CN115112923A - 一种二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置。该测量方法包括：对超导量子待测样品施加预设偏置磁场；根据超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，能级回避交叉点的坐标点对应于待测样品中的二能级缺陷；通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，N大于或等于1；确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。本发明实施例提供的技术方案可以表征二能级缺陷的空间分布情况。

Description

一种二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置
技术领域
本发明涉及超导量子芯片技术领域，尤其涉及一种二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置。
背景技术
量子计算机是利用量子力学的原理进行计算来解决一些经典计算难以解决的问题，在密码安全、人工智能、生化制药模拟等方面都有着远超经典计算机的能力。超导量子计算以其在可控性、低损耗以及可扩展性等方面的优势被普遍认为是最有可能率先实现实用化量子计算的方案之一。尽管超导量子计算已经取得了较大的发展，但为了运行具有使用价值的量子算法，还需要进一步提高比特的数量和质量。然而，超导量子芯片在材料生长和器件加工过程中引入的二能级缺陷（Two Level System,TLS）会引起量子比特的能量耗散，导致比特退相干，严重影响比特质量。因此，研究二能级缺陷的机制，抑制芯片生产过程中二能级缺陷的形成，对提高超导量子芯片的退相干时间有着至关重要的调控作用。
现有技术中的二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置通常是对整个超导量子比特构成的表界面中的二能级缺陷进行调控并测量，无法单独对超导量子比特构成的表界面某一区域的二能级缺陷进行调控并测量，不具有表征二能级缺陷的空间分布的能力。
发明内容
本发明提供了一种二能级缺陷的空间分布的测量方法及测量装置，以表征二能级缺陷的空间分布情况。
根据本发明的一方面，提供了一种二能级缺陷的空间分布的测量方法，包括：
对超导量子待测样品施加预设偏置磁场，并获取所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，其中，所述超导量子待测样品包括超导量子比特构成的表界面；根据所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，所述能级回避交叉点的坐标点对应于所述待测样品中的二能级缺陷；
通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，所述N大于或等于1；
确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
可选地，通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力包括：
通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针在第一方向、第二方向以及第三方向运动进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述超导量子待测样品的表面，所述第三方向垂直于所述超导量子待测样品的表面。
可选地，确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量之后还包括：
将存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应的二能级缺陷数量进行绘制，获取所述超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
根据本发明的另一方面，提供了一种二能级缺陷的空间分布的测量装置，包括偏置磁场产生设备、应力施加设备和处理器；
所述偏置磁场产生设备用于对超导量子待测样品施加预设偏置磁场，所述处理器获取要获取所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，所述偏置磁场产生设备与所述处理器连接，其中，所述超导量子待测样品包括超导量子比特构成的表界面；
所述处理器还用于根据所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，所述能级回避交叉点的坐标点对应于所述待测样品中的二能级缺陷,所述偏置磁场产生设备与所述处理器连接；
所述应力施加设备包括探针，所述探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，所述应力施加设备与所述处理器连接，其中，所述超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，所述N大于或等于1；
所述处理器还用于确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
可选地，所述应力施加设备还包括连接杆和探针驱动结构，所述连接杆的第一端与所述探针连接，所述连接杆的第二端与所述探针驱动结构的动力输出端连接，所述探针驱动结构用于通过所述连接杆带动所述探针第一方向、第二方向以及第三方向运动，进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述超导量子待测样品的表面，所述第三方向垂直于所述超导量子待测样品的表面。
可选地，所述处理器还用于将存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应的二能级缺陷数量进行绘制，获取所述超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
可选地，还包括外壳和样品支撑台；
所述外壳内设置有金属墙，所述金属墙将所述外壳内部的区域划分为样品区域和驱动区域；
所述样品支撑台位于所述样品区域；
所述连接杆穿过所述金属墙，所述连接杆的第一端以及所述探针位于所述样品区域，所述连接杆的第二端和所述探针驱动结构位于所述驱动区域。
可选地，所述二能级缺陷的空间分布的测量装置还包括样品盒；
所述样品支撑台包括架高平台，所述架高平台包括支撑台和位于所述支撑台下的散热空腔；
所述样品盒位于所述支撑台上，所述超导量子待测样品位于所述样品盒内，所述探针以及所述连接杆的第一端穿过所述样品盒上的开口结构，位于所述样品盒内。
可选地，所述探针驱动结构包括纳米位移台。
可选地，所述探针包括原子力显微镜探针。
本发明实施例提供的技术方案，对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系，当超导量子比特的频率和二能级缺陷的频率相等时，在频谱上形成能级回避交叉点。然后通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，若超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线中的能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化，则探针对应于超导量子待测样品表面的待测区域的应力施加点存在二能级缺陷，因此通过每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量便可以确定该待测区域存在二能级缺陷的数量，从而实现了表征二能级缺陷的空间分布情况。其中，相比电场仅能实现对超导量子比特构成的表界面中表面的二能级缺陷的调控作用，应力对二能级缺陷的调控作用过程中，通过控制探针按压在超导量子比特构成的表界面的深度，可以同时对超导量子比特构成的表界面中表面和内部的二能级缺陷进行调控，进而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例提供的一种二能级缺陷的空间分布的测量方法的流程图；
图2是根据本发明实施例提供的一种超导量子比特的频率-偏置磁通的关系图；
图3是根据本发明实施例提供的一种量子隧穿的二能级缺陷模型示意图；
图4是根据本发明实施例提供的另一种超导量子比特的频率-偏置磁通的关系图；
图5是根据本发明实施例提供的另一种二能级缺陷的空间分布的测量方法的流程图；
图6是根据本发明实施例提供的一种二能级缺陷的空间分布的测量装置的结构示意图；
图7是根据本发明实施例提供的另一种二能级缺陷的空间分布的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了表征二能级缺陷的空间分布情况，本发明实施例提供了如下技术方案：
图1是根据本发明实施例提供的一种二能级缺陷的空间分布的测量方法的流程图。参见图1，该二能级缺陷的空间分布的测量方法包括如下步骤：
S110、对超导量子待测样品施加预设偏置磁场，并获取超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，其中，超导量子待测样品包括超导量子比特构成的表界面。
超导量子比特是由介观尺寸的超导约瑟夫森结电路构成的，其利用的原理就是约瑟夫森效应。本实施例中，超导量子比特在极低的温度和合适的磁通偏置下，相位粒子或库珀对表现出量子的动力学性质。超导量子比特在预设偏置磁场的调控作用下，表现出与预设偏置磁场对应的频率。图2是根据本发明实施例提供的一种超导量子比特的频率-偏置磁通的关系图。参见图2，在偏置磁通的连续调控下，量子比特的特征频谱会发生连续的变化。
S120、根据超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，能级回避交叉点的坐标点对应于待测样品中的二能级缺陷。
在本发明实施例中，在超导量子比特上，有大量非晶介质存在于约瑟夫森结势垒层、超导材料的表面、各种材料之间的界面，这些非晶层中的界面上的悬挂键、极性分子、磁性分子、晶体缺陷、外来污染，会引起量子比特的能量耗散，导致量子比特退相干。这种损耗通道，宏观上表现为介质材料的正切损耗，微观上可抽象为二能级缺陷或系统。
参见图2，对比特施加不同频率的激励脉冲，然后进行读取，当超导量子比特的频率和附近的二能级缺陷频率接近时，两个双能级量子体系就会发生共振，在比特频率-磁通偏置关系图上形成能级回避交叉点。其中，对比特施加不同频率的激励脉冲后进行读取，当脉冲频率和比特频率相等时，比特被激发到1态，出现一个峰值。当二能级缺陷和超导量子比特的频率相等时，比特与二能级缺陷（TLS）发生共振，峰产生劈裂，在频谱上形成能级回避交叉点（avoided level crossings）。示例性的，图2中，A点和C点为能级回避交叉点，B点不是能级回避交叉点。二能级缺陷微观上可由图3所示的双势阱模型表示。图3是根据本发明实施例提供的一种量子隧穿的二能级缺陷模型示意图。参见图3，图3中示出了能量-位置之间的关系曲线图，图3中存在两个势井，即势井S1和势井S2，二能级缺陷的能级间距取决于势井S1和势井S2之间的非对称能ε和隧穿能量△0。非对称能ε指的是两个势井之间的能量差值，隧穿能量△0指的是微观粒子由势井S1隧穿至势井S2，或者由势井S2隧穿至势井S1的所需要的隧穿能量△0。非对称能ε远大于隧穿能量△0时，左右两个势井能够很好的限制住各自的本征态，即两个势井相对较为稳定；当非对称能ε接近零时，两个势井之间的本征态波函数发生交叠，形成两个具有一定能级间距的新能态，如图2中示出的新能态φ+和φ-。两个新能态之间的能量差满足如下公式：
Figure 504131DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，E为两个新能态之间的能量差，ε为两个势井之间的能量差值，△0为微观粒子由势井S1隧穿至势井S2，或者由势井S2隧穿至势井S1的所需要的隧穿能量。其中，两个势井之间的非对称能ε满足如下公式：
Figure 358955DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，S为应力，E为电场。应力变化可改变非对称能ε，进而导致能量差变化，γ和P为比例系数，ε0为常量。因此二能级缺陷的能量差可以受应力S调控。
S130、通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，N大于或等于1。
S140、确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
若超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线中的能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化，则探针对应于超导量子待测样品表面的待测区域的应力施加点存在二能级缺陷，坐标点变化数量即对应二能级缺陷数量。图4是根据本发明实施例提供的另一种超导量子比特的频率-偏置磁通的关系图。示例性的，图4中示出了超导量子比特的频率随偏置磁通变化的五条谱线，分别是第一谱线L1、第二谱线L2、第三谱线L3、第四谱线L4和第五谱线L5。第一谱线L1、第二谱线L2、第三谱线L3、第四谱线L4和第五谱线L5是同一待测区域不同应力下的谱线。参见图4，D点、E点和F点均是能级回避交叉点，随着应力的变化，D点、E点和F点在图中的位置发生变化，因此，可判断该待测区域能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化，该待测区域存在二能级缺陷，坐标点发生变化的回避交叉点数量即该区域二能级缺陷数量。可选地，能级回避交叉点对应的频率带宽量级可达100MHz，为了分辨出谱线上能级回避交叉点坐标的变化，应力变化应大于1e-7量级。通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力量级可达1e-3量级，对于频率的调节范围可充分满足TLS表征需求。
需要说明的是，对于通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力时，探针位置变化可导致电场分布变化，但该电场变化非常微弱，此时可以忽略电场的变化，认为是应力的变化使得二能级缺陷的频率发生变化。
本发明实施例提供的技术方案，对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系，当超导量子比特的频率和二能级缺陷的频率相等时，在频谱上形成能级回避交叉点。然后通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，若超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线中的能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化，则探针对应于超导量子待测样品表面的待测区域的应力施加点存在二能级缺陷，因此通过每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量便可以确定该待测区域存在二能级缺陷的数量，从而实现了表征二能级缺陷的空间分布情况。其中，相比电场仅能实现对超导量子比特构成的表界面中表面的二能级缺陷的调控作用，应力对二能级缺陷的调控作用过程中，通过控制探针按压在超导量子比特构成的表界面的深度，可以同时对超导量子比特构成的表界面中表面和内部的二能级缺陷进行调控，进而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
可选地，S130中通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力的步骤包括：
通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针在第一方向、第二方向以及第三方向运动进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，第一方向和第二方向均平行于超导量子待测样品的表面，第三方向垂直于超导量子待测样品的表面。
具体的，可以设置第一方向为X方向，第二方向可以为Y方向，第三方向可以为Z方向。能级缺陷的空间分布的测量装置的探针在第一方向和第二方向运动进而可以实现探针在N个待测区域之间切换，探针在第三方向运动进而可以实现探针按压进入超导量子比特构成的表界面的深度，从而实现了通过探针依次对N个待测区域的二能级缺陷的调控，进而实现了表征二能级缺陷的空间分布情况。且可以通过控制探针在第三方向按压进入超导量子比特构成的表界面的深度，实现对超导量子比特构成的表界面表面和内部的二能级缺陷进行调控，进而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
图5是根据本发明实施例提供的另一种二能级缺陷的空间分布的测量方法的流程图。可选地，参见图5，S140中确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量的步骤之后还包括：
S150、将存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应的二能级缺陷数量进行绘制，获取超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
将超导量子待测样品的超导量子比特构成的表界面中存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应的二能级缺陷数量进行绘制和标记，可以获取超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
本发明实施例还提供了一种二能级缺陷的空间分布的测量装置。图6是根据本发明实施例提供的一种二能级缺陷的空间分布的测量装置的结构示意图。参见图6，该二能级缺陷的空间分布的测量装置包括：偏置磁场产生设备（未示出）、应力施加设备200和处理器（未示出）；偏置磁场产生设备用于对超导量子待测样品100施加预设偏置磁场，处理器获取要获取超导量子待测样品100的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，偏置磁场产生设备与处理器连接，其中，超导量子待测样品100包括超导量子比特构成的表界面；处理器还用于根据超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，能级回避交叉点的坐标点对应于待测样品中的二能级缺陷,偏置磁场产生设备与处理器连接；应力施加设备200包括探针201，探针201依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，应力施加设备200与处理器连接，其中，超导量子待测样品100的表面包括N个待测区域，N大于或等于1；处理器还用于确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
本发明实施例中，通过对超导量子比特施加偏置磁场，并获取超导量子比特的频率-偏置磁通的关系，当超导量子比特的频率和二能级缺陷的频率相等时，在频谱上形成能级回避交叉点。然后通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，若超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线中的能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化，则探针对应于超导量子待测样品表面的待测区域的应力施加点存在二能级缺陷，因此通过每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量便可以确定该待测区域存在二能级缺陷的数量，从而实现了表征二能级缺陷的空间分布情况。其中，相比电场仅能实现对超导量子比特构成的表界面中表面的二能级缺陷的调控作用，应力对二能级缺陷的调控作用过程中，通过控制探针按压在超导量子比特构成的表界面的深度，可以同时对超导量子比特构成的表界面中表面和内部的二能级缺陷进行调控，进而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
可选地，参见图6，应力施加设备200还包括连接杆202和探针驱动结构203，连接杆202的第一端与探针201连接，连接杆202的第二端与探针驱动结构203的动力输出端连接，探针驱动结构203用于通过连接杆202带动探针201第一方向、第二方向以及第三方向运动，进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直，第一方向和第二方向均平行于超导量子待测样品100的表面，第三方向垂直于超导量子待测样品100的表面。
具体的，可以设置第一方向为X方向，第二方向可以为Y方向，第三方向可以为Z方向。探针驱动结构203用于通过连接杆202带动探针201在第一方向和第二方向运动进而可以实现探针在N个待测区域之间切换，探针驱动结构203用于通过连接杆202带动探针201在第三方向运动进而可以实现探针按压进入超导量子比特构成的表界面的深度，从而实现了探针驱动结构203用于通过连接杆202带动探针201依次对N个待测区域的二能级缺陷的调控，进而实现了表征二能级缺陷的空间分布情况。且可以通过控制探针在第三方向按压进入超导量子比特构成的表界面的深度，实现对超导量子比特构成的表界面表面和内部的二能级缺陷的调控，进而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
可选地，处理器还用于将存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应二能级缺陷数量进行绘制，获取超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
具体的，处理器将超导量子待测样品的超导量子比特构成的表界面中存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应二能级缺陷数量进行绘制和标记，可以获取超导量子待测样品100表面的二级能缺陷的空间分布图。
图7是根据本发明实施例提供的另一种二能级缺陷的空间分布的测量装置的结构示意图。可选地，参见图7，该二能级缺陷的空间分布的测量装置还包括外壳300和样品支撑台400；外壳300内设置有金属墙301，金属墙301将外壳300内部的区域划分为样品区域302和驱动区域303；样品支撑台400位于样品区域302；连接杆202穿过金属墙301，连接杆202的第一端以及探针201位于样品区域302，连接杆202的第二端和探针驱动结构203位于驱动区域303。
具体的，二能级缺陷的空间分布的测量装置设置有外壳300，外壳300可以一方面可以起到隔绝环境噪声和减少辐射损耗的作用，另一方面可以保证热传导的效果。需要说明的是，该二能级缺陷的空间分布的测量装置是放在稀释制冷机中测量，也就是说处于超低温下约10mK的环境中。我们需要将该装置的温度降低到10mK，这是通过将装置放置在制冷机冷盘上，与制冷机发生热交换来实现的，因此需要有良好的热传导效果。
金属墙301隔开样品区域302和驱动区域303，金属墙301可以避免探针驱动结构203内压电陶瓷的电场与超导量子待测样品100的超导量子比特构成的表界面的电场相互串扰，从而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。可选地，金属墙301设置有开口结构，连接杆202通过开口结构穿过金属墙301，开口结构的尺寸稍大于连接杆202的尺寸。可选地，探针驱动结构203内压电陶瓷被金属钛包裹，从而进一步避免了探针驱动结构203内压电陶瓷的电场与超导量子待测样品100的超导量子比特构成的表界面的电场相互串扰。需要说明的是，压电陶瓷是探针驱动结构203纳米位移台的组成部分，位于纳米位移台内部。纳米位移台之所以可以发生XYZ方向上的移动，是通过压电陶瓷实现的。对压电陶瓷施加电压，其可以发生形变，该形变即发生的位移。
可选地，参见图7，二能级缺陷的空间分布的测量装置还包括样品盒500；样品支撑台400包括架高平台，架高平台包括支撑台401和位于支撑台下的散热空腔402；样品盒500位于支撑台401上，超导量子待测样品100位于样品盒内，探针201以及连接杆202的第一端穿过样品盒500上的开口结构，位于样品盒500内。
具体的，架高平台包括支撑台401和位于支撑台下的散热空腔402，支撑台401用于支撑样品盒500内的超导量子待测样品100，散热空腔402可以减少降温的负担。探针201以及连接杆202的第一端穿过样品盒500上的开口结构对样品盒500内的超导量子待测样品100的二能级缺陷进行调控。
可选地，探针驱动结构203包括纳米位移台。
具体的，纳米位移台可以实现通过连接杆202控制探针201在纳米尺度内运动，从而提高了表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
可选地，参见图7，探针201包括原子力显微镜探针。原子力显微镜探针的尺寸小，原子力显微镜探针按压在超导量子待测样品100表面的位置点比较小，从而可以提高表征二能级缺陷的空间分布情况的准确度。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二能级缺陷的空间分布的测量方法，其特征在于，包括：
对超导量子待测样品施加预设偏置磁场，并获取所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，其中，所述超导量子待测样品包括超导量子比特构成的表界面；
根据所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，所述能级回避交叉点的坐标点对应于所述待测样品中的二能级缺陷；
通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，所述N大于或等于1；
确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
2.根据权利要求1所述的二能级缺陷的空间分布的测量方法，其特征在于，通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力包括：
通过二能级缺陷的空间分布的测量装置的探针在第一方向、第二方向以及第三方向运动进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述超导量子待测样品的表面，所述第三方向垂直于所述超导量子待测样品的表面。
3.根据权利要求1所述的二能级缺陷的空间分布的测量方法，其特征在于，确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量之后还包括：
将存在二能级缺陷的应力施加点的位置以及对应的二能级缺陷数量进行绘制，获取所述超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
4.一种二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，包括偏置磁场产生设备、应力施加设备和处理器；
所述偏置磁场产生设备用于对超导量子待测样品施加预设偏置磁场，所述处理器获取要获取所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线，所述偏置磁场产生设备与所述处理器连接，其中，所述超导量子待测样品包括超导量子比特构成的表界面；
所述处理器还用于根据所述超导量子待测样品的超导量子比特的频率和偏置磁通的关系曲线确定能级回避交叉点的坐标点，其中，所述能级回避交叉点的坐标点对应于所述待测样品中的二能级缺陷,所述偏置磁场产生设备与所述处理器连接；
所述应力施加设备包括探针，所述探针依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，所述应力施加设备与所述处理器连接，其中，所述超导量子待测样品的表面包括N个待测区域，所述N大于或等于1；
所述处理器还用于确定每个待测区域的二能级缺陷的数量，其中，每个待测区域内能级回避交叉点的坐标点随着应力的变化出现变化的数量即该待测区域存在二能级缺陷的数量。
5.根据权利要求4所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，所述应力施加设备还包括连接杆和探针驱动结构，所述连接杆的第一端与所述探针连接，所述连接杆的第二端与所述探针驱动结构的动力输出端连接，所述探针驱动结构用于通过所述连接杆带动所述探针第一方向、第二方向以及第三方向运动，进而依次对N个待测区域施加按照预设规律变化的应力，其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直，所述第一方向和所述第二方向均平行于所述超导量子待测样品的表面，所述第三方向垂直于所述超导量子待测样品的表面。
6.根据权利要求4所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，所述处理器还用于将存在二能级缺陷的应力施加点的位置及对应的二能级缺陷数量进行绘制，获取所述超导量子待测样品表面的二级能缺陷的空间分布图。
7.根据权利要求5所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，还包括外壳和样品支撑台；
所述外壳内设置有金属墙，所述金属墙将所述外壳内部的区域划分为样品区域和驱动区域；
所述样品支撑台位于所述样品区域；
所述连接杆穿过所述金属墙，所述连接杆的第一端以及所述探针位于所述样品区域，所述连接杆的第二端和所述探针驱动结构位于所述驱动区域。
8.根据权利要求7所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，所述二能级缺陷的空间分布的测量装置还包括样品盒；
所述样品支撑台包括架高平台，所述架高平台包括支撑台和位于所述支撑台下的散热空腔；
所述样品盒位于所述支撑台上，所述超导量子待测样品位于所述样品盒内，所述探针以及所述连接杆的第一端穿过所述样品盒上的开口结构，位于所述样品盒内。
9.根据权利要求5所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，所述探针驱动结构包括纳米位移台。
10.根据权利要求4所述的二能级缺陷的空间分布的测量装置，其特征在于，所述探针包括原子力显微镜探针。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108196178A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 电子科技大学 一种表面陷阱能级分布的测量装置及光电导分析方法
CN110646503A (zh) * 2019-09-29 2020-01-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置
CN114242605A (zh) * 2021-11-02 2022-03-25 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 缺陷提取方法和缺陷提取系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108196178A (zh) * 2017-12-28 2018-06-22 电子科技大学 一种表面陷阱能级分布的测量装置及光电导分析方法
CN110646503A (zh) * 2019-09-29 2020-01-03 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种二能级缺陷空间分布的测量方法及测量装置
CN114242605A (zh) * 2021-11-02 2022-03-25 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 缺陷提取方法和缺陷提取系统

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. WANG 等: "Surface participation and dielectric loss in superconducting qubits", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
CLEMENS M ULLER 等: "Towards understanding two-level-systems in amorphous solids - Insights from quantum circuits", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
JU¨RGEN LISENFELD 等: "Observation of directly interacting coherent two-level systems in an amorphous material", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
卢盛等: "3D-Transmon与压电振子的量子耦合系统", 《低温物理学报》 *
张振涛: "超导量子比特的调控与退相干研究", 《中国博士学位论文全文数据库 (基础科学辑)》 *
曹志敏等: "可调Transmon与二能级系统的耦合", 《低温物理学报》 *
熊康林 等: "超导量子电路材料", 《科学通报》 *
王勇: "超冷里德堡原子在外场作用下的态混合", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

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