一种版图结构和量子芯片制造技术

本申请公开了一种版图结构和量子芯片，属于量子芯片制造领域。版图定义有对置并且间隔开的第一电路层和第二电路层。版图结构中的读取总线、微波控制线和通量偏置线共面配置于第一电路层；量子比特配置于第二电路层，同时读取谐振器任选地配置到第一电路层或第二电路层。在该版图结构中，将各个线路和元件配置到选择的一个电路层中，使其不需要通过中间信号元件在两个电路层上下穿插走线，从而避免了配置该中间信号元件所带来的一系列的如制作难度大、工艺不稳定等问题。工艺不稳定等问题。工艺不稳定等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种版图结构和量子芯片


[0001]本申请属于量子芯片制备领域，具体涉及一种版图结构和量子芯片。

技术介绍

[0002]倒装焊技术是减小超导量子芯片体积、提高量子比特集成度的重要方法。通常地，应用倒装焊技术的超导量子芯片的互连结构是采用铟材料制作而成的铟柱，并且被用以在超导量子芯片中执行各种线路和器件的信号传递任务。铟柱的配置允许线路的各种方式的走线，从而可以更从容地配置各种器件。
[0003]然而，在应用铟柱的倒装焊超导量子芯片中，往往存在着铟柱制作难度大、质量不高，且进而导致信号传输不稳定等问题。因此，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请公开了一种版图结构，其能够被用于方便地制作量子芯片。并且该方案能够克服利用铟柱的倒装焊超导量子芯片中所存在的铟柱制作不便、信号传输不稳定等问题。
[0005]本申请示例的方案，通过如下内容实施。
[0006]在第一方面，本申请的示例提出了一种可以被用于制作量子芯片的版图结构。该版图定义有对置的并且间隔开的第一电路层和第二电路层。
[0007]并且，版图结构包括量子比特、微波控制线、通量偏置线、读取总线以及读取谐振器。其中读取总线、微波控制线和通量偏置线共面配置于第一电路层；量子比特配置于第二电路层，且读取谐振器任选地配置到第一电路层或第二电路层。作为个线路和元件的关联方式，读取谐振器分别与读取总线和量子比特耦合，微波控制线和通量偏置线分别与量子比特耦合。
[0008]在本申请示例的上述版图结构中，读取线路(读取总线、读取谐振器)、微波线路和通量偏置线配置于第一电路层。因此，读取线路(读取总线、读取谐振器)、微波线路和通量偏置线控制线各自都是在一个平面内被制作的。由于不需要在将这些结构同时配置到第一电路层和第二电路层，因此它们不需要通过诸如铟柱在第一电路层和第二电路层之间进行穿插走线。
[0009]换言之，在基于本申请示例的版图制作的诸如超导量子芯片中，不需要利用铟柱或其类似物作为传输信号的传输通道，而可以被仅以支撑结构使用，从而可以避免作为信号传输使用的铟柱的高制作质量的要求，且同时也可以避免当其被选择为信号传输的通道时存在制作缺陷所导致的信号传输的不稳定的问题。
[0010]根据本申请的一些示例，读取总线和读取谐振器分别采用共面波导传输线构成。
[0011]根据本申请的一些示例，读取总线和读取谐振器分别采用共面波导传输线构成。读取谐振器通过一个末段与读取总线耦合，且一个末段和读取总线沿着共同的预设方向延伸。
[0012]根据本申请的一些示例，一个末段的端部是开路的，读取谐振器为半波长谐振器；或者，其中一个末段的端部是短路的，读取谐振器为四分之一波长谐振器。
[0013]根据本申请的一些示例，读取谐振器沿着预设方向的延伸给定长度。
[0014]根据本申请的一些示例，读取谐振器的两端分别与读取总线和量子比特电容耦合；和/或，微波控制线与量子比特电容耦合；和/或，通量偏置线为共面波导；和/或，量子比特包括隧道结形式的约瑟夫森结。
[0015]根据本申请的一些示例，通量偏置线为共面波导，且通量偏置线具有环状的末端，且沿着第一电路层和第二电路层对置的方向，构成量子比特的约瑟夫森结与环状的末端所限定的区域相对。
[0016]在第二方面，本申请的示例提出了一种量子芯片，其基于前述的版图结构制作而成。
[0017]根据本申请的一些示例，量子芯片包括：
[0018]第一基底，提供第一电路层；
[0019]第二基底，提供第二电路层；以及
[0020]支撑元件，位于第一基底和第二基底之间，且两端分别结合于第一电路层和第二电路层。
[0021]根据本申请的一些示例，支撑元件为非超导材料；或者，支撑元件为作为非信号线、并且具有支撑和连接第一基底和第二基底作用的铟柱；或者，支撑元件包括焊料柱以及分别位于焊料柱的两端的阻挡层，支撑元件通过阻挡层与第一电路层和第二电路层结合。
[0022]根据本申请的一些示例，量子比特具有与约瑟夫森结匹配连接的第一电容板，第一电容板为十字电容；和/或，量子芯片具有多个量子比特，多个量子比特呈一维链式分布。
[0023]根据本申请的一些示例，量子芯片具有多个量子比特，多个量子比特呈二维阵列分布。
[0024]根据本申请的一些示例，量子比特包括匹配连接的约瑟夫森结和第二电容板，第二电容板包括分别与约瑟夫森结连接的第一电容臂和第二电容臂。
[0025]根据本申请的一些示例，相邻的两个量子比特通过各自的第一电容臂或第二电容臂耦合。
[0026]根据本申请的一些示例，量子芯片还包括可调耦合器，相邻的两个量子比特的各自第一电容臂或第二电容臂通过可调耦合器进行耦合。
[0027]根据本申请的一些示例，可调耦合器包括第三电容板、超导干涉仪以及磁通调整线；超导干涉仪与第三电容板连接，超导干涉仪与磁通调整线耦合。
[0028]有益效果：
[0029]与现有技术相比，本申请示例中的版图结构至少提供了一种改进的量子比特结构设计方案。在版图结构中，使量子比特分布于一个面，并且读取总线、微波控制线和通量偏置线分布于另一个面，同时可选地配置读取谐振器与量子比特共面或异面。该结构设计允许采用倒装焊的方案制作量子芯片，进而可以利用倒装互连技术的优势而减轻各种线路的布局难度，遍布于集成更多的量子比特。
[0030]另外，版图结构中的测控线路—读取总线、微波控制线、通量偏置线以及读取谐振器—分别在各自所配置的单独表面内制作，而非在第一电路层和第二电路层之间来回地上
下穿插走线。因此，这些测控线路不需要额外地配置在第一电路层和第二电路层之间传递信号的线路(如铟柱)，从而可以避免设置传递信号的线路的高工艺要求，同时也可改善因为传递信号的线路的质量问题等导致的信号传输不稳定的情况。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0032]图1为专利技术人实施的一种超导量子芯片的倒装互连版图设计方案的结构示意图；
[0033]图2为本申请实施例提供的第一种版图结构的结构示意图；
[0034]图3为本申请实施例提供的第二种版图结构的结构示意图；
[0035]图4示出了本申请实施例的版图结构中的通过空间耦合且异面分布的读取总线和读取谐振器的在第一视角下的结构示意图；
[0036]图5示出了本申请实施例的版图结构中的通过空间耦合且异面分布的读取总线和读取谐振器的在第二视角下的结构示意图；
[0037]图6为本申请示例的量子芯片中的第二电容板的结构示意图。
[0038]图标：101
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XY控制线；102
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Z控制线；103
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读取线；201
‑
铟柱互连结构；301<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种版图结构，用于制作量子芯片，其特征在于，所述版图结构定义有对置并且间隔开的第一电路层和第二电路层；所述版图结构包括量子比特、微波控制线、通量偏置线、读取总线以及读取谐振器；其中，所述读取总线、所述微波控制线和所述通量偏置线共面配置于所述第一电路层，所述量子比特配置于第二电路层，所述读取谐振器任选地配置到第一电路层或第二电路层；其中，所述读取谐振器分别与所述读取总线和所述量子比特耦合，所述微波控制线和所述通量偏置线分别与所述量子比特耦合。2.根据权利要求1所述的版图结构，其特征在于，所述读取总线和所述读取谐振器分别采用所述共面波导传输线构成，所述读取谐振器具有一个末段，所述谐振器通过所述一个末段与所述读取总线耦合，且所述一个末段和所述读取总线沿着共同的预设方向延伸。3.根据权利要求2所述的版图结构，其特征在于，所述一个末段的端部是开路的，且所述读取谐振器为半波长谐振器；或者，所述一个末段的端部是短路的，且所述读取谐振器为四分之一波长谐振器。4.根据权利要求2或3所述的版图结构，其特征在于，所述读取谐振器沿着所述预设方向延伸给定长度。5.根据权利要求1所述的版图结构，其特征在于，所述读取谐振器的两端分别与所述读取总线和所述量子比特电容耦合；和/或，所述微波控制线与所述量子比特电容耦合；和/或，所述量子比特包括隧道结形式的约瑟夫森结；和/或，所述通量偏置线为共面波导；和/或，所述读取总线和所述读取谐振器分别采用共面波导传输线构成。6.根据权利要求1所述的版图结构，其特征在于，所述通量偏置线为共面波导，所述通量偏置线具有环状的末端；沿着所述第一电路层和第二电路层对置的方向，构成所述量子比特的约瑟夫森结与所述环状的末端限定的区域相对。7.一种量子芯片，其特征在于，基于权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，李松，李业，王小川，
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：