[发明专利]用于超导谐振器的器件、方法和系统

说明书

一组超导器件互连在网格中，该网格在单个二维制造平面中制造，使得超导连接只能通过跨过也位于该平面中的第二超导器件的组件到达该组中的第一超导器件，而同时保持在该平面中。在第一超导器件的超导连接中形成具有跨度和间隙高度的超导耦合器件。超导耦合器件的一部分通过平行平面中的间隙与第二超导器件的组件分离。使用超导耦合器件将组件的第一侧上的第一接地平面的电势与组件的第二侧上的第二接地平面均衡。

技术领域

本发明总体上涉及一种超导体器件、制造方法和制造系统，用于最小化平面超导量子器件中的离面连接。更具体地，本发明涉及用于超导谐振器的器件、方法和系统，以限制平面量子器件中的垂直连接。

背景技术

在下文中，短语单词中的“Q”前缀指示该单词或短语在量子计算上下文中的引用，除非在使用时明确区分。

分子和亚原子粒子遵循量子力学定律，量子力学是物理学的一个分支，探索物理世界如何在最基本的层面上工作。在这个层面上，粒子以奇怪的方式运行，同时呈现出一种以上的状态，并与非常遥远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们今天使用的计算机被称为经典计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点或“CN”)。传统计算机使用通过使用半导体材料和技术制造传统的处理器，半导体存储器，以及磁性或固态存储设备，这就是众所周知的冯诺依曼体系结构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q-处理器，quantum processor)利用纠缠的量子比特器件(在这里简称为“量子比特”，复数“多个量子比特”)的奇特性质来执行计算任务。在量子力学运作的特定领域，物质粒子可以以多种状态存在——诸如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算仅限于使用开和关状态(相当于二进制代码中的1和0)的情况下，量子处理器利用物质的这些量子状态来输出可用于数据计算的信号。

传统计算机用比特来编码信息。每个比特可以取值1或0。这些1和0充当最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机是基于量子比特的，量子比特根据量子物理学的两个关键原理运作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子比特可以同时代表1和0。纠缠意味着处于叠加的量子比特可以以非经典的方式相互关联；也就是说，一个量子比特的状态(无论是1还是0或者两者都是)取决于另一个量子比特的状态，并且当两个量子比特纠缠在一起时，可以确定的信息比单独处理它们时要多。

利用这两个原理，量子比特作为更复杂的信息处理器运行，使量子计算机能够以某种方式运行，从而允许它们解决传统计算机难以解决的难题。已经成功地构建并演示了使用超导量子比特的量子处理器的可操作性。是在美国和其他国家的国际商用机器公司的注册商标。

在已知的半导体制造技术中，使用超导和半导体材料制造诸如量子比特的超导器件。超导器件通常使用一层或多层不同的材料来实现器件的特性和功能。材料层可以是超导的、导电的、半导电的、绝缘的、电阻性的、电感性的、电容性的，或者具有任何数量的其他特性。考虑到材料的性质，材料的形状、大小或位置，与该材料相邻的其他材料以及许多其他因素，可能必须使用不同的方法来形成不同的材料层。

超导器件通常是平面的，即超导体结构在在一个平面上制造。非平面器件是三维(3D)器件，其中一些结构形成在给定制造平面之上或之下。

q-处理器被实现为一组多于一个的量子比特。量子比特在单个制造平面上被制造成共面器件的网格。这样的q-处理器的实现方式通常被认为是容错量子体系结构，称为表面编码方案(Surface Code Scheme，SCS)或表面编码体系结构(Surface CodeArchitecture，SCA)。