用于量子位-光学-CMOS集成的波导结构制造技术

提供了使用结构化衬底将SiGe/Si光学谐振器与量子位和CMOS器件集成的技术。在一个方面，波导结构包括：晶片；以及布置在晶片上的波导，波导具有由Si包围的SiGe核，其中，晶片具有比Si低的折射率(例如，蓝宝石、金刚石、SiC和/或GaN)。还提供了一种用于量子计算的计算设备和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量子位-光学-CMOS集成的波导结构
本专利技术涉及光学谐振器，并且更具体地涉及使用结构化衬底的硅锗(SiGe)/硅(Si)光学谐振器与量子位(即，“量子位”)和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的集成。
技术介绍
连接微波电信号和光学光子以进行量子信息处理的能力要求在微波域和光域之间的有效转换。例如参见Rueda等人的“高效微波-光学光子转换：一种电光实现方法(Efficientmicrowavetoopticalphotoneconversion:anelectro-opticalrealization)”光学学报(Optica)，第3卷(vol.3)，第6期(no.6)，页码(pp.)597-604(2016年6月)。微波到光学换能器可以用于这种转换。参见，例如，美国授权Bishop等人的专利号9,857,609，名称为‘应变诱导电光材料集成微波-光学单光子传感器(IntegratedMicrowave-to-OpticalSingle-PhotonTransducerwithStrain-InducedElectro-OpticMaterial)’(下文称为美国专利号9,857,609)，其描述了一种具有用于将单光子微波信号转换成光信号的换能器的量子计算设备。美国专利号9,857,609提供了一种集成光学设计，所述集成光学设计结合了多个量子位、一个换能器以及一个光共振器，这些量子位联合运行以便将来自这些量子位的微波信号转换成光信号。光信号与波导耦合并被传输到它们的目的地。然而，通过在硅(Si)衬底架构上采用硅锗(SiGe)，光泄漏可能是个问题。相应地，将期望得到在公共衬底晶片上集成量子计算和光学器件的改进设计。因此，本领域需要解决上述问题。
技术实现思路
从第一方面来看，本专利技术提供了一种波导结构，包括：晶片；以及布置在所述晶片上的波导，所述波导包括由硅(Si)包围的硅锗(SiGe)核，其中，所述晶片具有比所述Si低的折射率。从另一方面来看，本专利技术提供了一种计算设备，包括：波导结构，所述波导结构包括晶片，以及布置在所述晶片上的波导，所述波导包括具有由Si包围的SiGe核的基于谐振器的微波到光学换能器，其中，所述晶片具有比所述Si低的折射率；布置在所述晶片上的至少一个量子位；对于至少一个量子位的每个：在所述波导与所述量子位之间的超导总线路径；以及布置在所述晶片上的FET，其连接所述波导和所述量子位之间的所述超导总线路径。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于量子计算的方法，包括以下步骤：提供本专利技术的任何一个的计算设备；在所述波导与这些量子位中的一个给定的量子位之间选择所述超导总线路径中的一个；沿着所述超导总线路径中已经被选择的超导总线路径路由来自所述量子位中的给定的一个量子位的微波信号；以及经由所述基于谐振器的微波到光学换能器将所述微波信号转换成光信号。本专利技术提供了用于使用结构化衬底将SiGe/Si光学谐振器与量子位和CMOS器件集成的技术。在本专利技术的一个方面中，提供了一种波导结构。所述波导结构包括：晶片；以及波导，所述波导布置在所述晶片上，所述波导具有由Si包围的SiGe核，其中，所述晶片具有比所述Si低的折射率。例如，晶片可以包括诸如蓝宝石、金刚石、碳化硅(SiC)和/或氮化镓(GaN)的材料。在本专利技术的另一个方面中，提供了一种计算设备。所述计算设备包括：具有晶片的波导结构，以及布置在晶片上的波导，所述波导是基于谐振器的微波到光学换能器，其具有由Si包围的SiGe核，其中晶片具有比Si低的折射率；布置在所述晶片上的多个量子位；在所述波导与这些量子位之间的超导总线路径；以及布置在所述晶片上的多个FET，这些FET连接所述波导与这些量子位之间的这些超导总线路径。在本专利技术的又另一个方面中，提供了一种用于量子计算的方法。所述方法包括：提供计算设备，所述计算设备包括：(i)具有晶片的波导结构，以及，布置在所述晶片上的波导，所述波导是基于谐振器的微波到光学换能器，其具有由Si包围的SiGe核，其中所述晶片具有比所述Si低的折射率，(ii)布置在所述晶片上的多个量子位，(iii)在所述波导与这些量子位之间的超导总线路径，以及(iv)多个FET，这些FET被布置在所述晶片上，连接所述波导与这些量子位之间的这些超导总线路径；在所述波导与这些量子位中的一个给定的量子位之间选择这些超导总线通路中的一个；沿着这些超导总线路径中已经被选择的一个超导总线路径路由来自这些量子位中的给定的一个量子位的一个微波信号；以及经由所述基于谐振器的微波到光学换能器将所述微波信号转换成光信号。通过参考以下详细描述和附图将获得对本专利技术的更完整理解以及本专利技术的进一步特征和优点。附图说明现在将参考如在以下附图中展示的优选实施例仅通过举例来描述本专利技术：图1是示出根据本专利技术的实施例的示例性波导结构的截面图；图2是示出了用于形成根据本专利技术的实施例的本波导结构的示例性方法的示图；图3是示出根据本专利技术的实施例的形成基于闭环光学环谐振器的微波到光学换能器的本波导结构的俯视图；图4是示出了根据本专利技术的实施例的集成在共用的较低折射率晶片上的量子位、光子和布线场效应晶体管(FET)的截面图；图5是示出了根据本专利技术的实施例的包含集成在共用的较低折射率晶片上的多个量子位、光子器件以及FET部件的示例性量子计算设备的俯视图；以及图6是示出了根据本专利技术的实施例的量子计算的示例性方法的图。具体实施方式在此提供了用于使用结构化衬底(例如，由多种材料形成的衬底)将硅锗/硅(SiGe/Si)光学谐振器/换能器与量子位(量子位)和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件进行集成的技术。所述结构化衬底具有X上硅(SOX)配置，其中X是具有如下材料的晶片，所述材料具有i)折射率比Si低，并且ii)在10mK处对于量子位操作，在微波频率处的射频(RF)损耗角正切＜1x10-5。仅举例来说，可以满足这些资格的合适材料X包括但不限于蓝宝石、金刚石、碳化硅(SiC)和/或氮化镓(GaN)。提供了独特的SiGe/Si光学谐振器，由此该结构化的SOX衬底提供了到SiGe/Si波导定义的次级的、更高的折射率对比度界面。本结构化的基于衬底的光学谐振器设计具有以下显著的益处。首先，由于较低折射率的X晶片(例如，蓝宝石、金刚石、SiC和/或GaN)提供的折射率对比度，SiGe层的厚度和锗(Ge)摩尔分数可被减小，同时实现相同的辐射限制的品质因数。由较低折射率X晶片提供的折射率对比度减小了渐逝光模式的空间范围，并且因此使得底部电极能够更靠近波导放置，其通过增加用于量子应用的单光子场强来增强性能。如以下将详细描述的，根据示例性实施例，本SiGe/Si光学谐振器与量子位和CMOS器件(例如，晶体管)集成在同一SOX结构的衬底上。这些设备可以连接在一起以具有新的功能。进一步地，在此提出了多种技术，这些技术用于通过晶体管使用可重构的电气路由在量子位和微波光学换能器的网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导结构，包括：/n晶片；以及/n波导，布置在所述晶片上，所述波导包括由硅(Si)包围的硅锗(SiGe)核，其中，所述晶片具有比所述Si低的折射率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190129 US 16/261,1581.一种波导结构，包括：
晶片；以及
波导，布置在所述晶片上，所述波导包括由硅(Si)包围的硅锗(SiGe)核，其中，所述晶片具有比所述Si低的折射率。


2.如权利要求1所述的波导结构，其中，所述晶片包括选自由以下各项组成的组中的材料：蓝宝石、金刚石、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、以及它们的组合。


3.如前述权利要求中任一项所述的波导结构，其中，所述波导具有环形形状。


4.如权利要求3所述的波导结构，其中，所述波导包括基于谐振器的微波到光学换能器。


5.如权利要求4所述的波导结构，进一步包括：
顶部电极，布置在所述波导上。


6.如权利要求5所述的波导结构，其中，所述顶部电极具有新月形形状。


7.如权利要求4至6中任一项所述的波导结构，进一步包括：
底部电极，所述底部电极布置在所述晶片的与所述波导相对的侧上。


8.如权利要求4至7中任一项所述的波导结构，进一步包括：
偏置电极，所述偏置电极布置在所述晶片上，在所述波导的相对侧上。


9.如权利要求4至8中任一项所述的波导结构，进一步包括：
至少一个量子位(量子位)，布置在所述晶片上。


10.如权利要求9所述的波导结构，其中所述至少一个量子位包括：
超导底部电极，所述超导底部电极在Si层上；以及
超导顶部电极，所述超导顶部电极通过绝缘体与所述超导底部电极分开。


11.如权利要求10所述的波导结构，其中，所述Si层在所述超导底部电极下方被底切，使得所述至少一个量子位悬置在所述晶片上方。


12.如权利要求8至11中任一项所述的波导结构，进一步包括：
至少一个超导总线路径，在所述波导与所述至少一个量子位之间。


13.如权利要求12所述的波导结构，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奥尔卡特，D·萨达纳，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US