行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法技术

本公开提供一种行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法，行波参量放大器包括：衬底；微带线芯线，设置在衬底上，微带线芯线包括至少一个约瑟夫森结组成的结链；第一电容，包括：第一超导金属层，适用于接地；第二超导金属层，适用于与约瑟夫森结的一端连接；电介质层，电介质层适用于隔离第一超导金属层和第二超导金属层，由约瑟夫森结提供的电感与第一电容确定行波参量放大器的特征阻抗；相位匹配谐振单元，与微带线芯线连接，相位匹配谐振单元适用于将由外部获取的泵浦信号和读取信号与在行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过相位匹配以实现提高行波参量放大器的增益

【技术实现步骤摘要】
行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法


[0001]本公开涉及量子计算的
，更具体地，涉及一种行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法
。

技术介绍

[0002]参量放大器是提升量子比特读取保真度的关键器件，它可以在极低温温区实现对微弱读取信号的放大，且仅加入接近量子极限的噪声，从而提大地提升读取信号的信噪比，实现更短的读取脉冲时长和更弱的读取脉冲水平，降低读取脉冲对量子比特性能的影响
。
参量放大器的使用使得量子比特的单发读取得以实现，为量子纠错奠定了读取基础
。
[0003]目前的量子计算机技术发展处于初级阶段，而如何实现快速高保真度的量子比特状态测量是量子计算发展的重点
。
由超导量子比特实现的超导量子芯片是当前量子计算最行之有效的物理平台之一，如何实现对大规模超导量子芯片的高保真度信息读出是提高量子比特读取精度的核心技术与挑战
。
[0004]对于目前提出的行波放大器的设计和制备方法，设计上使用基于共面波导的传输线结构，且需要额外设计电容桥等结构增大对地电容，这种设计使得芯片不够紧凑，且会带来额外的电容电感影响线路的阻抗匹配
。
另一方面，目前的参量放大器的制备工艺与量子比特芯片制备工艺不兼容，存在制备难度高等问题
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法，能够降低由共面波导的传输线结构导致的额外的电容电感，使得行波参量放大器的内部结构紧凑
。
[0006]本公开的实施例的提供了一种行波参量放大器，包括：衬底；微带线芯线，设置在上述衬底上，上述微带线芯线包括至少一个约瑟夫森结组成的结链；第一电容，包括：第一超导金属层，适用于接地；第二超导金属层，适用于与上述约瑟夫森结的一端连接；电介质层，上述电介质层适用于隔离上述第一超导金属层和上述第二超导金属层，由上述约瑟夫森结提供的电感与上述第一电容确定行波参量放大器的特征阻抗；相位匹配谐振单元，与上述微带线芯线连接，上述相位匹配谐振单元适用于将由外部获取的泵浦信号和读取信号与在上述行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过上述相位匹配以实现提高上述行波参量放大器的增益
。
[0007]根据本公开的一些实施例，上述电介质层的材料采用以下任一种：氟化钙
、
氧化硅
、
无定形硅
。
[0008]根据本公开的一些实施例，上述第一超导金属层形成在上述衬底上，上述电介质层形成在上述第一超导金属层上，上述第二超导金属层形成在上述电介质层上
。
[0009]根据本公开的一些实施例，上述第二超导金属层形成在上述衬底上，上述电介质层形成在上述第二超导金属层上，上述第一超导金属层形成在上述电介质层上；其中，上述
电介质层包覆上述第二超导金属层
。
[0010]根据本公开的一些实施例，上述相位匹配谐振单元包括：谐振腔，一端与上述第一超导金属层连接，上述谐振腔适用于将由外部获取的泵浦信号和读取信号与在上述行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过上述相位匹配以实现提高上述行波参量放大器的增益；第二电容，一端与谐振腔连接，另一端与上述微带线芯线连接，上述第二电容适用于耦合上述谐振腔和上述微带线芯线的电容
。
[0011]根据本公开的一些实施例，上述谐振腔为分布式结构，通过调整上述微带线芯线的长度，构建半波长或者四分之一波长的谐振腔，上述谐振腔的特征频率为半波长或者四分之一波长对应的特征频率
。
[0012]根据本公开的一些实施例，上述谐振腔由集总电感和集总电容并联构成
。
[0013]本公开的另一方面的实施例的提供了一种制备上述行波参量放大器的制备方法，包括：采用热蒸发
、
电子束蒸发
、
磁控溅射或者分子束外延中的任一种方法在经过预处理的衬底上沉积第一超导金属层；使用电子束曝光设备或者光学曝光设备进行图形化定义，并使用湿法刻蚀设备或者干法刻蚀设备对上述第一超导金属层进行图形的刻蚀；采用热蒸发
、
电子束蒸发或者化学气相沉积中的任一种方法在上述第一超导金属层上沉积电介质层，并对上述电介质层进行图形的刻蚀；使用电子束曝光设备或者光学曝光设备进行图形化定义，并采用热蒸发
、
电子束蒸发或磁控溅射中的任一种方法在上述电介质层上沉积第二超导金属层，并对上述第二超导金属层进行图形的刻蚀；在上述第二超导金属层上制备约瑟夫森结
。
[0014]根据本公开的一些实施例，上述在上述第二超导金属层上制备约瑟夫森结包括：使用电子束曝光设备定义出上述约瑟夫森结的图形，并采用双角度蒸发工艺和剥离工艺制备上述约瑟夫森结
。
[0015]本公开的另一方面的实施例的提供了一种制备上述行波参量放大器的制备方法，包括：采用热蒸发
、
电子束蒸发
、
磁控溅射或者分子束外延中的任一种方法在经过预处理的衬底上沉积第二超导金属层；使用电子束曝光设备或者光学曝光设备进行图形化定义，并使用湿法刻蚀设备或者干法刻蚀设备对上述第二超导金属层进行图形的刻蚀；使用电子束曝光设备定义出约瑟夫森结的图形，并采用双角度蒸发工艺和剥离工艺在上述第二超导金属层上制备上述约瑟夫森结；采用热蒸发
、
电子束蒸发或者化学气相沉积中的任一种方法在上述第二超导金属层上沉积电介质层，并对上述电介质层进行图形的刻蚀；使用电子束曝光设备或者光学曝光设备进行图形化定义，并采用热蒸发
、
电子束蒸发或磁控溅射中的任一种方法在上述电介质层上沉积第一超导金属层，并对上述第一超导金属层进行图形的刻蚀
。
[0016]根据本公开提供的一种行波参量放大器和行波参量放大器的制备方法，通过将微带线芯线设置在衬底上，微带线芯线包括至少一个约瑟夫森结组成的结链，将第一电容的第一超导金属层接地，将第一电容的第二超导金属层与约瑟夫森结的一端连接，在第一超导金属层和第二超导金属层之间设置电介质层，电介质层适用于隔离第一超导金属层和第二超导金属层，由约瑟夫森结提供的电感与第一电容确定行波参量放大器的特征阻抗，能够降低由共面波导的传输线结构导致的额外的电容电感，使得行波参量放大器的内部结构紧凑，通过相位匹配谐振单元与微带线芯线连接，相位匹配谐振单元将由外部获取的泵浦
信号和读取信号与在行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过相位匹配以实现提高行波参量放大器的增益
。
附图说明
[0017]图1是根据本公开的一种示意性实施例的行波参量放大器的集总元件拓扑结构图；
[0018]图2是根据本公开的一种示意性实施例的微带线芯线的俯视图；
[0019]图3是根据本公开的一种示意性实施例的行波参量放大器的截面图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种行波参量放大器，包括：衬底；微带线芯线，设置在所述衬底上，所述微带线芯线包括至少一个约瑟夫森结组成的结链；第一电容，包括：第一超导金属层，适用于接地；第二超导金属层，适用于与所述约瑟夫森结的一端连接；电介质层，所述电介质层适用于隔离所述第一超导金属层和所述第二超导金属层，由所述约瑟夫森结提供的电感与所述第一电容确定行波参量放大器的特征阻抗；相位匹配谐振单元，与所述微带线芯线连接，所述相位匹配谐振单元适用于将由外部获取的泵浦信号和读取信号与在所述行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过所述相位匹配以实现提高所述行波参量放大器的增益
。2.
根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述电介质层的材料采用以下任一种：氟化钙
、
氧化硅
、
无定形硅
。3.
根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述第一超导金属层形成在所述衬底上，所述电介质层形成在所述第一超导金属层上，所述第二超导金属层形成在所述电介质层上
。4.
根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述第二超导金属层形成在所述衬底上，所述电介质层形成在所述第二超导金属层上，所述第一超导金属层形成在所述电介质层上；其中，所述电介质层包覆所述第二超导金属层
。5.
根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述相位匹配谐振单元包括：谐振腔，一端与所述第一超导金属层连接，所述谐振腔适用于将由外部获取的泵浦信号和读取信号与在所述行波参量放大器中产生的闲频信号进行相位匹配，通过所述相位匹配以实现提高所述行波参量放大器的增益；第二电容，一端与谐振腔连接，另一端与所述微带线芯线连接，所述第二电容适用于耦合所述谐振腔和所述微带线芯线的电容
。6.
根据权利要求5所述的行波参量放大器，其中，所述谐振腔为分布式结构，通过调整所述微带线芯线的长度，构建半波长或者四分之一波长的谐振腔，所述谐振腔的特征频率为半波长或者四分之一波长对应的特征频率
。7.
根据权利要求5所述的行波参量放大器，其中，所述谐振腔由...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少俊，钱浩然，张海斌，严凯，杜亚杰，彭承志，朱晓波，潘建伟，
申请(专利权)人：合肥国家实验室，
类型：发明
国别省市：