用于量子应用中的高密度连接的带状线形成制造技术

一种在量子应用中可用的带状线(q带状线)包括第一聚酰亚胺膜和第二聚酰亚胺膜。q带状线还包括形成在第一聚酰亚胺膜和第二聚酰亚胺膜之间的第一中心导体和第二中心导体。q带状线具有第一引脚，该第一引脚被配置为穿过第二聚酰亚胺膜中的第一凹陷以与第一中心导体进行电接触和热接触。进行电接触和热接触。进行电接触和热接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量子应用中的高密度连接的带状线形成


[0001]本专利技术总体上涉及用于在量子计算环境中形成与超导量子位的电连接和热连接的装置、制造方法以及制造系统。更具体地说，本专利技术涉及用于量子应用中的高密度连接的带状线(stripline)形成的装置、方法和系统。

技术介绍

[0002]在下文中，除非在使用时明确区分，否则词或短语中的“Q”前缀指示该词或短语在量子计算上下文中的引用。
[0003]分子和亚原子粒子遵循量子力学的定律，量子力学是探索物理世界在最基本的水平处如何工作的物理学分支。在这个水平，粒子以奇怪的方式表现，同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其它粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。
[0004]我们现在使用的计算机被称为经典计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点，或“CN”)。传统计算机使用用半导体材料和技术制造的传统处理器、半导体存储器和磁或固态存储设备，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。
[0005]量子处理器(q处理器)使用纠缠量子位装置(在本文中被简称为“量子位”，多个“量子位”)的奇数性质来执行计算任务。在量子力学工作的特定领域，物质的粒子可以以多种状态存在，诸如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算被限于使用仅仅开和关状态(等效于二进制码中的1和0)的情况下，量子处理器利用这些物质的量子状态来输出可用于数据计算的信号。
[0006]常规计算机按位对信息进行编码。每一位可以取1或0的值，这些1和0用作最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机基于量子位，量子位根据量子物理学的两个关键原理来操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0两者。纠缠意味着叠加中的量子位可以以非经典方式彼此相关；即，一者的状态(是1或0或两者)可以取决于另一者的状态，并且当两个量子位纠缠时比当它们被单独处理时存在可以关于它们确定的更多信息。
[0007]使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器来操作，使量子计算机能够以允许它们解决使用传统计算机难以处理的难题的方式起作用。IBM已经成功地构建并证明了使用超导量子位的量子处理器的可操作性(IBM是国际商业机器公司在美国和其它国家的注册商标)。
[0008]超导量子位包括约瑟夫逊结(Josephson junction)。约瑟夫逊结是通过由非超导材料分离两个薄膜超导金属层而形成的。当使超导层中的金属变成超导(例如通过将金属的温度降低到指定的低温温度)时，电子对可以从一个超导层通过非超导层隧穿到另一个超导层。在量子位中，约瑟夫逊结(其用作色散非线性电感器)与形成非线性微波振荡器的一个或多个电容性装置并联电耦合。振荡器具有由量子位电路中的电感和电容的值确定的谐振/跃迁频率。对术语“量子位”的任何引用是对采用约瑟夫逊结的超导量子位电路的引
用，除非在使用时明确地进行区分。
[0009]由量子位处理的信息以微波频率范围内的微波信号/光子的形式被携带或传输。捕获、处理和分析微波信号，以便解密在其中编码的量子信息。读出电路是与量子位耦合的电路，用于捕获、读取和测量量子位的量子状态。读出电路的输出是可由q处理器使用以执行计算的信息。
[0010]超导量子位具有两个量子状态，|0>和|1>。这两个状态可以是原子的两个能量状态，例如，超导人工原子(超导量子位)的基态(|g>)和第一激发态(|e>)。其它示例包括核或电子自旋的自旋向上和自旋向下、晶体缺陷的两个位置和量子点的两个状态。由于系统具有量子性质，因此两个状态的任何组合都是允许的和有效的。
[0011]为了使用量子位的量子计算是可靠的，量子电路，例如量子位本身、与量子位相关联的读出电路、以及量子处理器的其它部分，必须不以任何显著的方式改变量子位的能量状态(例如通过注入或耗散能量)，或者影响量子位的|0>与|1>状态之间的相对相位。对利用量子信息操作的任何电路的这种操作约束使得在制造用于这种电路中的半导体和超导结构时需要特别考虑。
[0012]量子处理器芯片(QPC)可以包含一个或多个量子位。QPC可以具有用于微波信号输入或输出的一条或多条线。微波线的常见非限制性实施例是携带微波频率范围中的电磁信号的同轴线缆。
[0013]因为目前可用的QPC在超低低温温度操作，所以在量子计算环境中使用的线、读出电路和其它外围部件经过一个或多个稀释制冷机级(在本文中被简称为“级”)。级操作以将在该级的高温侧进入的线和部件的热状态或温度降低到级温度(在该级处维持的温度)。因此，一系列级逐渐地将线的温度从室温(例如，大约300开尔文(K))降低到量子位操作的低温温度(例如，大约0.01K)。
[0014]来自最后(最低温度)级的线耦合到QPC。来自量子位的信号在线上被相反地执行，该线的温度随着该线在远离QPC的方向上经过该系列级而逐渐增加。在包括最后级的每个级处，线必须连接到半导体或超导体电路。
[0015]带状线是平面导电结构，其中导电材料在电介质基板内部以带的形状形成，并且夹在两个接地面之间。接地面是处于接地电位的结构(通常是导电金属结构)。带形成带状线的中心导体。尽管通常中心导体以基本上矩形棱柱的形式形成(具有基本上矩形的横截面和长度)，但是说明性实施例考虑了也被形成和用作本文描述的实施例的带状线中的中心导体的其它形式，诸如圆柱形导线。
[0016]目前，带状线用于将微波线耦合到电路。具体地，目前使用的带状线被形成在电介质基板绝缘体中。从带状线到位于基板的可接触表面上的导电接触部形成通孔结构。然后将外部电路导线焊接到接触部。
[0017]说明性实施例认识到，目前的带状线和形成它们的方法由于各种原因而不适合于量子应用。例如，在常见电介质基板材料中制造的大多数带状线仅在1千兆赫(GHz)以下可用，并且在低温温度不可用，特别是在低于4K的温度不可用。量子位在1GHz以上并且在远低于4K的温度处操作。使用超导材料制造的带状线可以在4K以下并且在1GHz以上操作，但是是不良热导体，并且不适合用于与线的焊接连接。
[0018]说明性实施例认识到，对于要在量子计算环境中可用的带状线，带状线应当在级
内良好地热化。一个结构到另一个结构的热化是以使得耦合实现两个结构之间的至少阈值水平的热导率的方式构造和耦合两个结构的过程。良好的热化，即，其中热耦合结构之间的热导率超过所需热导率的阈值水平的热化。例如，根据说明性实施例，在4开尔文处大于1瓦/(厘米*K)的热导率是良好热导率的可接受阈值水平。
[0019]说明性实施例认识到，将微波线耦合到级中的电路或耦合到量子位的方式应该表现出良好的热化、良好的电导率(例如，表现出至少100的残余电阻比(RRR))，并且在低至毫开尔文和更低(例如，低至0.000001K)的低温温度处提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在量子应用中使用的带状线(q带状线)，包括：第一聚酰亚胺膜；第二聚酰亚胺膜；形成在所述第一聚酰亚胺膜和所述第二聚酰亚胺膜之间的第一中心导体和第二中心导体；以及第一引脚，所述第一引脚被配置为穿过所述第二聚酰亚胺膜中的第一凹陷以与所述第一中心导体进行电接触和热接触。2.根据权利要求1所述的q带状线，其中所述第一聚酰亚胺膜的厚度是指定绝缘体厚度B的至少一半。3.根据权利要求2所述的q带状线，其中B被选择为使得所述第一中心导体和所述第二中心导体之间的分离距离与所述第一中心导体的第一尺寸之和的三倍大于厚度B的两倍，以产生所述第一中心导体与所述第二中心导体之间的小于-50分贝的微波串扰。4.根据权利要求1所述的q带状线，还包括：所述第一凹陷，其中所述第一凹陷被形成为穿过第二接地面和所述第二聚酰亚胺膜以暴露所述第一中心导体的一部分。5.根据权利要求1所述的q带状线，还包括：弹性引脚，其中，所述弹性引脚被用作所述第一引脚，并且其中，所述弹性引脚仅通过在所述第一中心导体上施加压力而不进行焊接来进行电接触和热接触。6.根据权利要求1所述的q带状线，还包括：连接器，其中所述连接器被配置为将微波线与所述第一引脚对接。7.根据权利要求1所述的q带状线，还包括：第一接地面，所述第一接地面在所述第一聚酰亚胺膜的第一侧上，其中所述第一中心导体和所述第二中心导体形成在所述第一聚酰亚胺膜的与第一侧相对的一侧上。8.根据权利要求7所述的q带状线，还包括：第二接地面，所述第二接地面在所述第二聚酰亚胺膜的第一侧上，其中所述第一中心导体和所述第二中心导体形成在所述第二聚酰亚胺膜的与第一侧相对的一侧上。9.根据权利要求1所述的q带状线，其中所述q带状线在稀释制冷机级(级)的低温温度处操作，其中所述q带状线对所述级表现出高于阈值的热化，其中所述q带状线在所述级的所述低温温度处表现出高于阈值的电导率，并且其中所述q带状线提供所述第一中心导体与所述第二中心导体之间的小于-50分贝的微波串扰。10.一种制造用于在量子应用中使用的带状线(q带状线)的方法，包括：形成第一聚酰亚胺膜；形成第二聚酰亚胺膜；在所述第一聚酰亚胺膜和所述第二聚酰亚胺膜之间形成第一中心导体和第二中心导体；以及将第一引脚配置为穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：