一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置，该二能级缺陷空间分布的测量方法包括：对超导量子比特施加偏置磁场，并获取所述超导量子比特的频率‑偏置磁通的关系曲线；通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针输出的局域扫描电场对超导量子比特表面逐点扫描；若所述超导量子比特的频率随着时间的变换存在震荡变化，则所述扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷。本实施例提供一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置，以表征超导量子芯片中的二能级缺陷的空间分布情况。

A method and device for measuring the spatial distribution of two-level defects

【技术实现步骤摘要】
一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置
本专利技术涉及超导量子芯片
，尤其涉及一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置。
技术介绍
超导量子计算以电路量子电动力学为理论基础，采用超导约瑟夫森结制备非谐振量子振荡电路形成量子比特，利用平面电容、平面超导微波谐振器来实现量子比特间的耦合、量子比特的操控和非破坏性读写。与其他量子比特的物理实现不同，超导量子比特的共振频率、比特间耦合强度等工作参数可通过改变约瑟夫森结和平面超导微波器件的几何参数可控的调节。此外，超导量子芯片的制备和传统材料生长工艺、半导体器件加工工艺、微加工工艺、微波器件封装工艺兼容，因此其制备研究和综合性能都处于量子计算领域的领先地位，是最有希望实现商业化应用的量子计算体系。目前超导量子计算在国际上得了广泛关注，这使得超导量子芯片的研究规模在近几年取得了较大进展，然而限制其性能的相干时间并没有获得突破性的提升，经过长期的实验研究得知，超导量子芯片材料以及相关表界面上的悬挂键、极性分子、磁性分子、晶体缺陷等会形成等效的量子“二能级系统”；这些二能级系统和操控量子比特的微波光子耦合，引起量子比特的能量耗散和相位退相干，探测超导量子芯片的二能级缺陷并通过各种参量调控避免超导量子芯片制备过程中二能级缺陷的并入是目前超导量子芯片的发展瓶颈。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置，以表征超导量子芯片中的二能级缺陷的空间分布情况。第一方面，本专利技术实施例提供了一种二能级缺陷空间分布的测量方法，包括：对超导量子比特施加偏置磁场，并获取所述超导量子比特的频率-偏置磁通的关系曲线；通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针输出的局域扫描电场对超导量子比特表面逐点扫描；若所述超导量子比特的频率随着时间的变换存在震荡变化，则所述扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种二能级缺陷空间分布的测量装置，适用于本专利技术任意实施例提供的二能级缺陷空间分布的测量方法，所述二能级缺陷空间分布的测量装置包括：偏置磁场产生设备、二能级缺陷的测量设备和处理器；所述二能级缺陷的测量设备包括扫描探针，所述扫描探针输出的局域扫描电场用于对所述超导量子比特表面逐点扫描；所述偏置磁场产生设备用于对超导量子比特施加偏置磁场，所述处理器用于获取所述超导量子比特的频率-偏置磁通的关系曲线；所述处理器还用于在测量到所述超导量子比特的频率随着时间的变换存在震荡变化时，判断所述扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷。本实施例中，通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针对超导量子比特表面的多个扫描点逐个施加局部扫描电场，与此同时，对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系，如果超导量子比特的能量存在震荡变换，则说明超导量子比特系统和二能级缺陷系统之间产生了共振，从而表明扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷，则本实施例通过二能级缺陷空间分布的测量装置对超导量子比特表面逐点进行扫描，则可对二能级缺陷在超导量子比特的表面的空间分布进行表征，便于对超导量子芯片材料器件制备过程中双能级缺陷的引入情况进行探索，从而不断优化材料制备和器件工艺参数，以减小超导量子比特制备过程中二能级缺陷的并入。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种二能级缺陷空间分布的测量方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种量子隧穿的二能级缺陷模型示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种可调量子比特在不同偏置磁场下的性能表征图；图4是本专利技术实施例提供的另一种二能级缺陷空间分布的测量方法的流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种二能级缺陷空间分布的测量装置的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种扫描探针的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。传统的技术虽然证实了超导量子芯片中存在二能级缺陷，且二能级缺陷受到电场和应力的调控，同时通过芯片的设计和统计，发现二能级缺陷主要分布在超导量子芯片的介电材料，以及与介电材料相关的表界面上，并无法明确获取超导量子芯片中二能级缺陷的空间分布和具体设置位置。例如，二能级缺陷分布在超导量子芯片表面的位置点，分布密度大的区域，以及分布密度小的区域等这些参数均无法获知。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种二能级缺陷空间分布的测量方法，如图1所示，图1是本专利技术实施例提供的一种二能级缺陷空间分布的测量方法的流程示意图，二能级缺陷表征方法包括：S110、对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系曲线。S120、通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针输出的局域扫描电场对超导量子比特表面逐点扫描。二能级缺陷指的是原子、原子团、电子、自旋、小分子等在两个最小能量位置之间跳跃形成的具有两个特征能级的量子体系。他们普遍存在于非晶材料中，有缺陷的晶体材料以及晶体材料的表界面，则在超导量子芯片制备的过程中，二能级缺陷容易随制备材料和工艺参数并入超导量子芯片中，并形成在超导量子芯片的表面，尤其是介电材料的表界面，介电材料是指在外电场作用下能发生极化、电导、损耗和击穿等现象的材料，则介电材料中很容易出现二能级缺陷。为便于对二能级缺陷进行理解，可用两个能量接近且能发生隧穿的双势井来描述二能级缺陷。如图2所示，图2是本专利技术实施例提供的一种量子隧穿的二能级缺陷模型示意图，图2中示出了能量-位置之间的关系曲线图，图2中存在两个势井，即势井A和势井B，二能级缺陷的能级间距取决于两个势井A和B之间的非对称能ε和隧穿能量△0。非对称能ε指的是两个势井之间的能量差值，隧穿能量△0指的是微观粒子由势井A隧穿至势井B，或者由势井B隧穿至势井A的所需要的隧穿能量△0。非对称能ε远大于隧穿能量△0时，左右两个势井能够很好的限制住各自的的本征态，即两个势井相对较为稳定；当非对称能ε接近零时，两个势井之间的本征态波函数发生交叠，形成两个具有一定能级间距的新能态，如图2中示出的新能态ψ+和ψ-。两个新能态之间的能量差为超导量子比特的发展为研究材料的二能级缺陷提供了更多的机会，因为二能级缺陷和超导量子比特发生共振的时候，可通过检测超导量比特的频谱变化来探测双能级缺陷，甚至可以控制和观察二能级缺陷的量子态动力学。为了确认二能级缺陷在超导量子芯片上的分布，可通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针对超导量子比特表面进行通过施加局部扫描电场进行扫描。可选的，扫描点均匀地分布至超导量子比特的表面，则可对超导量子比特表面进行均匀扫描，便于提高获取的二能级缺陷的分布的准确性。本实施例可对各种材料的介电损耗进行预估，二能级缺陷存在越多，介电损耗越大，一般情况下，非晶材料的介电损耗远远大于单晶材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于，包括：/n对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系曲线；/n通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针输出的局域扫描电场对超导量子比特表面逐点扫描；/n若所述超导量子比特的频率随着时间的变换存在震荡变化，则所述扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷。/n

【技术特征摘要】
1.一种二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于，包括：
对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系曲线；
通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针输出的局域扫描电场对超导量子比特表面逐点扫描；
若所述超导量子比特的频率随着时间的变换存在震荡变化，则所述扫描探针所处扫描点存在二能级缺陷。


2.根据权利要求1所述的二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于：
所述扫描探针的电压范围为50～200mV。


3.根据权利要求1所述的二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于，
所述扫描探针与所述扫描点之间的垂直距离的范围为50～150nm。


4.根据权利要求1所述的二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于，通过二能级缺陷空间分布的测量装置的扫描探针对超导量子比特表面的多个扫描点逐个施加局部扫描电场之前，还包括：
将所述超导量子比特和所述二能级缺陷空间分布的测量装置置于温度小于第一温度阈值的环境内。


5.根据权利要求4所述的二能级缺陷空间分布的测量方法，所述第一温度阈值小于或等于50mk。


6.根据权利要求1所述的二能级缺陷空间分布的测量方法，其特征在于，还包括：
将存在二能级缺陷的扫描点的位置进行绘制，获取所述超导量...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯加贵，武彪，熊康林，孙骏逸，黄永丹，丁孙安，陆晓鸣，芮芳，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32