三维超导量子比特以及用于制造其的方法技术

一种三维超导量子比特包括：结构基部，其包括一种或多种绝缘材料；和在所述结构基部的表面上的超导图案。所述超导图案形成三维超导量子比特的至少电容部分和电感部分。所述结构基部的所述表面的第一表面限定第一平面，并且所述结构基部的所述表面的第二表面限定第二平面，所述第二平面与所述第一平面不同地取向。所述超导图案中的至少一个超导图案从所述第一表面延伸到所述第二表面。第一表面延伸到所述第二表面。第一表面延伸到所述第二表面。

【技术实现步骤摘要】
三维超导量子比特以及用于制造其的方法


[0001]总体而言，本专利技术涉及量子计算技术。特别地，本专利技术涉及量子比特的硬件以及涉及两个或多个量子比特之间的耦合的形成。

技术介绍

[0002]在量子计算中，已经成为普遍的是使用术语“量子比特”来不仅指代信息的基本单位，而且还指代用于存储一个量子比特的信息的信息存储元件。作为示例，可以考虑具有一个或多个量子比特(即量子比特尺寸的信息存储元件)的超导存储电路。在这样的示例中，量子比特是非谐振荡器，例如传输子(transmon)，并且它可以耦合到附近的读出谐振器，用于促进读出存储在其中的量子比特的状态。
[0003]量子比特的物理实施不仅必须包括量子比特本身，而且还必须包括与其耦合的控制和读出电路。在撰写本说明书时，典型的超导量子比特及其读出和控制电路包括由在基材(例如，硅或蓝宝石)的表面上的超导材料制成的二维图案。制作多量子比特量子计算电路意味着跨越基材表面复制必要的超导结构。最终，随着量子比特数量的增加，某些限制开始适用。可能难以将如此大的量子计算电路装配在低温恒温器中，并且量子比特一起会耗散太大的功率，使得其超过了冷却芯片和维持长量子比特相干寿命需要的低温冷却功率。当统一的量子比特规格应该在跨越芯片的大面积适用时，制造过程也会产生限制。
[0004]对于能够将大量量子比特打包到小的物理空间中的结构解决方案和功能解决方案存在需求。

技术实现思路

[0005]一个目的是提供多种方法，其中在量子计算电路中，能够使量子比特及其支持电路仅占据少量的电路区域。另一个目的是，在量子计算电路中，能够将大量的量子比特填塞到小的空间。
[0006]这些和另外的有利目的是通过使用三维结构实现的，其中量子比特和/或其支持电路的大部分占据的表面与通常由量子计算电路的基材限定的平面的取向明显不同。
[0007]根据第一方面，提供三维超导量子比特。它包括结构基部和超导图案，结构基部包括一种或多种绝缘材料，超导图案在所述结构基部的表面上。所述超导图案形成三维超导量子比特的至少电容部分和电感部分。所述结构基部的所述表面的第一表面限定第一平面，并且所述结构基部的所述表面的第二表面限定第二平面，所述第二平面与所述第一平面不同地取向。所述超导图案中的至少一个超导图案从所述第一表面延伸到所述第二表面。
[0008]根据一个实施例，所述结构基部包括平坦基材，所述平坦基材的基材表面具有与所述第一表面相同的取向。然后所述第二表面可以是延伸到所述平坦基材的主体中的沟槽的一个壁。所述沟槽由跨越沟槽的空隙而面对彼此的壁限定。然后所述至少一个超导图案可以至少部分地位于所述沟槽的壁上。这具有的优点是，可以将超导量子比特的三维性建
立到在基材主体内部的结构中。
[0009]根据一个实施例，所述基材表面的一部分由超导接地平面覆盖。然后所述超导接地平面可以继续延伸到所述沟槽的与所述第二表面不同的一个壁上，使得所述至少一个超导图案在所述第二表面上的部分和所述超导接地平面延延伸到所述沟槽的壁上的部分跨越所述沟槽的空隙而面对彼此。这具有的优点是，可以使用相互面对的图案来产生跨越沟槽的耦合，例如电容耦合。
[0010]根据一个实施例，三维超导量子比特的所述电感部分位于由所述基材表面限定的平面中。这具有的优点是，在制造过程中容易接近制造电感部分的位置。
[0011]根据一个实施例，三维超导量子比特的所述电感部分位于第一平面中，该第一平面平行于由所述基材表面限定的平面，但是位于所述沟槽的底部处。这具有的优点是，用于超导量子比特的其他部分的三维结构在电感部分的许多侧面处是容易获得的。
[0012]根据一个实施例，所述沟槽具有多个壁表面，所述壁表面限定一系列不同取向的平面，使得沟槽向基材表面敞开的孔口在基材表面中构成曲折的或锯齿形(embattled)的图案。这具有的优点是，用于在沟槽的壁上形成图案的有效表面面积大。
[0013]根据一个实施例，所述曲折的或锯齿形的图案包括多个重复的前部段和后部段，使得沟槽被多个交错的突起限制，所述突起中的一组包括所述至少一个超导图案的一部分，而另一组包括所述超导接地平面的延伸的部分。这具有的优点是，具有用于跨越沟槽形成耦合的相对大的空间，而沟槽没有在基材面积上占据大的占地面积。
[0014]根据一个实施例，所述沟槽至少部分地填充有除所述基材以外的电介质填充材料。这具有的优点是，所述电介质填充材料可用于影响涉及的各种超导图案之间的耦合的性质和强度。
[0015]根据一个实施例，所述至少一个超导图案从所述沟槽的所述壁延伸到所述沟槽的底部上，在那里被所述电介质填充材料覆盖，并且导电或超导图案从所述基材表面延伸到所述电介质填充材料的顶部上。这具有的优点是，可以通过电介质材料形成电容耦合。
[0016]根据一个实施例，所述结构基部包括平坦基材，所述平坦基材的基材表面具有与所述第一表面相同的取向。然后所述结构基部可以包括从所述基材表面突出的绝缘材料块。所述第二表面可以是所述绝缘材料块的一个壁，使得所述至少一个超导图案至少部分地位于所述绝缘材料块的壁上。这具有的优点是，可非常容易地接近大量表面，用于形成超导量子比特的三维部分。
[0017]根据一个实施例，三维超导量子比特的所述电感部分位于由所述绝缘材料块的表面限定的平面中。这具有的优点是，在电感部分的制造期间，可相对容易地接近电感部分的位置。
[0018]根据一个实施例，所述绝缘材料块具有顶表面，该顶表面平行于基材表面但是从其移位，并且三维超导量子比特的所述电感部分位于所述顶表面上。这具有的优点是，在制造电感部分期间，可最容易地接近电感部分的位置。
[0019]根据一个实施例，三维超导量子比特的所述电容部分包括在所述绝缘材料块的至少两个相对的平行表面上的至少两个不同的超导图案。这具有的优点是，大部分绝缘材料可以在超导量子比特的内部耦合中起作用。
[0020]根据第二方面，提供一种量子计算电路，其包括至少一种上述类型的三维超导量
子比特。
[0021]根据一个实施例，所述结构基部包括平坦基材，所述平坦基材的基材表面具有与所述第一表面相同的取向。然后量子计算电路可以在所述基材表面上包括一个或多个超导轨迹。所述超导轨迹中的至少一个可具有与所述至少一个三维超导量子比特相邻的一个端部，用于形成到所述至少一个三维量子比特或来自所述至少一个三维量子比特的非电耦合。这具有的优点是，可以以易于制造的方式形成到超导量子比特的耦合，这在制备中具有很高的精度和可重复性。
[0022]根据一个实施例，所述第二表面是延伸到所述平坦基材的主体中的沟槽的一个壁，使得所述至少一个超导图案至少部分地位于所述沟槽的壁上。然后所述至少一个超导轨迹的所述端部可以延伸到所述沟槽的另一个壁上。这具有的优点是，相对大的表面面积可用于电路的该部分，而又不会在基材表面上保留大的占地面积。
[0023]根据第三方面，提供一种用于制造三维超导量子比特的方法。该方法包括提供一种或多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维超导量子比特，其特征在于，其包括：
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结构基部，其包括一种或多种绝缘材料；和
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超导图案，其在所述结构基部的表面上，所述超导图案形成三维超导量子比特的至少电容部分和电感部分；其中所述结构基部的所述表面的第一表面限定第一平面，并且所述结构基部的所述表面的第二表面限定第二平面，所述第二平面与所述第一平面不同地取向；其中所述超导图案中的至少一个超导图案从所述第一表面延伸到所述第二表面。2.根据权利要求1所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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所述结构基部包括平坦基材，所述平坦基材的基材表面具有与所述第一表面相同的取向；
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所述第二表面是延伸到所述平坦基材的主体中的沟槽的一个壁；并且
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所述沟槽由跨越沟槽的空隙而面对彼此的壁限定；使得所述至少一个超导图案至少部分地位于所述沟槽的壁上。3.根据权利要求2所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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所述基材表面的一部分由超导接地平面覆盖；并且
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所述超导接地平面延伸到所述沟槽的与所述第二表面不同的一个壁上；使得所述至少一个超导图案在所述第二表面上的部分和所述超导接地平面延伸到所述沟槽的壁上的部分跨越所述沟槽的空隙而面对彼此。4.据权利要求3所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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三维超导量子比特的所述电感部分位于由所述基材表面限定的平面中。5.根据权利要求3所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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三维超导量子比特的所述电感部分位于第一平面中，该第一平面平行于由所述基材表面限定的平面，但是位于所述沟槽的底部处。6.根据权利要求2至5中任一项所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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所述沟槽具有多个壁表面，所述壁表面限定一系列不同取向的平面，使得沟槽向基材表面敞开的孔口在基材表面中构成曲折的或锯齿形的图案。7.根据权利要求6所述的三维超导量子比特，其特征在于：所述曲折的或锯齿形的图案包括多个重复的前部段和后部段，使得沟槽被多个交错的突起限制，所述突起中的一组包括所述至少一个超导图案的一部分，而另一组包括所述超导接地平面的延伸的部分。8.根据权利要求2所述的三维超导量子比特，其特征在于：所述沟槽至少部分地填充有除所述基材以外的电介质填充材料。9.根据权利要求8所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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所述至少一个超导图案从所述沟槽的所述壁延伸到所述沟槽的底部上，在那里被所述电介质填充材料覆盖；并且
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导电或超导图案从所述基材表面延伸到所述电介质填充材料的顶部上。10.根据权利要求1所述的三维超导量子比特，其特征在于：
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所述结构基部包括平坦基材，所述平坦基材的基材表面具有与所述第一表面相同的取向；
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所述结构基部包括从所述基材...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：