本实用新型专利技术公开了一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调传输子量子比特系统，包括：可调传输子量子比特；装配有超导线圈的无氧铜矩形谐振腔；用于屏蔽外部环境磁场的低温磁屏蔽筒；其中，所述可调传输子量子比特置于无氧铜矩形谐振腔内腔体的中心，所述可调传输子量子比特置于低温磁屏蔽筒内。本实用新型专利技术还公开了一种测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调传输子量子比特能谱的方法。本实用新型专利技术实现了跃迁频率可调的传输子量子比特，对多量子比特耦合研究和量子调控有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本技术提出了一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon(传输子)量子比 特系统，并给出了测量该可调Transmon量子比特能谱的基本方法，涉及量子比特测量和极 微弱信号检测等领域。
技术介绍
量子计算是目前的科学研究的热点，而超导量子计算作为量子计算实现的方案之 一，具有制备工艺与半导体相兼容、可扩展性等优点，引起国际上广泛关注。 超导量子比特作为实现超导量子计算的基本单位，主要由约瑟夫森结构成，根据 量子态的不同表现形式主要可分为三种基本类型：电荷量子比特、磁通量子比特和相位量 子比特。2007年Yale小组提出了 Transmon量子比特的概念。2011年Yale小组又将Transmon 量子比特置于三维谐振腔中，这种基于三维谐振腔的3D Transmon，其退相干时间长(通常 都在几十个微秒），引起广泛关注。 通常的Transmon量子比特由单个约瑟夫森结构成，由于系统的约瑟夫森能Ej和电 荷能Ec固定，其跃迀频率不可原位调节。由于样品制备中的不可控因素，很难严格控制样品 的Ej和Ec，因此由单个约瑟夫森结构成的Transmon量子比特，很难实现多个量子比特之间的 耦合。
技术实现思路
技术目的： 针对现有技术存在的问题，本技术的目的是提供一种基于无氧铜矩形谐振腔 的可调Transmon量子比特系统以及测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特 能谱的方法，用直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)作为可调Transmon量子比特核心结构， 替换通常的Transmon量子比特中的单个约瑟夫森结，无氧铜矩形谐振腔装配有超导线圈， 通过外加磁场偏置实现Transmon量子比特跃迀频率的原位可调，同时通过低温磁屏蔽筒屏 蔽外部环境磁场的干扰。 技术方案： 为了实现上述技术目的，本技术提供的第一种技术方案是一种基于无氧 铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，用直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)作为可 调Transmon量子比特核心结构，替换通常的Transmon量子比特中的单个约瑟夫森结，无氧 铜矩形谐振腔装配有超导线圈，通过外加磁场偏置实现Transmon量子比特跃迀频率的可 调，同时通过低温磁屏蔽筒屏蔽外部环境磁场的干扰。 一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，包括：可调Transmon量子比特;装配有超导线圈的无氧铜矩形谐振腔；用于屏蔽外部环 境磁场的低温磁屏蔽筒； 其中，所述可调Transmon量子比特置于无氧铜矩形谐振腔内腔体的中心，所述可 调Transmon量子比特置于低温磁屏蔽筒内。 dc-SQUID是两个相同的高纯铝超导约瑟夫森结并联构成的环路，环路两端连接两 个矩形的铝电极，形成偶极子天线。 矩形谐振腔由两个TU0型号（铜纯度>99.99%)无氧铜半腔构成，其中第一无氧铜 半腔上通过螺钉连接两个射频SMA接头，两个射频SMA接头探针长度不同，较短的第一射频 SMA接头作为信号输入端，较长的第二射频SMA接头作为信号输出端;第二无氧铜半腔上装 配有超导线圈，超导线圈由单股NbTi低温超导线材绕制在TU0无氧铜的工字形基座，工字形 基座通过螺钉固定在矩形谐振腔的半腔顶部圆柱凹槽内，第二无氧铜半腔侧壁上固定有第 三射频SMA接头。 NbTi低温超导线的第一端焊接所述工字形基座上，第二端焊接在第三射频SMA接 头上。无氧铜矩形谐振腔的两个无氧铜半腔内腔壁经过镜面抛光处理。两个无氧铜半腔 是通过4个螺钉机械结合的，其中结合面有铟丝密封，并有定位栓孔。 本技术提供的第二种技术方案为一种测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调 Transmon量子比特能谱的方法，包括以下步骤： (i)利用矢量网络分析仪，测量无氧铜矩形谐振腔修饰态随磁场偏置变化的曲线； (ii)通过公式拟合所述步骤(i)测量到的矩形谐振腔修饰态随磁场偏置变化的曲 线，同时得到可调Transmon量子比特跃迀频率随磁场偏置变化的曲线； (ii i)根据所述步骤（ii)得到的可调Transmon量子比特跃迀频率随磁场偏置变化 的曲线，选择所述曲线近似线性变化区域的某一磁场偏置区间，测量多个磁场偏置点的可 调Transmon量子比特的一维频谱，得到对应跃迀频率的准确值； (iv)根据所述步骤（i i i)的结果，修正可调Transmon量子比特跃迀频率随磁场偏 置变化的曲线，使得修正后的可调Transmon量子比特跃迀频率随磁场偏置变化的曲线大致 经过所述步骤(i i i)各磁场偏置点对应的跃迀频率； (v)在某一磁场偏置区间，根据所述步骤（iv)修正后的可调Transmon量子比特跃 迀频率随磁场偏置变化的曲线，改变每一磁场偏置下对应的扫描频率起始点，但固定每一 磁场偏置点下扫描频率点数，扫描整个磁场偏置区间的可调Transmon量子比特能谱。其中步骤(ii)中的拟合公式具有如下形式和g为待定参数，a为电压频率转换系 数，b为修饰态随磁场偏置变化曲线的周期，V为磁场偏置电压，c为磁场偏置电压初始偏移 量，fc为矩形谐振腔的谐振频率，f 01为可调Transmon量子比特跃迀频率，fdressed为矩形谐振 腔修饰态的频率，g为耦合强度。 有益效果：本技术提供了一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，实 现了跃迀频率可调的Transmon量子比特，对多量子比特耦合研究和量子调控有重要意义。 同时，本技术还提供了一种测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特能谱 的方法，可以大大减少表征可调Transmon量子比特能谱的所需时间和复杂度，同时对表征 其他可调量子比特的能谱有重要参考价值。【附图说明】图1基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统示意图； 图2可调Transmon量子比特结构示意图； 图3无氧铜矩形谐振腔第一无氧铜半腔结构连接示意图(俯视图）； 图4无氧铜矩形谐振腔第一无氧铜半腔结构连接示意图（侧视图）； 图5无氧铜矩形谐振腔第二无氧铜半腔结构连接示意图(俯视图）； 图6无氧铜矩形谐振腔第二无氧铜半腔结构连接示意图（侧视图）；图7超导线圈示意图；图8无氧铜矩形谐振腔室温下测量的S21参数(空腔）曲线图。【具体实施方式】 本技术利用直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)作为可调Transmon量子比特 核心结构，替换通常的Transmon量子比特中的单个约瑟夫森结，无氧铜矩形谐振腔装配有 超导线圈，通过外加磁场偏置实现Transmon量子比特跃迀频率的可调，同时通过低温磁屏 蔽筒屏蔽外部环境磁场的干扰。下面结合图例具体阐述实施方式： 如图1所示，基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统主要包括:可调 Transmon量子比特1、装配有超导线圈的无氧铜矩形谐振腔2和屏蔽外部环境磁场的磁屏蔽 筒3。其中可调Transmon量子比特1置于无氧铜矩形谐振腔2内腔体的中心位置，以实现最大 程度的电磁场親合。由于dc-SQUID极易受外部环境磁场干扰，必须使用低温磁屏蔽筒3,以 屏蔽外部环境磁场。 如图2所示，可调Transmon量子比特1由中心的直流超导量子干涉本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，包括：可调Transmon量子比特（1）；装配有超导线圈（23）的无氧铜矩形谐振腔（2）；用于屏蔽外部环境磁场的低温磁屏蔽筒（3）；其中，所述可调Transmon量子比特（1）置于无氧铜矩形谐振腔（2）内腔体的中心，所述可调Transmon量子比特（1）置于低温磁屏蔽筒（3）内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周渝，孙国柱，范云益，曹志敏，潘佳政，吴培亨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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