反射式超导传输线谐振腔制造技术

本发明专利技术公开了一种反射式超导传输线谐振腔，包括电介质基片，所述电介质基片上设有两条并行的耦合微带传输线、两个齿状耦合电容和两个微波接入电极；每个耦合微带传输线一端放空，另一端通过一个齿状耦合电容耦合到一个微波接入电极；所述耦合微带传输线、齿状耦合电容和微波接入电极都为铝超导材料。本发明专利技术占空间小，可以与量子比特集成在同一基片上，有良好的可集成性；能很好与量子比特形成耦合，可以有效完成量子信息交换；可以维持低能量少光子的谐振状态，保证了量子信息的准确传递；有效消除了环境噪声的影响；有利于调整谐振腔的Q值，兼顾量子信息保持能力和交换能力的平衡。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种反射式超导传输线谐振腔，包括电介质基片，所述电介质基片上设有两条并行的耦合微带传输线、两个齿状耦合电容和两个微波接入电极；每个耦合微带传输线一端放空，另一端通过一个齿状耦合电容耦合到一个微波接入电极；所述耦合微带传输线、齿状耦合电容和微波接入电极都为铝超导材料。本专利技术占空间小，可以与量子比特集成在同一基片上，有良好的可集成性；能很好与量子比特形成耦合，可以有效完成量子信息交换；可以维持低能量少光子的谐振状态，保证了量子信息的准确传递；有效消除了环境噪声的影响；有利于调整谐振腔的Q值，兼顾量子信息保持能力和交换能力的平衡。【专利说明】反射式超导传输线谐振腔
本专利技术涉及一种超导传输线谐振腔，尤其涉及一种反射式超导传输线谐振腔。
技术介绍
半导体量子芯片是在传统半导体工业的基础上，充分利用量子力学效应，实现高 效率并行量子计算的核心部件。量子比特，可以是量子点，也可以是超导量子干涉仪等装 置，是量子芯片上的基本单元，可以储存和操作量子信息。但是要完成量子计算过程，还需 要实现量子比特之间的耦合和数据交换，以及量子信息的探测读出。普通的电子线路无法 传递量子信息，因此我们需要一些特殊的电子元件为我们实现这一功能。微波谐振腔可以 激发和传递能够携带量子信息的微波光子，实现这一功能。我们希望获得一种能够与量子 比特实现良好的耦合，具有合适的品质因素，即Q值，同时引入噪声较小的微波谐振腔，它 能够与量子比特之间实现信息的交换，从而作为媒介实现量子比特之间的长程耦合，同时 也可以作为一种有效的探测器，读出量子比特的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够满足量子比特探测和 相互之间通信的要求的反射式超导传输线谐振腔。 为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种反射式超导传输线谐振腔， 包括电介质基片，所述电介质基片上设有两条并行的耦合微带传输线、两个齿状耦合电容 和两个微波接入电极；每个耦合微带传输线一端放空，另一端通过一个齿状耦合电容耦合 到一个微波接入电极；所述耦合微带传输线、齿状耦合电容和微波接入电极都为铝超导材 料。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述电介质基片为半导体基片。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述电介质基片为为Si材料基片或者GaAs 材料基片。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，两条并行的耦合微带传输线呈弯曲走线的形 式设置在电介质基片上。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述耦合微带传输线沿方向D单向弯曲，使 耦合微带传输线在方向D上的投影连续而并且耦合微带传输线前点的投影和后点的投影 后不重合。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述电介质基片还设有两个分别位于耦合微 带传输线两侧的直流电压接入电极；所述直流电压接入电极通过金属线与同侧的耦合微带 传输线电连接；金属线和直流电压接入电极也为铝超导材料。 作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述耦合微带传输线、齿状耦合电容、微波接 入电极4以及金属线6和直流电压接入电极通过半导体微纳米加工工艺设置在电介质基片 上。 toon] 本反射式超导传输线谐振腔，由两条并行的耦合微带传输线组成，它们走线的弯 曲是为了节省空间。这两条耦合微带传输线一端放空，另一端各通过一对齿状结构的缝隙 电容，即齿状耦合电容耦合到微波接入电极，再由微波接入电极通过焊线与外部电路相连 接。两路功率相同、相位相差180°的差分微波信号从外电路分别加到微波接入电极上耦合 进本反射式超导传输线谐振腔，实现λ/2谐振。整个反射式超导传输线谐振腔的腔体全部 使用超导材料制成，比如铝、铌、锌等具有超导特性的材料，本反射式超导传输线谐振腔除 了电介质基片外，其他部分均为超导材料，所述腔体主要指两条并行的耦合微带传输线，所 述铝超导材料为普通的纯铝镀成的薄膜，并不是特殊的材料；中部连出的两条金属线可以 通过焊线与外界相连，可以加入直流偏置电压。整个电路部分通过微纳米加工制作在一块 电介质基片上，电介质基片一般采用Si或者GaAs材料，工作时基片底部可以用银胶贴在样 品架的金属板上作为接地平面。 在本专利技术中，电介质基片、耦合微带传输线、齿状耦合电容、微波接入电极以及金 属线和直流电压接入电极等金属部分均采用铝超导材料，在量子比特工作的极低温下呈现 超导特性，因此能够传导极小的能量而不至于因衰减而很快耗散，同时因为在极低温下热 噪声很小，所以本专利技术可以维持在本反射式超导传输线谐振腔内只有数个或单个光子的状 态，从而准确地传递所需的量子信息。 在本专利技术中，采用了双线结构来传输差分信号，这种设计有两个优势：一是这种差 分信号最后通过差模输出，两端信号作差，在本反射式超导传输线谐振腔内传输过程中由 于环境影响引入的噪声信号，会因为彼此相当而被消去或减弱；二是因为这种结构与单线 的谐振腔电场集中在微带线与基片底部接地板之间的电介质中相比，电场由于在两条耦合 微带线之间振荡而在平面上铺得更开，这十分有利于与附近量子比特之间的耦合。 本专利技术中采用了齿状结构的缝隙电容，即齿状耦合电容与微波接入电极耦合，通 过改变齿状耦合电容的间距以及正对面积的大小，可以很容易地改变缝隙电容的大小，从 而有效改变Q值的大小，这与一般采用直接截断金属线的方式相比，在制备方面可控性更 强，有利于获得所需的Q值。 本专利技术采用了现有技术中的半导体微纳米加工工艺，即通过在基片上光刻、显影、 镀膜、剥离等过程得到本反射式超导传输线谐振腔，所以可以将本专利技术整体上做得很小，适 应了量子芯片可集成性的要求。 总之，本专利技术完全能够满足量子芯片的应用要求，具体表现在：本专利技术主体，即指 除了电介质基片之外的电路部分为平面结构，占空间小，可以与量子比特集成在同一基片 上，有良好的可集成性；本专利技术的双线结构使谐振电场在平面上铺开，能很好与量子比特形 成耦合，可以有效完成量子信息交换；本专利技术的电路部分采用超导材料，使得本专利技术可以维 持低能量少光子的谐振状态，保证了量子信息的准确传递；本专利技术采用双线结构来传输差 分信号，通过两端作差的方式，有效消除了环境噪声的影响；本专利技术采用的齿状耦合设计， 即齿状耦合电容，有利于调整谐振腔的Q值，兼顾量子信息保持能力和交换能力的平衡；本 专利技术加入了直流偏置电压接入结构，即直流电压接入电极，在对高频信号没有影响的情况 下，提供了一个能够在实验中操控量子比特性质的窗口。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的结构示意图 图2是本专利技术的实施例1中制备的光刻掩膜板图案示意图。 图3是用本专利技术探测量子比特信息的应用连接示意图。 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。 【具体实施方式】 实施例1 参见图1，本反射式超导传输线谐振腔，包括电介质基片1，所述电介质基片上设有两 条并行的耦合微带传输线2、两个齿状耦合电容3和两个微波接入电极4 ;每个耦合微带传 输线2 -端放空，另一端通过一个齿状稱合电容3稱合到一个微波接入电极4 ;所述稱合微 带传输线2、齿状耦合电容3和微波接入电极4都为铝超导材料，本实施例中采用铝超导材 料，铝超导材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式超导传输线谐振腔，包括电介质基片（1），所述电介质基片（1）上设有两条并行并且弯曲的耦合微带传输线（2）、两个齿状耦合电容（3）和两个微波接入电极（4）；其特征在于：每个耦合微带传输线（2）一端放空，另一端通过一个齿状耦合电容（3）耦合到一个微波接入电极（4）；所述耦合微带传输线（2）、齿状耦合电容（3）和微波接入电极（4）都为铝超导材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张苗磊，郭国平，邓光伟，李舒啸，肖明，郭光灿，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34