一种量子芯片及量子计算机制造技术

本申请公开了一种量子芯片及量子计算机，属于量子计算技术领域。所述量子芯片包括：封闭腔体；位于所述封闭腔体内的第一衬底和第二衬底，所述第一衬底上形成有第一量子比特，所述第二衬底上形成有第二量子比特；以及，位于所述封闭腔体内且与所述第一量子比特和所述第二量子比特对置的耦合电容，所述耦合电容用于实现所述第二量子比特和所述第一量子比特间的耦合。利用本申请提供的方案可以实现将多个形成有量子比特的衬底进行集成，进而有助于实现大规模量子比特的扩展。实现大规模量子比特的扩展。实现大规模量子比特的扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种量子芯片及量子计算机


[0001]本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算
，特别地，本申请涉及一种量子芯片及量子计算机。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。与一般计算机比较起来，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。
[0003]量子芯片是量子计算机的核心元件。量子芯片的实现有多种物理体系，如超导体系、半导体量子点、离子阱、金刚石空位、拓扑量子、光子等。超导体系基于微纳加工技术将量子比特制备到衬底上获得超导量子芯片，具有可集成、可扩展等优越性能。近年来超导量子计算得到了飞速发展，但有利于量子芯片进行集成扩展的结构形式亟待进一步优化。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种量子芯片及量子计算机，以解决现有技术中量子芯片上量子比特的数量扩展方面存在的限制。
[0005]本申请的一个方面提供了一种量子芯片，包括：封闭腔体；位于所述封闭腔体内的第一衬底和第二衬底，所述第一衬底上形成有第一量子比特，所述第二衬底上形成有第二量子比特；以及，位于所述封闭腔体内且与所述第一量子比特和所述第二量子比特对置的耦合电容，所述耦合电容用于实现所述第二量子比特和所述第一量子比特间的耦合。
[0006]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述封闭腔体包括互连的基板和屏蔽壳，所述屏蔽壳的内壁形成有绝缘介质层，所述耦合电容形成于所述绝缘介质层上，所述第一衬底和所述第二衬底与所述基板连接。
[0007]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述屏蔽壳包括金属层，所述绝缘介质层包括形成于所述金属层表面的金属氧化物层。
[0008]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述第一量子比特具有第一电容极板，所述第二量子比特具有第二电容极板，且所述第一电容极板和所述第二电容极板共面。
[0009]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述耦合电容包括电容板，且所述电容板覆盖所述第一电容极板和所述第二电容极板。
[0010]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述第一衬底形成有第一读取腔，所述第二衬底形成有第二读取腔，所述基板上形成有第一读取信号线和第二读取信号线，所述第一量子比特、所述第一读取腔、所述第一读取信号线依次耦合连接，所述第二量子比特、所述第二读取腔、所述第二读取信号线依次耦合连接。
[0011]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述第一读取腔从所述第一衬底的一个表面延伸至所述第一衬底的另一个表面；和/或，所述第二读取腔从所述第二衬底的一个
表面延伸至所述第二衬底的另一个表面。
[0012]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述基板上还形成有控制信号线，每个所述控制信号线与所述第一量子比特或所述第二量子比特形成耦合连接。
[0013]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述控制信号线通过第一元件与所述第一量子比特或所述第二量子比特耦合连接。
[0014]如上所述的量子芯片，在一些实施方式中，所述互连元件包括第一部分和接合所述第一部分和所述控制信号线的第二部分，所述第一部分贯穿所述第一衬底或所述第二衬底。
[0015]本申请的另一个方面提供了一种量子计算机，包括如上所述的量子芯片。
[0016]与现有技术相比，本申请封闭腔体内设有耦合电容、形成有第一量子比特的第一衬底和形成有第二量子比特的第二衬底，并利用耦合电容将与耦合电容均对置的第一量子比特和第二量子比特形成相互耦合，从而实现将多个形成有量子比特的衬底进行集成，进而有助于实现大规模量子比特的扩展。
附图说明
[0017]图1为相关技术中量子芯片上排布的量子比特的结构示意图；
[0018]图2为本申请的一个实施例提供的一种量子芯片的结构示意图。
[0019]附图标记说明：
[0020]1－第一衬底，11－第一量子比特，12－第一其他比特，13－第一读取腔；
[0021]2－第二衬底，21－第二量子比特，22－第二其他比特，23－第二读取腔；
[0022]3－基板，31－第一读取信号线，32－第二读取信号线，33－第一控制信号线，
[0023]34－第二控制信号线；
[0024]4－屏蔽壳，41－绝缘介质层，42－耦合电容；
[0025]5－互连元件，51－第一元件，52－第二元件。
具体实施方式
[0026]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
[0027]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
[0028]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品
或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]另外，应该理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。
[0030]根据构建量子比特所采用的不同物理体系，量子比特在物理实现方式上包括超导量子电路、半导体量子点、离子阱、金刚石空位、拓扑量子、光子等。超导量子计算是目前进展最快最好的一种固体量子计算实现方法。由于超导量子电路的能级结构可通过外加电磁信号进行调控，电路的设计定制的可控性强。同时，得益于基于现有的成熟集成电路工艺，超导量子电路具有多数量子物理体系难以比拟的可扩展性。
[0031]图1为相关技术中量子芯片上排布的量子比特的结构示意图。
[0032]超导量子芯片的关键元器件是约瑟夫森结，Transmons作为一种常用的超导量子芯片的量子比特构造，基本思路是由约瑟夫森结与额外构建电容极板并联形成能级系统，结合图1所示，量子比特的结构常采用单个对地的电容，及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子芯片，其特征在于，包括：封闭腔体；位于所述封闭腔体内的第一衬底和第二衬底，所述第一衬底上形成有第一量子比特，所述第二衬底上形成有第二量子比特，所述第一量子比特和所述第二量子比特均为由约瑟夫森结与电容极板并联形成的能级系统；以及，位于所述封闭腔体内且与所述第一量子比特和所述第二量子比特对置的耦合电容，所述耦合电容用于实现所述第二量子比特和所述第一量子比特间的耦合。2.根据权利要求1所述的量子芯片，其特征在于，所述封闭腔体包括互连的基板和屏蔽壳，所述屏蔽壳的内壁形成有绝缘介质层，所述耦合电容形成于所述绝缘介质层上，所述第一衬底和所述第二衬底与所述基板连接。3.根据权利要求2所述的量子芯片，其特征在于，所述屏蔽壳包括金属层，所述绝缘介质层包括形成于所述金属层表面的金属氧化物层。4.根据权利要求1所述的量子芯片，其特征在于，所述第一量子比特具有第一电容极板，所述第二量子比特具有第二电容极板，且所述第一电容极板和所述第二电容极板共面。5.根据权利要求4所述的量子芯片，其特征在于，所述耦合电容包括电容板，且所述电容板覆盖所述第一电容极板和所述第二电容极板。6.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇杰，曹振，付耀斌，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：