CN110556477A - 一种超导量子计算芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种超导量子计算芯片，超导量子计算芯片包括衬底和设置于衬底上的滤波器；滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容与至少一个电感电连接。本发明实施例提供的超导量子计算芯片，采用电容和电感等集总元件形成超导量子计算芯片中的滤波器，由于集总元件形成的滤波器较小的器件尺寸即可达到较好的滤波性能，因此在保证滤波器具有较小的尺寸保证滤波器能够集成到超导量子计算芯片上的同时，可以有效提高滤波器的滤波性能。
Description
技术领域
本发明实施例涉及超导量子技术，尤其涉及一种超导量子计算芯片。
背景技术
目前，超导量子计算系统已经得到了广泛的研究和应用,采用普赛尔滤波器来延长量子计算系统中的信息保存时间也已经在理论上被证明过，并在实验上有许多的应用和演示。
目前，现有的滤波器存在带宽较小性能有限或带宽较大但占用面积也较大无法集成在芯片上的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种超导量子计算芯片，采用电容和电感等集总元件形成超导量子计算芯片中的滤波器，由于集总元件形成的滤波器较小的器件尺寸即可达到较好的滤波性能，因此在保证滤波器具有较小的尺寸保证滤波器能够集成到超导量子计算芯片上的同时，可以有效提高滤波器的滤波性能。
第一方面，本发明实施例提供了一种超导量子计算芯片，该超导量子计算芯片包括衬底和设置于衬底上的滤波器；
滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容与至少一个电感电连接。
可选的，至少一个电容的极板为金属材质的极板，至少一个电感的线圈为金属线圈。
可选的，电容的一个极板与电感的一端接触实现电连接。
可选的，至少一个电容和至少一个电感在衬底上的垂直投影为矩形。
可选的，滤波器在衬底上的垂直投影为轴对称图形。
可选的，至少一个电容的极板在衬底的垂直投影最大尺寸、极板间距离和至少一个电感在衬底的垂直投影的最大尺寸均为几十微米到几百微米。
可选的，超导量子计算芯片还包括金属层，滤波器通过金属层与外部电路电连接。
可选的，金属层沿垂直于衬底方向的厚度为100μm。
本发明实施例提供的超导量子计算芯片，包括衬底和设置于衬底上的滤波器，滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容与至少一个电感电连接。本发明实施例采用电容和电感等集总元件形成超导量子计算芯片中的滤波器，由于集总元件形成的滤波器较小的器件尺寸即可达到较好的滤波性能，因此本实施例的方案在保证滤波器具有较小的尺寸保证滤波器能够集成到超导量子计算芯片上的同时，可以有效提高滤波器的滤波性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种超导量子计算芯片的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种滤波器的原理图；
图3是本发明实施例提供的一种滤波器在衬底上的垂直投影的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种滤波器的仿真校验示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
基于现有的滤波器存在带宽较小性能有限或带宽较大但占用面积也较大无法集成在芯片上的问题，本实施例提供了一种超导量子计算芯片，本实施例可适用于应用超导量子计算芯片的超导量子器件，图1是本发明实施例提供的一种超导量子计算芯片的结构框图，参考图1，该超导量子计算芯片包括衬底10和设置于衬底上的滤波器20；
滤波器20包括至少一个电容21和至少一个电感22，至少一个电容21与至少一个电感22电连接。
具体的，滤波器20采用电感和电容等集总元件构成，至少一个电容21和至少一个电感22可以通过电子束光刻和氦离子刻蚀等方式集成芯片上。
需要说明的是，电容和电感的数量根据实际情况确定，本实施例在此不做具体限定。示例性地，滤波器20可包括多个电容和多个电感。
本实施例提供的超导量子计算芯片，包括衬底和设置于衬底上的滤波器，滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容与至少一个电感电连接。本实施例采用电容和电感等集总元件形成超导量子计算芯片中的滤波器，由于集总元件形成的滤波器较小的器件尺寸即可达到较好的滤波性能，因此本实施例的方案在保证滤波器具有较小的尺寸保证滤波器能够集成到超导量子计算芯片上的同时，可以有效提高滤波器的滤波性能。
图2是本发明实施例提供的一种滤波器的原理图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图2，滤波器包括三个电感和三个电容，每个电感的大小和每个电容的大小可根据实际所需的滤波器性能确定，如电容C1和电容C3的电容值均为0.0365pF，电容C2的电容值为3.49pF，电感L1和电感L3的电感值均为12.7nH，电感L3的电感值为0.13nH。
图3是本发明实施例提供的一种滤波器在衬底上的垂直投影的结构示意图，图3的滤波器是根据上述图2所示的原理图和上述每个电容对应的电容值以及每个电感对应的电感值，在超导量子计算芯片上刻出的滤波器，图3是滤波器在显微镜下得到的放大图，图3中标示出了100μm的实际长度，可以看出，电感和电容的垂直投影为矩形，矩形的长和宽的长度是微米单位，长度较小便于集成在超导量子计算芯片上。
可选的，参考图1，至少一个电容21的极板为金属材质的极板，至少一个电感22的线圈为金属线圈。
示例性地，至少一个电容21的极板可以为铜或铝材质的极板，至少一个电感22的线圈可以是铝材质的线圈。
可选的，电容的一个极板与电感的一端接触实现电连接。
具体的，当电容和电感需要电连接时，电容的一个极板与电感的一端接触，从而实现电连接。至少一个电容21的极板为金属材质的极板，至少一个电感22的线圈为金属线圈，这样，极板和线圈接触时是金属和金属的接触，因此滤波器20所在线路通电时便可实现接触的电容和电感的电连接。通过设置电容的一个极板与电感的一端接触实现电连接，无需再电容和电感之间设置导电层，可以有效减小滤波器的占用面积并减小信号通过滤波器时的损耗。
可选的，至少一个电容和至少一个电感在衬底上的垂直投影为矩形。
具体的，可参考图3，每个电容和电感在衬底上的垂直投影均为矩形，如电容C1对应的矩形投影的两条较长的边为电容C1的两个极板侧边的投影，投影得到的矩形为规则图形，以便于电感电容等集总元件在芯片上的位置排布以及线路排布。
可选的，滤波器在衬底上的垂直投影为轴对称图形。对称图形便于电感电容的位置排布以及在较大程度上减小滤波器的占用面积。
示例性地，可参考图3，图3中电容和电感在衬底上的垂直投影为矩形，电容C2和电感L2的矩形投影的中心连接得到一条直线，滤波器关于该直线对称。由于电感L1和电感L3的两电感值相同，可使两电感的矩形投影的长边相同短边也相同，电容C1和电容C3的两电容值相同，可使两电容的矩形投影的长边相同短边也相同，如图3中电容和电感的位置，滤波器可构成对称图形。需要说明的是，电感值相同的电感或电容相同的电容对应的矩形投影可也大小不同。
可选的，至少一个电容的极板在衬底的垂直投影最大尺寸、极板间距离和至少一个电感在衬底的垂直投影的最大尺寸均为几十微米到几百微米。
具体的，若电感电容等元件太小对滤波器在芯片上的集成有较大难度，不容易实现，若电感电容等元件太大则占用面积大，同时会影响其它器件的排布。参考图3，通过设置电感和电容的垂直投影对应的矩形的长和宽的长度均在几十微米到几百微米之间，在保证不增加超导量子计算芯片的制备难度的同时，使得电感和电容在超导量子计算芯片上占用的面积较小，有利于减小在超导量子计算芯片的总面积，或者在不改变在超导量子计算芯片的总面积的前提下增加在超导量子计算芯片可继承的器件数量，提高在超导量子计算芯片的性能。
可选的，参考图3，超导量子计算芯片还包括金属层30，滤波器通过金属层30与外部电路电连接。
示例性地，金属层30设置在衬底上，滤波器和外部电路通过设置在衬底上的金属层30实现电连接。
可选的，金属层30沿垂直于衬底方向的厚度为100μm。
其中，金属层30的厚度设置为100μm，有利于实现滤波器与其它电路的电连接，保证电路中信号的正常传输。
图4是本发明实施例提供的一种滤波器的仿真校验示意图，按照图2中的三个电感和三个电容的连接关系以及上述电感值和电容值得到的滤波器进行仿真校验，该滤波器为带通滤波器，从图4中可以看出，该滤波器可对信号的通过性能实现10dB以上的差别，中心频率为8GHz，频率宽度达1GHz，带宽较大，本实施例的滤波器能够明显减少超导量子计算芯片在相应频率的自发辐射。实际上根据不同的需要，改换电感或电容等器件的参数即可获得所需性能的滤波器。
本实施例提供的超导量子计算芯片，包括衬底和设置于衬底上的滤波器，滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容与至少一个电感电连接。本实施例采用电容和电感等集总元件形成超导量子计算芯片中的滤波器，由于集总元件形成的滤波器较小的器件尺寸即可达到较好的滤波性能，因此本实施例的方案在保证滤波器具有较小的尺寸保证滤波器能够集成到超导量子计算芯片上的同时，可以有效提高滤波器的滤波性能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种超导量子计算芯片，其特征在于，所述超导量子计算芯片包括衬底和设置于所述衬底上的滤波器；
所述滤波器包括至少一个电容和至少一个电感，所述至少一个电容与所述至少一个电感电连接。
2.根据权利要求1所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述至少一个电容的极板为金属材质的极板，所述至少一个电感的线圈为金属线圈。
3.根据权利要求2所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述电容的一个极板与所述电感的一端接触实现电连接。
4.根据权利要求1所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述至少一个电容和所述至少一个电感在所述衬底上的垂直投影为矩形。
5.根据权利要求1所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述滤波器在所述衬底上的垂直投影为轴对称图形。
6.根据权利要求1所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述至少一个电容的极板在所述衬底的垂直投影最大尺寸、极板间距离和所述至少一个电感在所述衬底的垂直投影的最大尺寸均为几十微米到几百微米。
7.根据权利要求1所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述超导量子计算芯片还包括金属层，所述滤波器通过所述金属层与外部电路电连接。
8.根据权利要求7所述的超导量子计算芯片，其特征在于，所述金属层沿垂直于所述衬底方向的厚度为100μm。
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