远距离的超导量子比特耦合结构和超导量子芯片制造技术

本公开提供了一种远距离的超导量子比特耦合结构和超导量子芯片，涉及量子计算技术领域，具体涉及超导量子芯片技术领域。包括：两个超导量子比特单元和第三金属极板，其中，超导量子比特单元包括第一金属极板和四个第二金属极板，四个第二金属极板形成与量子比特耦合的耦合端口的结构尺寸相同，两个超导量子比特单元中相对设置的开口内的耦合端口相互连接；第三金属极板包括第一金属条和第二金属条，第一金属条和第二金属条呈“T”型设置，第一金属条垂直于连接两个耦合端口的金属条，且第二金属条与连接两个耦合端口的金属条平行设置；两个第一金属极板的几何中心间隔在以3202um为中心正负偏离第一预设值的取值范围内。中心正负偏离第一预设值的取值范围内。中心正负偏离第一预设值的取值范围内。

【技术实现步骤摘要】
远距离的超导量子比特耦合结构和超导量子芯片


[0001]本公开涉及量子计算
，尤其涉及超导量子芯片
，具体涉及一种远距离的超导量子比特耦合结构和超导量子芯片。

技术介绍

[0002]超导量子比特是超导量子芯片中的核心元件，要实现双比特量子门，通常需要将两个量子比特耦合起来，可以在两个量子比特之间置入一个可调频耦合器，通过调节耦合器频率，可以实现两个量子比特之间等效耦合强度的打开和关闭，这种耦合架构可以为“量子比特
‑
耦合器
‑
量子比特(qubit
‑
coupler
‑
qubit，QCQ)”，简称QCQ结构。
[0003]目前，QCQ结构版图需要设计者精心调试两个量子比特之间的间距，并且通过刻蚀完整的耦合器以实现QCQ模块进行量子比特的扩展。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种远距离的超导量子比特耦合结构和超导量子芯片。
[0005]根据本公开的第一方面，提供了一种远距离的超导量子比特耦合结构，包括：
[0006]两个超导量子比特单元，所述两个超导量子比特单元对称设置，所述超导量子比特单元包括第一金属极板和四个第二金属极板，所述第一金属极板呈“X”型设置，且所述第一金属极板形成朝向四个方向的开口；所述四个第二金属极板分别位于四个不同方向的开口内，且每一所述第二金属极板形成与所述第一金属极板表示的量子比特耦合的耦合端口，所述四个第二金属极板形成与量子比特耦合的耦合端口的结构尺寸相同，所述两个超导量子比特单元中相对设置的开口内的耦合端口相互连接；
[0007]第三金属极板，所述第三金属极板包括第一金属条和第二金属条，所述第一金属条和所述第二金属条呈“T”型设置，所述第三金属极板与相互连接的两个耦合端口构成的金属极板形成耦合器的电容器版图结构，所述第一金属条垂直于连接两个耦合端口的金属条，且所述第二金属条与连接两个耦合端口的金属条平行设置；
[0008]其中，所述两个超导量子比特单元中所述第一金属极板的几何中心间隔在第一取值范围内，所述第一取值范围为：以3202um为中心正负偏离第一预设值的取值范围。
[0009]根据本公开的第二方面，提供了一种超导量子芯片，包括如第一方面所述的远距离的超导量子比特耦合结构。
[0010]根据本公开的技术解决了相关技术中QCQ模块进行量子比特的扩展效率比较低的问题，使得QCQ模块能够作为一个独立模块比较高效地实现量子比特的扩展，并且可以实现长达3mm以上的超远距离耦合。
[0011]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0012]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0013]图1是超导量子芯片的立体构型；
[0014]图2是超导量子芯片的整体构型；
[0015]图3是根据本公开第一实施例的远距离的超导量子比特耦合结构的结构示意图；
[0016]图4是本实施例中一示例的超导量子芯片的结构示意图；
[0017]图5是本实施例中一示例的耦合器金属极板的结构示意图；
[0018]图6是本实施例中一示例的耦合器的金属极板之间耦合部分的结构示意图；
[0019]图7是本实施例中一示例的量子比特金属极板的结构示意图；
[0020]图8是本实施例中一示例的耦合端口金属极板的结构示意图；
[0021]图9是本实施例中一示例的固定QCQ结构版图的性能仿真曲线图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0023]第一实施例
[0024]首先描述超导量子芯片的立体构型，如图1所示，超导量子芯片包括基板101和超导金属板102，相应主要分为两层，基底层和超导金属层，基底层(对应基板)一般为硅或蓝宝石材料。超导金属层(对应超导金属板)相比基底层，其厚度非常薄，可以看作二维平面。通过对超导金属层进行刻蚀，可以形成各种不同的元件结构。因此，通常关心采用特定基底材料的芯片版图，即芯片结构的俯视图。
[0025]由于工艺的进步，业界发展出倒装焊(Flip
‑
chip)、硅穿孔等不同的芯片构型，超导量子芯片可以采取倒装焊构型，其整体构型如图2所示，此构型含有上下两块子芯片，其构型均为图1所示构型，基底层为400微米(um)，金属层为0.1um。其中，一块子芯片整体翻转，两块子芯片之间的间距为10um，用铟柱(铟金属材料柱状结构)相连接，起到连通上下金属层电势的作用，下层金属层用来刻蚀形成量子比特等核心器件，上层金属层一般用来刻蚀形成控制线、读取线等信号传输线。
[0026]芯片结构的下层金属层上可以包括远距离的超导量子比特耦合结构，如图3所示，本公开提供一种远距离的超导量子比特耦合结构，包括：
[0027]两个超导量子比特单元，所述两个超导量子比特单元对称设置，所述超导量子比特单元包括第一金属极板3011和四个第二金属极板3012，所述第一金属极板呈“X”型设置，且所述第一金属极板形成朝向四个方向的开口；所述四个第二金属极板分别位于四个不同方向的开口内，且每一所述第二金属极板形成与所述第一金属极板表示的量子比特耦合的耦合端口，所述四个第二金属极板形成与量子比特耦合的耦合端口的结构尺寸相同，所述两个超导量子比特单元中相对设置的开口内的耦合端口相互连接；
[0028]第三金属极板302，所述第三金属极板包括第一金属条3021和第二金属条3022，所述第一金属条和所述第二金属条呈“T”型设置，所述第三金属极板与相互连接的两个耦合
端口构成的金属极板303形成耦合器的电容器版图结构，所述第一金属条垂直于连接两个耦合端口的金属条，且所述第二金属条与连接两个耦合端口的金属条平行设置；
[0029]其中，所述两个超导量子比特单元中所述第一金属极板的几何中心间隔在第一取值范围内，所述第一取值范围为：以3202um为中心正负偏离第一预设值的取值范围。
[0030]本实施例中，远距离的超导量子比特耦合结构涉及量子计算
，尤其涉及超导量子芯片
，其可以广泛应用于超导量子芯片的设计场景下。
[0031]近年来随着超导量子芯片性能和规模的发展，产生一种迫切的需求，即期望能够实现量子比特间的远距离耦合。远距离耦合架构具有四种显著优势：1)为其他重要器件的分布以及布线提供了广阔的空间，使得芯片中量子比特的规模能够得到大幅提升；2)显著减少量子比特间的串扰，提升量子芯片的性能；3)显著抑制相邻量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远距离的超导量子比特耦合结构，包括：两个超导量子比特单元，所述两个超导量子比特单元对称设置，所述超导量子比特单元包括第一金属极板和四个第二金属极板，所述第一金属极板呈“X”型设置，且所述第一金属极板形成朝向四个方向的开口；所述四个第二金属极板分别位于四个不同方向的开口内，且每一所述第二金属极板形成与所述第一金属极板表示的量子比特耦合的耦合端口，所述四个第二金属极板形成与量子比特耦合的耦合端口的结构尺寸相同，所述两个超导量子比特单元中相对设置的开口内的耦合端口相互连接；第三金属极板，所述第三金属极板包括第一金属条和第二金属条，所述第一金属条和所述第二金属条呈“T”型设置，所述第三金属极板与相互连接的两个耦合端口构成的金属极板形成耦合器的电容器版图结构，所述第一金属条垂直于连接两个耦合端口的金属条，且所述第二金属条与连接两个耦合端口的金属条平行设置；其中，所述两个超导量子比特单元中所述第一金属极板的几何中心间隔在第一取值范围内，所述第一取值范围为：以3202um为中心正负偏离第一预设值的取值范围。2.根据权利要求1所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，所述第一金属条的宽度在第二取值范围内，所述第二取值范围为：以15um为中心正负偏离第二预设值的取值范围，所述第一金属条的长度在第三取值范围内，所述第三取值范围为：以77.5um为中心正负偏离第三预设值的取值范围。3.根据权利要求1所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，所述第二金属条的宽度在第四取值范围内，所述第四取值范围为：以120um为中心正负偏离第四预设值的取值范围，所述第二金属条的长度在第五取值范围内，所述第五取值范围为：以2200um为中心正负偏离第五预设值的取值范围。4.根据权利要求1所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，连接两个耦合端口的金属条与所述第一金属条之间的间隔在第六取值范围内，所述第六取值范围为：以20um为中心正负偏离第六预设值的取值范围。5.根据权利要求1所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，所述第一金属极板包括交叉设置的第三金属条和第四金属条，且所述第三金属条和所述第四金属条的宽度均在第七取值范围内，所述第三金属条和所述第四金属条的长度均在第八取值范围内，所述第七取值范围为：以10um为中心正负偏离第七预设值的取值范围，所述第八取值范围为：以310um为中心正负偏离第八预设值的取值范围。6.根据权利要求5所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，所述第二金属极板包括第五金属条、第六金属条和第七金属条，其中，所述第五金属条、第六金属条和第七金属条呈箭头状连接，且所述第五金属条和所述第七金属条垂直设置，所述第六金属条位于所述第五金属条和所述第七金属条之间；其中，所述两个超导量子比特单元中相互连接的耦合端口通过所述第六金属条连接。7.根据权利要求6所述的远距离的超导量子比特耦合结构，其中，所述第五金属条和所述第七金属条的宽度均在第九取值范围内，所述第九取值范围为：以40um为中心正负偏离第九预设值的取值范围，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞宇，晋力京，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：