以置于分開的層上以優(yōu)化空間限制。在此情況下沒有在圖14B中示出一個(gè)本地的偏置裝置的節(jié)點(diǎn)的一個(gè)本地的偏置裝置或者讀出裝置可以安置在其中制造該這些節(jié)點(diǎn)的層的上方或者下方。這些偏置裝置可以不是環(huán)路，而是在節(jié)點(diǎn)N附近穿過(guò)的簡(jiǎn)單的電線并且把磁通耦連進(jìn)該環(huán)路中。該偏置裝置可以由一根在相同的或者不同的層在該量子位附近穿過(guò)的電線，然后連接到一個(gè)通路，該通路在該芯片上連接到另一個(gè)金屬層，譬如連接到一個(gè)底板上。
集成電路1402的每一部件可以與集成電路1202和1302的部件相同。這樣的部件已經(jīng)在上文參照?qǐng)D12B和13B說(shuō)明了。集成電路1402和其他電路的一個(gè)區(qū)別是在集成電路1402中加入了次最近相鄰耦連裝置JN，例如JN2-4和JN1-5。如圖中所示，次最近相鄰耦連裝置JN2-4跨越次最近相鄰耦連裝置JN1-5。在耦連裝置JN1-5和JN2-4的一個(gè)或者兩者全部中的電線可以在多個(gè)層上。
次最近相鄰耦連裝置，譬如耦連裝置JN2-4和JN1-5，可以是dc-SQUID，或者可替代地可以是rf-SQUIDs。它們可以等效于圖12B的耦連裝置J，而只在其結(jié)構(gòu)上不同。在圖14B中只示出三個(gè)讀出裝置120-3、120-6、120-9，用于分別地讀出對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)N3、N6、和N9。所有其他的節(jié)點(diǎn)可具有對(duì)應(yīng)的讀出裝置120。可替代地，可以只使用少數(shù)讀出裝置，并且可以使用一個(gè)經(jīng)典的狀態(tài)復(fù)制技術(shù)向周邊節(jié)點(diǎn)N3、N6、N9復(fù)制內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，例如，如在題為“Methods of Ferromagnetic and Adiabatic Classical Qubit StateCopying，”的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)60/675,139所說(shuō)明的，該申請(qǐng)通過(guò)引用全文結(jié)合在此。
盡管在圖14B中沒有示出，集成電路1402中在周邊的量子裝置N1、N2、N3、N4、N6、N7、N8和N9旁可以有沒使用的量子裝置。在集成電路1402中的一個(gè)或者多個(gè)量子裝置N1至N9可以配置成一種磁梯度計(jì)環(huán)路，從而只有當(dāng)磁場(chǎng)不均勻地跨越該環(huán)路時(shí)該磁場(chǎng)才影響該梯度計(jì)環(huán)路。梯度計(jì)環(huán)路對(duì)于幫助耦連以及用于降低該系統(tǒng)對(duì)外部磁場(chǎng)噪音的敏感性是有用的?？梢猿纱怪钡慕嵌然蛘咭越咏怪钡慕嵌劝才抛罱?jié)點(diǎn)以降低鄰節(jié)點(diǎn)之間的寄生耦連(例如串?dāng)_)。
圖15示出如本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)物理布局的一個(gè)實(shí)例的照片。四個(gè)基于通量的量子裝置，1501-1至1501-4已經(jīng)制造在一個(gè)超導(dǎo)集成電路上。每個(gè)量子裝置使用最近相鄰和次最近相鄰耦連而連接到照片中的每個(gè)其他的量子裝置上。例如，耦連裝置J1-3是一個(gè)用于把量子裝置1501-1和1501-3耦連在一起的最近相鄰耦連裝置。最近相鄰耦連還存在于量子裝置1501-1與1501-2之間，1501-2與1501-4之間，以及1501-3與1501-4之間，盡管這些耦連裝置沒有詳盡地標(biāo)示出。耦連裝置J2-3是次最近相鄰耦連的一個(gè)實(shí)例，并且把量子裝置1501-2和1501-3耦連在一起。另一個(gè)次最近相鄰耦連存在于量子裝置1501-1與1501-4之間，盡管沒有詳盡地標(biāo)示它。該電路上也存在讀出裝置和本地的偏置裝置，但是它們?cè)趫D15中沒有示出。
圖16示出如本方法、物品和系統(tǒng)的另一個(gè)替代布局。在圖中有六個(gè)量子裝置，它們中的三個(gè)標(biāo)記為1601-1、1601-2，和1601-3。然而，圖中所示的布局可以容易地?cái)U(kuò)展到任何數(shù)量的量子裝置。量子裝置1601-1和1601-2是通過(guò)耦連裝置J1-2連接在一起。耦連裝置J1-2可以是一個(gè)rf-SQUID，或者可替代地是一個(gè)dc-SQUID。量子裝置1601-1和1601-3是通過(guò)耦連裝置J1-3耦連在一起，這在圖16中一種直接的電流耦連。從而，量子裝置1601-1和1601-3是鐵磁地耦連的并且具有相同的量子狀態(tài)。實(shí)施的耦連裝置J1-3可以包括利用多個(gè)通路創(chuàng)建使用多個(gè)金屬層的耦連裝置的一個(gè)路徑。一個(gè)實(shí)例是圖16中的交叉J1-3-A，在此耦連裝置J1-3的一個(gè)部分制造在另一個(gè)金屬層上并且使用兩個(gè)通路連接到原始層上。這樣的技術(shù)是所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的。
5.4模擬處理5.4.1系統(tǒng)層面本方法、物品和系統(tǒng)的一個(gè)方面提供了在給定一組初始條件下找出最低能量配置或者逼近最低能量配置的方法。這些方法通常包括把一個(gè)要求解的問(wèn)題映射到一個(gè)點(diǎn)陣布局拓?fù)渖稀Ｔ擖c(diǎn)陣布局的拓?fù)浔挥成涞桨ㄒ粋€(gè)量子裝置的點(diǎn)陣的一個(gè)電路上，在該量子裝置的點(diǎn)陣之間安排耦連。該量子裝置和耦連個(gè)別地初始化并且通過(guò)在該量子裝置和耦連上使用本地的偏置控制或者通過(guò)使用一種全局偏置場(chǎng)誘發(fā)運(yùn)行時(shí)間控制。以此方式，代表要求解的問(wèn)題的點(diǎn)陣布局拓?fù)浔挥成涞搅孔友b置的一個(gè)物理的點(diǎn)陣上。然后把該量子裝置的點(diǎn)陣的最終狀態(tài)作為對(duì)該問(wèn)題的解讀出。該解可以有二進(jìn)制數(shù)的形式。
5.4.2初始化一個(gè)具有量子特征的模擬處理器的初始化包括將每個(gè)量子裝置處的狀態(tài)初始化并且將每個(gè)將用于表現(xiàn)求解的問(wèn)題的各個(gè)耦連裝置的狀態(tài)初始化。在一個(gè)要求解的圖形中代表一個(gè)節(jié)點(diǎn)的量子裝置的勢(shì)能曲線可以是一種雙阱勢(shì)能，類似于2000年Friedman等闡述的“Detection of a Schrdinger’s Cat State in an fi-SQUID，”arXiv.orgcond-mat/0004293v2，該文通過(guò)引用全文結(jié)合在此。圖17A和17B各示出一個(gè)雙阱勢(shì)能的圖形。能量表示在y-軸上，而一些其他的與該裝置相關(guān)聯(lián)的從屬變量，譬如該量子裝置的內(nèi)部通量表示在x-軸上。該系統(tǒng)由一個(gè)在該勢(shì)曲線內(nèi)移動(dòng)的一種粒子說(shuō)明。如果該粒子在左阱中，它就處于|L>狀態(tài)，并且如果該粒子處于右阱中，它就處于|R>狀態(tài)。這兩個(gè)狀態(tài)可以分別地標(biāo)示為|0>和|1>，或者分別地標(biāo)示為|1>和|0>。在一個(gè)超導(dǎo)通量量子位或者穩(wěn)恒電流量子位中，這兩個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于環(huán)流電流的兩個(gè)不同的方向，左環(huán)流和右環(huán)流。每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的狀態(tài)的初始化可以通過(guò)本地調(diào)整每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的偏置，或通過(guò)使用一種全局偏置場(chǎng)進(jìn)行。可選擇的是，這樣的調(diào)整還可以通過(guò)降低狀態(tài)之間的壁壘高度來(lái)進(jìn)行。如果該勢(shì)能曲線向一側(cè)傾斜，如在圖17A中所示，該粒子將有較大的概率移動(dòng)進(jìn)入較低的通量阱中。在圖17A的情況下，這會(huì)是|R>狀態(tài)160-1。如果該勢(shì)能阱曲線在另一側(cè)傾斜，該粒子將有較大的概率移動(dòng)進(jìn)入對(duì)置的阱中。在圖17A的情況下，這會(huì)是|L>狀態(tài)160-0。
初始化其狀態(tài)由粒子在一個(gè)雙阱勢(shì)中的位置說(shuō)明的一個(gè)量子裝置包括通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)處的本地偏置在一側(cè)傾斜該勢(shì)能，并且等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間使得該粒子以某種高概率移動(dòng)到較低的勢(shì)能。本地的場(chǎng)偏置可以是一種磁場(chǎng)，并且在節(jié)點(diǎn)處調(diào)整該本地的場(chǎng)偏置可以包括在緊密接近該量子裝置處向一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路或者線圈施加一個(gè)電流，從而在該量子裝置中產(chǎn)生一個(gè)本地的磁場(chǎng)偏置。經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以后，該裝置的狀態(tài)將會(huì)弛豫進(jìn)入該雙阱勢(shì)的較低通量阱中，這就是所希望的初始狀態(tài)。該裝置的狀態(tài)可以通過(guò)熱逸失而落入較低的能量阱中，或者，該裝置的狀態(tài)可以通過(guò)在該壁壘1700穿過(guò)的隧道效應(yīng)過(guò)程達(dá)到較低的能量。在某些情況下，熱逸失和隧道效應(yīng)過(guò)程都對(duì)初始化起作用。
在每個(gè)量子裝置處初始化該本地的場(chǎng)偏置包括設(shè)立一個(gè)跨該量子裝置的整個(gè)點(diǎn)陣的一個(gè)全局的場(chǎng)偏置并且等待一定長(zhǎng)度的時(shí)間。施加一個(gè)全局的場(chǎng)偏置引起所有的量子裝置被初始化到同一狀態(tài)。該全局偏置可以是一種磁場(chǎng)。代表一個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)量子裝置可以包括由一個(gè)或者多個(gè)Josephson間斷的超導(dǎo)材料的環(huán)路，其中初始化可以跨所有的量子裝置通過(guò)施加一個(gè)全局的磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行，這將引起每個(gè)量子裝置都初始化成相同的穩(wěn)恒電流狀態(tài)。
在可以用于求解一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)集成電路中的量子裝置是由一個(gè)或者多個(gè)Josephson結(jié)間斷的一個(gè)超導(dǎo)材料的環(huán)路?？梢赃m當(dāng)?shù)貥?gòu)成這樣一種環(huán)路，使之具有類似于圖17A或者17B中所描述的一種雙阱勢(shì)所說(shuō)明的勢(shì)能特性曲線。該雙阱勢(shì)中的這兩個(gè)阱對(duì)應(yīng)于該超導(dǎo)材料環(huán)路的穩(wěn)恒電流(例如，圖1A的電流102-0和102-1)的兩個(gè)不同的方向?？梢酝ㄟ^(guò)傾斜該雙阱勢(shì)把該環(huán)路初始化成所希望的狀態(tài)，如在圖17A中所示。例如，可以通過(guò)經(jīng)該超導(dǎo)環(huán)路施加一個(gè)外部的通量偏置引起這種傾斜。在某些情況下，一旦確定該量子裝置的狀態(tài)已經(jīng)初始化到了最低的能量狀態(tài)，就可以撤掉該外部的通量偏置。通過(guò)把一個(gè)電線的環(huán)路或線圈放置得緊密接近該超導(dǎo)環(huán)路并且經(jīng)該電線的環(huán)路或者說(shuō)線圈施加一個(gè)偏置電流，可以把一個(gè)外部的通量施加到一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路上。這種偏置電流經(jīng)過(guò)該超導(dǎo)環(huán)路引起磁場(chǎng)中的改變，該改變影響量子裝置的勢(shì)能。
可以通過(guò)改變間斷該超導(dǎo)環(huán)路的Josephson結(jié)的臨界電流改變壁壘1700的高度。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的rf-SQUID中，可以在制造過(guò)程中進(jìn)行這種改變，但是一旦構(gòu)成該裝置，一個(gè)結(jié)的臨界電流一般是固定的。然而，如果用一個(gè)復(fù)合的Josephson結(jié)取代rf-SQUID中的單個(gè)的Josephson結(jié)，就有可能即使在制造后也可以調(diào)整有效的臨界電流。這是通過(guò)對(duì)小裂隙結(jié)環(huán)路施加一個(gè)磁場(chǎng)完成的，并且通過(guò)調(diào)整該磁場(chǎng)改變?cè)搑f-SQUID的有效臨界電流。
在一個(gè)集成電路中起節(jié)點(diǎn)作用的一個(gè)或者多個(gè)量子裝置可以是rf-SQUIDs。一個(gè)rf-SQUID是一個(gè)超導(dǎo)材料的環(huán)路，用一個(gè)或者多個(gè)Josephson結(jié)間斷該環(huán)路。該環(huán)路中具有三個(gè)Josephson結(jié)的裝置被稱為一個(gè)3JJ量子位?？梢耘渲眠@樣的一個(gè)rf-SQUID型裝置以使其勢(shì)能特性曲線由一種雙阱勢(shì)說(shuō)明。該雙阱勢(shì)能中的兩個(gè)阱對(duì)應(yīng)于超導(dǎo)材料的環(huán)路中的穩(wěn)恒電流的兩個(gè)不同的方向。具有的展現(xiàn)量子性能的rf-SQUIDs的裝置闡述在2000年Friedman的文中。通過(guò)向放置得緊密接近該rf-SQUID的超導(dǎo)環(huán)路的一個(gè)電線的環(huán)路或線圈施加一個(gè)偏置電流，可以把一個(gè)外部的通量施加該rf-SQUID的超導(dǎo)環(huán)路上。
用于求解一個(gè)量子問(wèn)題的一個(gè)集成電路中的每個(gè)量子裝置(例如，量子處理器)可以是以三個(gè)Josephson結(jié)間斷的一種超導(dǎo)材料環(huán)路。這些類型的量子位的初始化的方法可以與以上在rf-SQUID量子裝置的情況說(shuō)明的那些相同。這些類型的裝置不要求大的環(huán)路電感，并且因此不要求大的環(huán)路面積以具有雙阱勢(shì)能特性曲線。有三個(gè)Josephson結(jié)的裝置闡述于Orlando中。一個(gè)或者多個(gè)量子裝置可以是一種穩(wěn)恒電流量子位，譬如在圖18所示的那種，該圖是從Orlando文中復(fù)制的。這樣一種裝置可以用作如本方法、物品和系統(tǒng)中的量子裝置。在圖18中的每個(gè)Josephson結(jié)由一個(gè)X標(biāo)記，并且由一個(gè)理想的Josephson結(jié)和一個(gè)電容器Ci的并聯(lián)組合進(jìn)行模擬。并聯(lián)的阻性通道假定是可以忽略的。理想的Josephson結(jié)具有一種電流相位關(guān)系Ii＝I0sinj，式中j是結(jié)i的規(guī)范不變性相位。圖18中的各個(gè)結(jié)X的Josephson能量的一個(gè)特性在于它是兩個(gè)相位的函數(shù)。對(duì)于一個(gè)磁抑制f的范圍這兩個(gè)相位1和2允許有兩個(gè)穩(wěn)定配置，該兩個(gè)兩個(gè)穩(wěn)定配置對(duì)應(yīng)于相反方向流動(dòng)的DC電流。如在Orlando中所討論，通過(guò)考慮該結(jié)中的充電能量(電容性能量)和機(jī)械上考慮該電路量子，可以把該電路參數(shù)調(diào)節(jié)為使f＝1/2附近的該系統(tǒng)的兩個(gè)最低狀態(tài)將對(duì)于相反的環(huán)流電流的兩個(gè)經(jīng)典狀態(tài)。
用于求解一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)集成電路中全部或者部分的量子裝置可以是復(fù)合的Josephson結(jié)rf-SQUID。除了由一個(gè)連接到該rf-SQUID環(huán)路的dc-SQUID替代單個(gè)的Josephson結(jié)以外，一個(gè)復(fù)合Josephson結(jié)rf-SQUID類似于一個(gè)rf-SQUID，該dc-SQUID也稱為復(fù)合Josephson結(jié)。一個(gè)dc-SQUID由兩個(gè)或者多個(gè)與兩個(gè)形成在該結(jié)之間的電接點(diǎn)并聯(lián)連接的Josephson結(jié)構(gòu)成。該裝置表現(xiàn)類似于一個(gè)rf-SQUID，例外的是在環(huán)路中可以通過(guò)調(diào)整流經(jīng)該dc-SQUID環(huán)路的通量來(lái)改變臨界電流的意義上它具有一種額外的控制程度。調(diào)整該臨界電流改變了分開該雙阱勢(shì)的左阱和右阱狀態(tài)|L>和|R>的壁壘高度。穿過(guò)大rf-SQUID環(huán)路的通量仍然調(diào)整該雙阱勢(shì)的傾斜，如同在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的rf-SQUID之中。將該量子裝置初始化既可以包括通過(guò)向該rf-SQUID施加一個(gè)通量偏置使該雙阱勢(shì)傾斜，也可以通過(guò)向該dc-SQUID環(huán)路施加一個(gè)偏置降低該壁壘高度，或兩者兼用，并且然后等待該裝置初始化至基態(tài)。調(diào)整穿過(guò)該dc-SQUID環(huán)路的通量代表對(duì)該量子裝置的狀態(tài)的σX控制。
用于求解一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的集成電路中的各個(gè)量子裝置可以是一種磁梯度計(jì)量子位。梯度計(jì)量子位的初始化是用類似于初始化rf-SQUIDs的方法。將梯度計(jì)量子位初始化的方法包括施加一個(gè)通量偏置并且等待某段時(shí)間長(zhǎng)度。通過(guò)向緊密靠近該環(huán)路放置的電線的線圈或環(huán)路施加一個(gè)偏置電流向一個(gè)環(huán)路施加一個(gè)外部的通量。梯度量子位由相互電聯(lián)通并且有相反的電流方向的兩個(gè)超導(dǎo)葉構(gòu)成。初始化可以涉及向該兩個(gè)葉之一或者向二者共同施加一個(gè)通量偏置。
將量子裝置初始化的方法已經(jīng)在上文中討論了。耦連裝置也被初始化。在某些情況下，通過(guò)把該耦連裝置設(shè)定到一個(gè)所希望的初始狀態(tài)并且然后等待作為該耦連裝置的特征的某段時(shí)間以確保該耦連裝置事實(shí)上設(shè)定在所希望的初始狀態(tài)。作為這樣的初始化的一個(gè)結(jié)果，把該耦連裝置初始化到一種J＝-1或者J＝1的狀態(tài)，其中該耦連強(qiáng)度J被標(biāo)準(zhǔn)化為使對(duì)于一個(gè)給定的問(wèn)題，所希望的耦連強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于J＝|1|。
一個(gè)集成電路中的至少一個(gè)耦連裝置可以是一種量子超導(dǎo)裝置。例如，耦連裝置可以是該集成電路中的rf-SQUID。在這樣的情況下，一個(gè)用作耦連裝置的rf-SQUID的初始化可以包括向該耦連裝置施加一個(gè)本地的通量偏置。這可以通過(guò)經(jīng)一個(gè)緊密接近該耦連裝置的一個(gè)超導(dǎo)環(huán)路或者線圈布置一個(gè)偏置電流來(lái)完成。用作耦連裝置的Rf-SQUID可以是單穩(wěn)態(tài)的，這指得是其勢(shì)能函數(shù)只有一個(gè)最小值。該集成電路(例如，量子處理器)中的全部或者部分耦連裝置可以是dc-SQUID，并且這樣的耦連裝置的初始化包括向這樣的耦連裝置直接施加一個(gè)偏置電流。
該集成電路(例如，量子處理器)中的全部或者部分耦連裝置可以是梯度計(jì)耦連。將用作一個(gè)集成電路中的耦連裝置的梯度計(jì)耦連初始化的方法包括向該梯度計(jì)的一個(gè)葉或者該梯度計(jì)的全部?jī)蓚€(gè)葉施加一個(gè)通量偏置。
5.4.3運(yùn)行時(shí)間控制根據(jù)本方法、物品和系統(tǒng)的實(shí)施方式，進(jìn)行一個(gè)模擬處理器的運(yùn)行時(shí)間控制的方法包括改變?cè)摿孔友b置有效偏置。這可以通過(guò)在該模擬處理器的每個(gè)量子裝置處調(diào)整各自的本地場(chǎng)偏置、調(diào)整該模擬處理器中的量子裝置對(duì)之間的耦連的耦連強(qiáng)度進(jìn)行，或通過(guò)調(diào)整各個(gè)量子裝置的壁壘高度來(lái)進(jìn)行，該壁壘高度的調(diào)整等效于改變?cè)撓到y(tǒng)的有效溫度，其中該系統(tǒng)由一個(gè)量子裝置和耦連元件的點(diǎn)陣組成。
相應(yīng)地降低或者提高該量子裝置的壁壘高度就足以提高或者降低該系統(tǒng)的有效溫度。一個(gè)量子裝置的壁壘高度是該能量形態(tài)的兩個(gè)勢(shì)阱之間的勢(shì)能壁壘，在圖17A和17B示出為壁壘1700。如果該量子裝置包括一個(gè)復(fù)合的結(jié)，該量子裝置的壁壘高度可通過(guò)調(diào)整穿過(guò)該復(fù)合結(jié)的環(huán)路的外部磁場(chǎng)來(lái)改變。
如果用該有效溫度達(dá)到一個(gè)模擬處理器終末狀態(tài)，首先降低所有量子裝置的勢(shì)能壁壘，這就通過(guò)使該模擬處理器的量子狀態(tài)易于從本地最小值進(jìn)行熱逸失而增加該有效溫度。然后緩慢地提高該量子裝置的勢(shì)能壁壘，從而降低有效溫度，使得該模擬處理器的量子狀態(tài)能夠找到較低的最小值。
純粹通過(guò)熱逸失的退火被稱為經(jīng)典退火，因?yàn)樗焕迷撓到y(tǒng)的量子效應(yīng)。找到該模擬處理器的終末狀態(tài)的方法可以是完全經(jīng)典的?？商娲?，可以附加于經(jīng)典退火進(jìn)行量子退火。量子退火的一種形式是量子隧道效應(yīng)，其中通過(guò)穿過(guò)該勢(shì)壘的隧道效應(yīng)而不是通過(guò)熱逸失，該模擬處理器的量子狀態(tài)找到一個(gè)比其當(dāng)前所處的狀態(tài)更低的最小值。從而，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上由其現(xiàn)有的最小值熱逸失的概率小的時(shí)候，量子退火可以幫助該量子狀態(tài)找到更低的最小值。
找到一個(gè)模擬處理器的終末狀態(tài)可以通過(guò)絕熱的量子演算來(lái)進(jìn)行。在絕熱的量子演變中，把該模擬處理器初始化到一種已知的哈密爾敦函數(shù)(Hamiltonian)的量子狀態(tài)的基態(tài)。然后允許該量子狀態(tài)能夠絕熱地演變到一種終末的哈密爾敦函數(shù)。該絕熱演變通常慢得足以防止該量子狀態(tài)從基態(tài)移動(dòng)到一種激勵(lì)態(tài)。絕熱演變可以通過(guò)調(diào)整該處理器中的量子裝置之間的耦連強(qiáng)度或者通過(guò)調(diào)整該量子裝置的各別的偏置，或通過(guò)調(diào)整影響所有量子裝置的全局偏置來(lái)進(jìn)行。該終末基態(tài)代表由該終末哈密爾敦函數(shù)編碼的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解。該過(guò)程的更多信息例如可以參見前文提及的美國(guó)專利申請(qǐng)公開號(hào)2005-0256007、2005-0250651，和2005-0224784。
進(jìn)行一個(gè)模擬處理器的運(yùn)行時(shí)間控制的方法包括通過(guò)一種熱退火處理提高該模擬處理器的實(shí)際溫度的方法。該熱退火過(guò)程可以包括把該系統(tǒng)的溫度從基礎(chǔ)溫度提高到一個(gè)在30mK至3K之間的溫度，并且然后把該系統(tǒng)的溫度降低到該基礎(chǔ)溫度。
5.4.4讀出讀出一個(gè)集成電路中的量子裝置(例如，量子處理器)的狀態(tài)的方法可以包括將一個(gè)讀出裝置初始化并且測(cè)量該讀出裝置的一個(gè)物理特性。一個(gè)量子裝置有兩個(gè)可能的讀出狀態(tài)，即|0>狀態(tài)和|1>狀態(tài)。讀出一個(gè)量子裝置把該裝置的量子狀態(tài)瓦解到兩個(gè)經(jīng)典狀態(tài)之一。其中該量子裝置上的壁壘高度是可調(diào)整的，可以在讀出該量子裝置的狀態(tài)之前提高該壁壘高度。提高該壁壘，例如圖17的壁壘1700，把該量子裝置凍結(jié)在或是|0>狀態(tài)或是|1>狀態(tài)。
該讀出裝置可以包括一個(gè)感應(yīng)性地連接到該量子裝置的dc-SQUID磁力計(jì)，在此情況下確定該量子裝置的狀態(tài)可以包括從該dc-SQUID磁力計(jì)測(cè)量一個(gè)電壓或者電流。然后可以把該電壓或者電流轉(zhuǎn)換成代表在該量子裝置處的磁場(chǎng)的值。
經(jīng)典的狀態(tài)復(fù)制可以用于減少所要求的讀出裝置的數(shù)目。例如參閱前文參引的美國(guó)專利申請(qǐng)60/675,139。
讀出該量子裝置的狀態(tài)以后，該測(cè)量的結(jié)果可以使用體現(xiàn)在一個(gè)載波上的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸。該數(shù)據(jù)信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)，并且在某些情況下，可以使用數(shù)字計(jì)算機(jī)1102(示于圖11中)來(lái)產(chǎn)生該載波。
5.5引用的參考文獻(xiàn)本說(shuō)明書中提及的所有美國(guó)專利、美國(guó)專利申請(qǐng)公開、美國(guó)專利申請(qǐng)、外國(guó)專利、外國(guó)專利申請(qǐng)和非專利的文獻(xiàn)包括但是不限于US6,670,630、US6,784,451、US6,822,255、US6,885,325、US6,897,468、US6,960,780、US6,979,836、US2002-0121636、US2003-0107033、US2003-0121028、US2003-0169041、US2003-0173498、US2004-0000666、US2004-0016918、US2004-0119061、US2004-0140537、US2005-0224784、US2005-0250651、US2005-0256007、美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)60/640,420、60/675,139和11/247,857，均通過(guò)引用全文結(jié)合在此，并且是對(duì)于所有目的。
5.6替代實(shí)施方式對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯，可以組合以上闡述的各種實(shí)施方式以提供其他的實(shí)施方式。如果需要，可以修改本發(fā)明的各個(gè)方面，以利用各種專利、申請(qǐng)和文獻(xiàn)的系統(tǒng)、電路和概念提供本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式?？梢愿鶕?jù)前文的闡述對(duì)本發(fā)明做出這樣的或者那樣的改變。總之，在所附權(quán)利要求書中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)被解釋為將本發(fā)明限制到本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中揭示的具體實(shí)施方式
，而應(yīng)當(dāng)解釋為包括所有可能的實(shí)施方式，連同該權(quán)利要求書有權(quán)要求的所有等效物。因此，本發(fā)明不限于所披露的內(nèi)容，相反其范疇?wèi)?yīng)當(dāng)完全由所附權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算系統(tǒng)，包括一個(gè)計(jì)算機(jī)；和一個(gè)與該計(jì)算機(jī)通信的量子處理器，該量子處理器包括(i)多個(gè)量子裝置，其中該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置是一個(gè)點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)，并且其中該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)量子裝置具有一個(gè)第一基礎(chǔ)狀態(tài)和一個(gè)第二基礎(chǔ)狀態(tài)和(ii)多個(gè)耦連裝置，其中在該多個(gè)該耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置耦連到該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第二量子裝置，其中在該點(diǎn)陣中的該第一量子裝置和該第二量子裝置的配置選自由一種最近相鄰配置和一種次最近相鄰配置構(gòu)成的組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)量子裝置包括一個(gè)由至少一個(gè)Josephson結(jié)間斷的超導(dǎo)材料回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中在該量子裝置中的至少一個(gè)Josephson結(jié)是一種復(fù)合Josephson結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該多個(gè)量子裝置以一種二維陣列安排，其中該二維陣列具有由一個(gè)第一多個(gè)節(jié)點(diǎn)n定義的寬度和由一個(gè)第二多個(gè)節(jié)點(diǎn)m定義的長(zhǎng)度，并且其中該二維陣列包括一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)周邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中在該內(nèi)部中的每個(gè)量子裝置被耦連到該點(diǎn)陣中的四個(gè)最近相鄰的量子裝置上并且被耦連到該點(diǎn)陣中的四個(gè)次最近相鄰的量子裝置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該多個(gè)量子裝置中的該量子裝置具有一種梯度計(jì)的配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一量子裝置和第二量子裝置是在該點(diǎn)陣中的最近鄰居；并且在該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第二耦連裝置將該第一量子裝置耦連到該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第三量子裝置，其中該第一量子裝置和該第三量子裝置是該點(diǎn)陣中的次最近鄰居。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置包括一個(gè)由至少一個(gè)Josephson結(jié)間斷的超導(dǎo)材料環(huán)路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置包括一個(gè)由至少一個(gè)復(fù)合Josephson結(jié)間斷的超導(dǎo)材料環(huán)路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置選自由一種rf-SQUID和一種dc-SQUID構(gòu)成的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，該量子處理器進(jìn)一步包括一個(gè)讀出裝置，該讀出裝置被配置為讀出該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的一種狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中該讀出裝置是選自由一種dc-SQUID和一種磁力計(jì)所構(gòu)成的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該第一耦連裝置被配置為調(diào)整在該第一量子裝置與該第二量子裝置之間的一個(gè)耦連強(qiáng)度以使該第一量子裝置和該第二量子裝置以鐵磁方式耦連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，該第一耦連裝置被配置為該第一量子裝置施加一種零效應(yīng)的本地場(chǎng)偏置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該第一耦連裝置被配置為調(diào)整該第一量子裝置與該第二量子裝置之間的耦連強(qiáng)度以使該第一量子裝置和該第二量子裝置以反磁方式耦連。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該第一量子裝置和該第二量子裝置是該點(diǎn)陣中最近的鄰居。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該第一量子裝置和該第二量子裝置是該點(diǎn)陣中次最近的鄰居。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該量子處理器用于求解一種計(jì)算問(wèn)題，該計(jì)算問(wèn)題選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，該量子處理器與一個(gè)發(fā)射機(jī)耦連，并且其中該發(fā)射機(jī)被配置為發(fā)送作為體現(xiàn)在一種載波中的數(shù)據(jù)信號(hào)的該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)解。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該計(jì)算機(jī)是一種數(shù)字計(jì)算機(jī)。
21.使用一個(gè)量子處理器確定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的一種方法，該方法包括(i)將該量子處理器初始化至一種初始狀態(tài)，其中該量子處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，并且其中在該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)耦連裝置耦連該多個(gè)量子裝置中的一對(duì)量子裝置，其中該初始化包括設(shè)定該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的一種狀態(tài)，和設(shè)定該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的一種耦連強(qiáng)度；(ii)允許該量子處理器能夠演算到一種終末狀態(tài)，其中該終末狀態(tài)逼近該計(jì)算問(wèn)題的一種自然的基態(tài)；和(iii)讀出該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的一種終末狀態(tài)從而確定該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置包括由至少一個(gè)Josephson結(jié)間斷的一個(gè)超導(dǎo)材料的環(huán)路。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置是一種rf-SQUID。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置包括由至少一個(gè)Josephson結(jié)和至少一個(gè)復(fù)合Josephson結(jié)間斷的超導(dǎo)材料的一個(gè)環(huán)路。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，允許該量子處理器能夠演算到一種終末狀態(tài)，該狀態(tài)包括降低該量子處理器的有效溫度和絕熱地演算該量子處理器中的至少一個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，將該量子處理器初始化為一種終末狀態(tài)，包括將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置初始化為具有一個(gè)零效應(yīng)的本地場(chǎng)偏置；并且將該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置初始為將該多個(gè)量子裝置中的第一量子裝置以鐵磁方式進(jìn)行耦連到該多個(gè)量子裝置的一個(gè)第二量子裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，該計(jì)算問(wèn)題是一種最大獨(dú)立集合問(wèn)題。
29.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于確定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)中央處理單元；和一個(gè)耦連到該中央處理單元的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)包括用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令的用戶接口模件；一個(gè)包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一種映射的映射器模件；一個(gè)模擬處理器接口模件，包括(i)用于向一個(gè)模擬處理器傳輸該映射的指令，其中該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，該映射包括用于該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的初始化值，和用于該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的初始化值，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置耦連到該相關(guān)量子裝置的一個(gè)最近的鄰居和該相關(guān)應(yīng)量子裝置的一個(gè)次最近的鄰居中的至少一個(gè)上；和(ii)響應(yīng)于該映射從該模擬處理器接收一個(gè)結(jié)果的指令。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該存儲(chǔ)器進(jìn)一步存儲(chǔ)一種驅(qū)動(dòng)器模件，該驅(qū)動(dòng)模件包括用于向該模擬處理器傳輸該映射的指令；和用于從該模擬處理器接收該結(jié)果的指令；并且其中該模擬處理器接口模件中用于將該映射傳輸?shù)皆撃M處理器的指令包括向該驅(qū)動(dòng)器模件傳輸該映射的指令；并且該模擬處理器接口模件中用于接收該結(jié)果的指令包括響應(yīng)于該映射從該驅(qū)動(dòng)器模件接收來(lái)自該模擬處理器的該結(jié)果的指令。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令包括用于分析對(duì)該計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行編碼的一個(gè)指令組的指令。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中，該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)伊辛自旋玻璃問(wèn)題、一個(gè)最大獨(dú)立集合問(wèn)題、一個(gè)最大團(tuán)問(wèn)題、一個(gè)最大切割問(wèn)題、一個(gè)流動(dòng)銷售人員問(wèn)題、一個(gè)k-SAT問(wèn)題和一個(gè)整數(shù)線性編程問(wèn)題所組成的組。
34.一種與一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合使用的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)媒體和一個(gè)嵌入于其中的計(jì)算機(jī)程序機(jī)理，該計(jì)算機(jī)程序機(jī)理包括(A)一個(gè)包括用于定義一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的指令的用戶接口模件；(B)一個(gè)包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)映射的指令的映射器模件；和(C)一個(gè)模擬處理器接口模件，包括(i)用于向一個(gè)模擬處理器傳輸該映射的指令，其中該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，該映射包括用于該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的初始化值，和用于該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的初始化值，其中該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置把該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置耦連到該相關(guān)量子裝置的一個(gè)最近的鄰居和該相關(guān)量子裝置的一個(gè)次最近的鄰居中的至少一個(gè)上；和(ii)響應(yīng)于該映射從該模擬處理器接收一個(gè)結(jié)果的指令。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)一步包括(D)一種驅(qū)動(dòng)器模件，包括用于向該模擬處理器傳輸該映射的指令；和用于從該模擬處理器接收該結(jié)果的指令；并且其中在該模擬處理器接口模件中用于將該映射傳輸?shù)皆撃M處理器的指令包括用于向該驅(qū)動(dòng)器模件傳輸該映射的指令；并且在該模擬處理器接口模件中用于接收該結(jié)果的指令包括響應(yīng)于該映射從該驅(qū)動(dòng)器模件接收來(lái)自該模擬處理器的該結(jié)果的指令。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，該用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令包括用于分析對(duì)該計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行編碼的一個(gè)指令組的指令。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)伊辛自旋玻璃問(wèn)題、一個(gè)最大獨(dú)立集合問(wèn)題、一個(gè)最大團(tuán)問(wèn)題、一個(gè)最大切割問(wèn)題、一個(gè)流動(dòng)銷售人員問(wèn)題、一個(gè)k-SAT問(wèn)題和一個(gè)整數(shù)線性編程問(wèn)題所組成的組。
39.一種量子處理器，包括安排在一個(gè)點(diǎn)陣中的多個(gè)量子裝置；一個(gè)第一多個(gè)耦連裝置，其中在該第一多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置和一個(gè)第二量子裝置進(jìn)行耦連，其中該第一量子裝置和第二量子裝置是該點(diǎn)陣中最近的鄰居；和一個(gè)第二多個(gè)耦連裝置，其中在該第二多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第三量子裝置和一個(gè)第四量子裝置進(jìn)行耦連，其中該第三量子裝置和第四量子裝置是該點(diǎn)陣中次最近的鄰居。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，進(jìn)一步包括一個(gè)讀出裝置，該讀出裝置耦連到該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)量子裝置上從而使該讀出裝置能夠測(cè)量該量子裝置的一種狀態(tài)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的量子處理器，其中該讀出裝置被安排在該點(diǎn)陣的一個(gè)周邊上。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，進(jìn)一步包括一個(gè)本地偏置裝置，該本地偏置裝置耦連到該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置上。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，其中該多個(gè)量子裝置和該第一多個(gè)耦連裝置與該第二多個(gè)耦連裝置的至少一個(gè)被安排成一種平面圖形。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，其中在該點(diǎn)陣中嵌入一個(gè)圖形；并且其中該多個(gè)量子裝置中的一組量子裝置是該圖形的節(jié)點(diǎn)；該第一多個(gè)耦連裝置中的一組耦連裝置被賦予非零的值，從而根據(jù)該圖形將該組量子裝置中的至少兩個(gè)量子裝置相互耦連；并且該第二多個(gè)耦連裝置中的一組耦連裝置被賦予非零的值，從而根據(jù)該圖形將該組量子裝置中的至少兩個(gè)量子裝置相互耦連。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的量子處理器，其中該圖形是非平面的。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的量子處理器，其中該圖形是選自由K5、K3，3、一個(gè)K5的擴(kuò)展、和一個(gè)K3.3的擴(kuò)展所組成的組。
47.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，其中該第一量子裝置和第二量子裝置是由曼哈頓距離所確定的在該點(diǎn)陣中最近的鄰居；并且該第三量子裝置和第四量子裝置是由曼哈頓距離所確定的該點(diǎn)陣中次最近的鄰居。
48.根據(jù)權(quán)利要求39所述的量子處理器，其中在該第一多個(gè)耦連裝置中的至少兩個(gè)耦連裝置被安排為使它們不相交；并且在該第二多個(gè)耦連裝置中的至少兩個(gè)耦連裝置被安排為使它們相交。
49.一種量子處理器，包括多個(gè)量子裝置；一個(gè)第一多個(gè)耦連裝置，其中該多個(gè)量子裝置和該第一多個(gè)耦連裝置形成一種平面矩形陣列，該平面矩形陣列具有一個(gè)對(duì)角線，并且其中在該第一多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置以一種耦連強(qiáng)度將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置和該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第二量子裝置進(jìn)行耦連，該耦連強(qiáng)度具有在一個(gè)最小的負(fù)耦連強(qiáng)度與一個(gè)最大的正耦連強(qiáng)度之間的范圍內(nèi)的一個(gè)值；一個(gè)第二多個(gè)耦連裝置，其中在該第二多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置以一種耦連強(qiáng)度將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第三量子裝置與該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第四量子裝置進(jìn)行耦連，該耦連強(qiáng)度具有在一個(gè)最小的負(fù)耦連強(qiáng)度與一個(gè)零耦連強(qiáng)度之間的范圍內(nèi)的一個(gè)值，并且其中該第三量子裝置和該第四量子裝置是沿該平面矩形陣列的對(duì)角線進(jìn)行安排；一個(gè)耦連到該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置上的讀出裝置；和一個(gè)耦連到該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置上的本地偏置裝置。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的量子處理器，其中一個(gè)圖形嵌入該陣列中；并且其中該多個(gè)量子裝置中的一組量子裝置是該圖形的節(jié)點(diǎn)；該第一多個(gè)耦連裝置中的一組耦連裝置被賦予非零的值從而根據(jù)該圖形將該組量子裝置中的至少兩個(gè)量子裝置相互耦連；并且該第二多個(gè)耦連裝置中的一組耦連裝置被賦予非零的值從而根據(jù)該圖形將該組量子裝置中的至少兩個(gè)量子裝置相互耦連。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的量子處理器，其中該圖形是非平面的。
52.一種量子處理器，包括(i)形成一個(gè)點(diǎn)陣的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)量子位裝置；和(ii)多個(gè)耦連裝置，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置將該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第一量子位裝置耦連到該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第二量子位裝置，并且其中該點(diǎn)陣中的該第一量子位裝置和該第二量子位裝置的一種配置是選自由一種最近相鄰配置和一種次最近相鄰配置所構(gòu)成的組。
53.一種量子處理器，包括安排在一個(gè)點(diǎn)陣中的多個(gè)量子位裝置；一個(gè)第一多個(gè)耦連裝置，其中該第一多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置將該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第一量子位和該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第二量子位裝置進(jìn)行耦連，其中該第一量子位裝置和該第二量子位裝置被配置成該點(diǎn)陣中最近的鄰居；和一個(gè)第二多個(gè)耦連裝置，其中在該第二多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置將該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第三量子位裝置和該多個(gè)量子位裝置中的一個(gè)第四量子位裝置進(jìn)行耦連，并且其中該第三量子位裝置和該第四量子位裝置被配置成該點(diǎn)陣中次最近的鄰居。
54.一種使用一個(gè)量子處理器確定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的方法，該方法包括(i)將該量子處理器初始化到一個(gè)初始狀態(tài)，其中該量子處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，并且其中在該多個(gè)耦連裝置中的每個(gè)耦連裝置都對(duì)該多個(gè)量子裝置中的一對(duì)量子裝置進(jìn)行耦連，其中對(duì)該量子處理器進(jìn)行初始化包括設(shè)定該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的一個(gè)狀態(tài)并且設(shè)定該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的一個(gè)耦連強(qiáng)度；(ii)允許該量子處理器演算到一種終末狀態(tài)，其中該終末狀態(tài)逼近該計(jì)算問(wèn)題的一種自然的基態(tài)；(iii)讀出該多個(gè)量子裝置中至少一個(gè)量子裝置的一個(gè)終末狀態(tài)從而確定該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果；并且(iv)產(chǎn)生一種體現(xiàn)包括該計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果的一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的載波。
55.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括用于輸入一個(gè)要求解的計(jì)算問(wèn)題的裝置，其中該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題、和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組；用于將該計(jì)算問(wèn)題映射到一個(gè)量子處理器上的裝置，其中該量子處理器包括量子位裝置和用于將最近相鄰和次最近相鄰的量子位裝置進(jìn)行耦連的裝置；使用該量子處理器用于獲得該計(jì)算問(wèn)題的解的裝置；用于輸出該計(jì)算問(wèn)題的解的裝置；和用于將該解作為體現(xiàn)在一種載波中的一種數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)难b置。
56.體現(xiàn)在一種載波上的一個(gè)數(shù)字信號(hào)，包括對(duì)于多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)相應(yīng)的值；其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子處理器中的一種節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中該節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)量子裝置；并且其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值個(gè)別地或者集體地代表對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)解，該計(jì)算問(wèn)題的在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)被映射到該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上之后的一個(gè)時(shí)間通過(guò)演算該量子處理器而已經(jīng)求出了解。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的數(shù)字信號(hào)，其中該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的數(shù)字信號(hào)，其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)包括至少16個(gè)節(jié)點(diǎn)。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的數(shù)字信號(hào)，其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)值是一種二進(jìn)制值。
60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的數(shù)字信號(hào)，其中該圖形是選自由K5、K3，3、K5的一個(gè)擴(kuò)展、和K3，3的一個(gè)擴(kuò)展所構(gòu)成的組。
61.體現(xiàn)在一個(gè)載波上的包括對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的答案的一種數(shù)字信號(hào)，其中對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的答案是通過(guò)評(píng)估多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值來(lái)確定；其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；并且其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值是在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)被映射到該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上之后的一個(gè)時(shí)間在演算該量子處理器之后所確定。
62.體現(xiàn)在一個(gè)載波上、包括對(duì)要用一個(gè)量子處理器求解的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形的一種數(shù)字信號(hào)，其中該量子處理器包括一個(gè)量子裝置的點(diǎn)陣；其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)并且，對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，包括相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和該相應(yīng)節(jié)點(diǎn)與該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連常數(shù)；并且其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形被配置為使之可以被映射到該量子處理器的該點(diǎn)陣上。
63.體現(xiàn)在一個(gè)載波上、包括對(duì)要用一個(gè)量子處理器求解的一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的一種數(shù)字信號(hào)，其中該量子處理器包括一種量子裝置的點(diǎn)陣；其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題被轉(zhuǎn)換到一個(gè)圖形上，該圖形包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)并且，對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，包括該相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和該相應(yīng)節(jié)點(diǎn)與該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連常數(shù)；并且其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題的圖形被配置為使之可以被映射到該量子處理器的該點(diǎn)陣上。
64.一種圖形用戶接口，用于獲得對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解，該圖形用戶接口包括(A)一個(gè)第一顯示區(qū)，用于指示何時(shí)接收到了包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)相應(yīng)的值的體現(xiàn)在一個(gè)載波上的一個(gè)數(shù)字信號(hào)；其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)量子裝置；并且其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值個(gè)別地或者集體地代表對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解，該計(jì)算問(wèn)題的已經(jīng)在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)被映射到該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上之后的一個(gè)時(shí)間通過(guò)演算該量子處理器以經(jīng)求出了解；和(B)一個(gè)第二顯示區(qū)，用于顯示對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的圖形用戶接口，其中該計(jì)算問(wèn)題是選自由一個(gè)具有復(fù)雜性P的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP的問(wèn)題、一個(gè)具有復(fù)雜性NP-難題的問(wèn)題和一個(gè)具有復(fù)雜性NP-完全的問(wèn)題所組成的組。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的圖形用戶接口，其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)包括至少16個(gè)節(jié)點(diǎn)。
67.根據(jù)權(quán)利要求64所述的圖形用戶接口，其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)值是一種二進(jìn)制值。
68.根據(jù)權(quán)利要求64所述的圖形用戶接口，其中該圖形是選自由K5、K3，3、K5的一個(gè)擴(kuò)展、和K3，3的一個(gè)擴(kuò)展所構(gòu)成的組。
69.一種圖形用戶接口，用于獲得對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解，該圖形用戶接口包括(A)一個(gè)第一顯示區(qū)，用于指示何時(shí)已經(jīng)接收到了體現(xiàn)在一個(gè)載波上、包括了該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)答案的一個(gè)數(shù)字信號(hào)；其中對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的答案是通過(guò)評(píng)估多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)值來(lái)確定；其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)量子處理器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的至少兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)陣中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)量子裝置；并且其中該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的該值是在代表該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)圖形已經(jīng)被映射到該點(diǎn)陣的至少一個(gè)部分上之后的一個(gè)時(shí)間在演算該量子處理器值之后被確定；和(B)一個(gè)第二顯示區(qū)，用于顯示對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的圖形用戶接口，其中該載波是從一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收。
71.一種圖形用戶接口，用于獲得對(duì)一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的解，該圖形用戶接口包括(A)一個(gè)第一顯示區(qū)，用于指示何時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了包括要由一個(gè)量子處理器求解的該計(jì)算問(wèn)題的體現(xiàn)在一個(gè)載波上的一個(gè)數(shù)字信號(hào)；其中該量子處理器包括一個(gè)量子裝置的點(diǎn)陣；其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)并且，對(duì)于該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中每個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，包括用于該相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的一個(gè)初始值和該相應(yīng)節(jié)點(diǎn)與該多個(gè)節(jié)點(diǎn)中的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連常數(shù)；并且其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題被配置為使它可以被映射到該量子處理器的點(diǎn)陣上；和(B)一個(gè)第二顯示區(qū)，用于在接收到對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解之后顯示對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的圖形用戶接口，其中該數(shù)字信號(hào)被發(fā)送到與該量子處理器通信的一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。
73.根據(jù)權(quán)利要求71所述的圖形用戶接口，其中該數(shù)字信號(hào)被直接發(fā)送到該量子處理器。
74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的圖形用戶接口，其中對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解是從與該量子處理器通信的一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)接收。
75.根據(jù)權(quán)利要求71所述的圖形用戶接口，其中對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的解是直接從該量子處理器接收。
76.根據(jù)權(quán)利要求87所述的圖形用戶接口，其中該要求解的計(jì)算問(wèn)題是在該數(shù)字信號(hào)中表示為一種圖形。
77.一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)，包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)；一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；一個(gè)與該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程量子處理器，該量子處理器包括(i)多個(gè)量子裝置，其中該多個(gè)量子裝置中的每個(gè)量子裝置是一個(gè)點(diǎn)陣的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且其中該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置具有一種第一基礎(chǔ)狀態(tài)和一個(gè)第二基礎(chǔ)狀態(tài)；和(ii)多個(gè)耦連裝置，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)第一耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第一量子裝置與該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)第二量子裝置進(jìn)行耦連，其中該點(diǎn)陣中的該第一量子裝置和該第二量子裝置的一種配置是選自由一個(gè)最近相鄰配置和一個(gè)次最近相鄰配置所構(gòu)成的組；其中該本地計(jì)算機(jī)被配置為向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)要求解的計(jì)算問(wèn)題；并且該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)被配置為向該本地計(jì)算機(jī)發(fā)送對(duì)該計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)答案。
78.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于確定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)；一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；和一個(gè)模擬處理器；其中該本地計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和耦連該中央處理單元的一個(gè)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)用戶接口模件，包括用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令；一個(gè)映射器模件，包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一種映射的指令；和一個(gè)傳輸模件，包括用于向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送該映射的指令；該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央算單元和耦連到該中央處理器的一個(gè)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)接收模件，包括用于從該本地計(jì)算機(jī)接收該映射的指令；一個(gè)模擬處理器接口模件，包括用于向該模擬處理器傳輸該映射的指令；并且該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，并且其中該映射包括該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的多個(gè)初始化值和該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的多個(gè)初始化值，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置連接到該相關(guān)量子裝置的一個(gè)最近的鄰居和該相關(guān)量子裝置的一個(gè)次最近的鄰居中的至少一個(gè)上。
79.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于確定一個(gè)計(jì)算問(wèn)題的結(jié)果，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)本地計(jì)算機(jī)；一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；和一個(gè)模擬處理器；其中該本地計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和耦連該中央處理單元的一個(gè)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)用戶接口模件，包括用于定義該計(jì)算問(wèn)題的指令；一個(gè)傳輸模件，包括用于向該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送該計(jì)算問(wèn)題的指令；該遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)包括一個(gè)中央處理單元和耦連到該中央處理器的一個(gè)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一個(gè)接收模件，包括用于從該本地計(jì)算機(jī)接收該計(jì)算問(wèn)題的指令；一個(gè)映射器模件，包括用于產(chǎn)生該計(jì)算問(wèn)題的一種映射的指令；和一個(gè)模擬處理器接口模件，包括用于向該模擬處理器傳輸該映射的指令；并且該模擬處理器包括多個(gè)量子裝置和多個(gè)耦連裝置，并且其中該映射包括該多個(gè)量子裝置中的至少一個(gè)量子裝置的多個(gè)初始化值和該多個(gè)耦連裝置中的至少一個(gè)耦連裝置的多個(gè)初始化值，其中該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)耦連裝置將該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的相關(guān)量子裝置耦連到該相應(yīng)量子裝置的一個(gè)最近的鄰居和該相應(yīng)量子裝置的一個(gè)次最近的鄰居中的至少一個(gè)上。
全文摘要
提供了用于求解各種計(jì)算問(wèn)題的模擬處理器。此類模擬處理器包括與多個(gè)耦連裝置一起安排在一個(gè)點(diǎn)陣中的多個(gè)量子裝置。該模擬處理器進(jìn)一步包括偏置控制系統(tǒng)，它們每一個(gè)被配置為向一個(gè)對(duì)應(yīng)的量子裝置施加本地有效的偏置。該多個(gè)耦連裝置中的一組耦連裝置被配置為對(duì)該點(diǎn)陣中的最近相鄰的量子裝置進(jìn)行耦連。另一組耦連裝置被配置為對(duì)次最近相鄰的量子裝置進(jìn)行耦連。該模擬處理器進(jìn)一步包括多個(gè)耦連控制系統(tǒng)，它們每一個(gè)被配置為對(duì)該多個(gè)耦連裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的耦連裝置的耦連值進(jìn)行調(diào)整。此類量子處理器進(jìn)一步包括一組讀出裝置，它們每一個(gè)被配置為測(cè)量來(lái)自該多個(gè)量子裝置中的一個(gè)對(duì)應(yīng)的量子裝置的信息。
文檔編號(hào)H01L39/22GK101088102SQ200580044348
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者亞歷克馬森·范登布林克, 彼得·洛夫, 穆罕默德·H.S.·阿明, 喬迪·羅斯, 戴維·格蘭特, 邁爾斯·F.H.·施泰寧格, 保羅·布伊克 申請(qǐng)人:D-波系統(tǒng)公司