微波源、其制作方法及微波激光产生方法技术

本申请实施例提供了一种微波源、其制作方法及微波激光产生方法，其中，该微波源包括：超导腔；超导薄膜，位于超导腔的一侧；支撑结构，位于超导腔与超导薄膜之间，且支撑结构分别与超导腔和超导薄膜接触；多模态的声波器件，位于支撑结构的表面上，多模态的声波器件用于激发出声波在支撑结构上传播，使得支撑结构形变，带动超导腔和/或超导薄膜移动，以实现对超导腔的频率调整。本申请解决了相关技术中集成到芯片上的微波信号源对稀释制冷机极低温区域的制冷功率和空间消耗较大的问题。域的制冷功率和空间消耗较大的问题。域的制冷功率和空间消耗较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
微波源、其制作方法及微波激光产生方法


[0001]本申请实施例涉及量子
，具体而言，涉及一种微波源、其制作方法、微波激光产生方法和超导量子芯片。

技术介绍

[0002]目前的超导量子芯片中，把微波信号源集成到芯片上产生相干微波光源对量子比特进行驱动和测量，可以有效的降低超导量子计算机测控系统的体积和造价，对于多比特量子系统来说非常重要。
[0003]目前低温电子学研发on
‑
chip（芯片集成）微波光源主要是基于超导约瑟夫森结和超导腔混合系统，或者单磁通量子脉冲来产生微波信号。量子比特目前是基于铝材料（超导临界温度1.2K），因此这类on
‑
chip集成微波源或者微波脉冲通常需要放在低于1K的温区，占用稀释制冷机的制冷功率及内部低温空间，并对芯片产生噪声。这种系统光源上约瑟夫森结的驱动频率和量子芯片的比特频率接近，会对芯片产生噪声或者串扰。稀释制冷机的冷却功率比较低。通过光腔和量子比特产生激光需要比较大的驱动，在稀释制冷机内部产生更多的辐射噪声，以及热量，影响稀释制冷机的制冷效率。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种微波源、其制作方法、微波激光产生方法和超导量子芯片，以至少解决相关技术中集成到芯片上的微波信号源对稀释制冷机极低温区域的制冷功率和空间消耗较大的问题。
[0005]根据本申请的一个实施例，提供了一种微波源，包括：超导腔；超导薄膜，位于所述超导腔的一侧；支撑结构，位于所述超导腔与所述超导薄膜之间，且所述支撑结构分别与所述超导腔和所述超导薄膜接触；多模态的声波器件，位于所述支撑结构的表面上，多模态的所述声波器件用于激发出声波在所述支撑结构上传播，使得所述支撑结构形变，带动所述超导腔和/或所述超导薄膜移动，以实现对所述超导腔的频率调整。
[0006]在一个示例性实施例中，多模态的所述声波器件包括多模态的声表面波器件。
[0007]在一个示例性实施例中，所述支撑结构包括：至少两个弹性支柱，至少两个所述弹性支柱间隔设置，至少两个所述弹性支柱的第一端与所述超导腔的表面接触，至少两个所述弹性支柱的第二端的部分表面与所述声波器件接触，至少两个所述弹性支柱的第二端的部分表面与所述超导薄膜接触。
[0008]在一个示例性实施例中，所述微波源还包括：介质层，位于所述超导腔与所述超导薄膜之间。
[0009]在一个示例性实施例中，所述介质层的介电常数为3.9~11.3，缓冲氧化物刻蚀液对所述超导腔和所述介质层的刻蚀选择比为0.002~0.0026。
[0010]在一个示例性实施例中，所述声波器件包括：至少两个单模态的子声波器件，至少两个所述子声波器件的基本频率不同。
[0011]在一个示例性实施例中，所述超导薄膜的厚度为100nm~500nm。
[0012]在一个示例性实施例中，所述支撑结构的材料包括可变形材料。
[0013]在一个示例性实施例中，所述超导腔的频率为：
[0014]，
[0015]，
[0016]其中，f为所述超导腔的频率，L为所述超导腔的电感，C为所述超导腔的电容，为所述超导腔的电容的固定部分，为所述超导腔的电容的可调部分，为真空介电常数，为相对介电常数，A为所述超导腔与所述超导薄膜相对的面积大小，s为所述超导腔与所述超导薄膜之间的距离。
[0017]在一个示例性实施例中，构成所述超导腔和所述超导薄膜的超导材料的临界温度大于4K。
[0018]根据本申请的另一个实施例，提供了一种所述的微波源的制作方法，包括：提供超导腔；在所述超导腔的部分表面上形成支撑结构；在所述支撑结构的远离所述超导腔的部分表面上形成超导薄膜；在所述支撑结构上形成多模态的声波器件。
[0019]在一个示例性实施例中，在所述超导腔的部分表面上形成支撑结构，包括：在所述超导腔的表面上形成至少两个弹性支柱，至少两个所述弹性支柱间隔设置。
[0020]在一个示例性实施例中，在所述支撑结构的远离所述超导腔的部分表面上形成超导薄膜，包括：在所述超导腔的裸露表面上形成介质层，所述介质层远离所述超导腔的表面与所述支撑结构远离所述超导腔的表面在同一平面上；在所述介质层远离所述超导腔的表面与所述支撑结构远离所述超导腔的表面上形成所述超导薄膜；去除所述介质层。
[0021]在一个示例性实施例中，去除所述介质层，包括：将形成有所述超导薄膜的器件置于反应室内；向所述反应室内通入包括刻蚀气体，以刻蚀去除所述介质层。
[0022]在一个示例性实施例中，所述介质层的材料包括二氧化硅，所述刻蚀气体包括氟化氢气体。
[0023]在一个示例性实施例中，在所述支撑结构上形成多模态的声波器件，包括：在各所述弹性支柱远离所述超导腔的部分表面上形成子声波器件，至少两个所述子声波器件的基本频率不同。
[0024]根据本申请的又一个实施例，还提供了一种所述的微波源的微波激光产生方法，包括：给多模态的声波器件提供驱动电压，使得多模态的所述声波器件激发出至少两个基频的声波，至少两个基频的所述声波互相叠加形成第一超模态和第二超模态，所述第一超模态的能级小于所述第二超模态的能级；所述声波器件激发出的声子在所述第一超模态和所述第二超模态之间跃迁，以产生微波激光。
[0025]在一个示例性实施例中，所述声波器件激发出的声子在所述第一超模态和所述第二超模态之间跃迁，以产生微波激光，包括：所述声子从所述第二超模态跃迁到所述第一超模态，以释放光子至所述超导腔中；所述声子从所述第一超模态跃迁到所述第二超模态，以从所述超导腔中吸收所述光子；在释放的所述光子的数量大于吸收的所述光子的数量的情
况下，产生微波激光。
[0026]在一个示例性实施例中，所述微波源的哈密顿量为：
[0027]，
[0028]其中，H为所述哈密顿量，为约化普朗克常数，为所述第二超模态对应的频率，为所述第二超模态的所述声子的产生算符，为所述第二超模态的所述声子的湮灭算符，为所述第一超模态对应的频率，为所述第一超模态的所述声子的产生算符，为所述第一超模态的所述声子的湮灭算符，为所述光子的频率，为所述光子的产生算符，为所述光子的湮灭算符，为所述超导腔与所述声波器件的耦合强度。
[0029]在一个示例性实施例中，所述微波源的声子运动方程和光子运动方程分别为：
[0030]，
[0031]，
[0032]，
[0033]其中，为的导数，i为虚数，i2=
‑
1，为所述第一超模态和所述第二超模态的衰减率，为光学的拉格朗日算符，p为第一超模态的声子湮灭的同时第二超模态的声子产生，为p的导数，为所述超导腔内光学模态的衰减率，为声学拉格朗日算符。
[0034]在一个示例性实施例中，在释放的所述光子的数量大于吸收的所述光子的数量的情况下，产生的所述微波激光的增益为：
[0035]，
[0036]其中，。
[0037]根据本申请的另一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波源，其特征在于，包括：超导腔；超导薄膜，位于所述超导腔的一侧；支撑结构，位于所述超导腔与所述超导薄膜之间，且所述支撑结构分别与所述超导腔和所述超导薄膜接触；多模态的声波器件，位于所述支撑结构的表面上，多模态的所述声波器件用于激发出声波在所述支撑结构上传播，使得所述支撑结构形变，带动所述超导腔和/或所述超导薄膜移动，以实现对所述超导腔的频率调整。2.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，多模态的所述声波器件包括多模态的声表面波器件。3.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述支撑结构包括：至少两个弹性支柱，至少两个所述弹性支柱间隔设置，至少两个所述弹性支柱的第一端与所述超导腔的表面接触，至少两个所述弹性支柱的第二端的部分表面与所述声波器件接触，至少两个所述弹性支柱的第二端的部分表面与所述超导薄膜接触。4.根据权利要求1所述的微波源，其特征在于，所述微波源还包括：介质层，位于所述超导腔与所述超导薄膜之间。5.根据权利要求4所述的微波源，其特征在于，所述介质层的介电常数为3.9~11.3，缓冲氧化物刻蚀液对所述超导腔和所述介质层的刻蚀选择比为0.002~0.0026。6.根据权利要求1至5中任一项所述的微波源，其特征在于，所述声波器件包括：至少两个单模态的子声波器件，至少两个所述子声波器件的基本频率不同。7.根据权利要求1至5中任一项所述的微波源，其特征在于，所述超导薄膜的厚度为100nm~500nm。8.根据权利要求1至5中任一项所述的微波源，其特征在于，所述超导腔的频率为：，，其中，f为所述超导腔的频率，L为所述超导腔的电感，C为所述超导腔的电容，为所述超导腔的电容的固定部分，为所述超导腔的电容的可调部分，为真空介电常数，为相对介电常数，A为所述超导腔与所述超导薄膜相对的面积大小，s为所述超导腔与所述超导薄膜之间的距离。9.根据权利要求1至5中任一项所述的微波源，其特征在于，构成所述超导腔和所述超导薄膜的超导材料的临界温度大于4K。10.一种权利要求1至9中任一项所述的微波源的制作方法，其特征在于，包括：提供超导腔；在所述超导腔的部分表面上形成支撑结构；在所述支撑结构的远离所述超导腔的部分表面上形成超导薄膜；在所述支撑结构上形成多模态的声波器件。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述超导腔的部分表面上形成支撑结构，包括：在所述超导腔的表面上形成至少两个弹性支柱，至少两个所述弹性支柱间隔设置。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述支撑结构的远离所述超导腔的部分表面上形成超导薄膜，包括：在所述超导腔的裸露表面上形成介质层，所述介质层远离所述超导腔的表面与所述支撑结构远离所述超导腔的表面在同一平面上；在所述介质层远离所述超导腔的表面与所述支撑结构远离所述超导腔的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，于晓艳，李勇，刘强，
申请(专利权)人：苏州浪潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：