[实用新型]反射式超导传输线谐振腔

说明书

技术领域

  本实用新型涉及一种超导传输线谐振腔，尤其涉及一种反射式超导传输线谐振腔。

背景技术

半导体量子芯片是在传统半导体工业的基础上，充分利用量子力学效应，实现高效率并行量子计算的核心部件。量子比特，可以是量子点，也可以是超导量子干涉仪等装置，是量子芯片上的基本单元，可以储存和操作量子信息。但是要完成量子计算过程，还需要实现量子比特之间的耦合和数据交换，以及量子信息的探测读出。普通的电子线路无法传递量子信息，因此我们需要一些特殊的电子元件为我们实现这一功能。微波谐振腔可以激发和传递能够携带量子信息的微波光子，实现这一功能。我们希望获得一种能够与量子比特实现良好的耦合，具有合适的品质因素，即Q值，同时引入噪声较小的微波谐振腔，它能够与量子比特之间实现信息的交换，从而作为媒介实现量子比特之间的长程耦合，同时也可以作为一种有效的探测器，读出量子比特的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够满足量子比特探测和相互之间通信的要求的反射式超导传输线谐振腔。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：一种反射式超导传输线谐振腔，包括电介质基片，所述电介质基片上设有两条并行的耦合微带传输线、两个齿状耦合电容和两个微波接入电极；每个耦合微带传输线一端放空，另一端通过一个齿状耦合电容耦合到一个微波接入电极；所述耦合微带传输线、齿状耦合电容和微波接入电极都为铝超导材料。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电介质基片为半导体基片。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电介质基片为为Si材料基片或者GaAs材料基片。 

作为本实用新型进一步改进的技术方案，两条并行的耦合微带传输线呈弯曲走线的形式设置在电介质基片上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述耦合微带传输线沿方向D单向弯曲，使耦合微带传输线在方向D上的投影连续而并且耦合微带传输线前点的投影和后点的投影后不重合。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电介质基片还设有两个分别位于耦合微带传输线两侧的直流电压接入电极；所述直流电压接入电极通过金属线与同侧的耦合微带传输线电连接；金属线和直流电压接入电极也为铝超导材料。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述耦合微带传输线、齿状耦合电容、微波接入电极4以及金属线6和直流电压接入电极通过半导体微纳米加工工艺设置在电介质基片上。

本反射式超导传输线谐振腔，由两条并行的耦合微带传输线组成，它们走线的弯曲是为了节省空间。这两条耦合微带传输线一端放空，另一端各通过一对齿状结构的缝隙电容，即齿状耦合电容耦合到微波接入电极，再由微波接入电极通过焊线与外部电路相连接。两路功率相同、相位相差180°的差分微波信号从外电路分别加到微波接入电极上耦合进本反射式超导传输线谐振腔，实现λ/2谐振。整个反射式超导传输线谐振腔的腔体全部使用超导材料制成，比如铝、铌、锌等具有超导特性的材料，本反射式超导传输线谐振腔除了电介质基片外，其他部分均为超导材料，所述腔体主要指两条并行的耦合微带传输线，所述铝超导材料为普通的纯铝镀成的薄膜，并不是特殊的材料；中部连出的两条金属线可以通过焊线与外界相连，可以加入直流偏置电压。整个电路部分通过微纳米加工制作在一块电介质基片上，电介质基片一般采用Si或者GaAs材料，工作时基片底部可以用银胶贴在样品架的金属板上作为接地平面。

在本实用新型中，电介质基片、耦合微带传输线、齿状耦合电容、微波接入电极以及金属线和直流电压接入电极等金属部分均采用铝超导材料，在量子比特工作的极低温下呈现超导特性，因此能够传导极小的能量而不至于因衰减而很快耗散，同时因为在极低温下热噪声很小，所以本实用新型可以维持在本反射式超导传输线谐振腔内只有数个或单个光子的状态，从而准确地传递所需的量子信息。

在本实用新型中，采用了双线结构来传输差分信号，这种设计有两个优势：一是这种差分信号最后通过差模输出，两端信号作差，在本反射式超导传输线谐振腔内传输过程中由于环境影响引入的噪声信号，会因为彼此相当而被消去或减弱；二是因为这种结构与单线的谐振腔电场集中在微带线与基片底部接地板之间的电介质中相比，电场由于在两条耦合微带线之间振荡而在平面上铺得更开，这十分有利于与附近量子比特之间的耦合。