CN117337635A - 具有磁通量可调谐元件的超导电路以及用于最小化超导电路中磁通量可调谐元件之间的磁通串扰的方法 - Google Patents

Abstract

一种超导电路包括第一磁通量可调谐元件和第二磁通量可调谐元件(501，502)。这些磁通量可调谐元件中的每一个具有相应的磁通敏感部分。提供第一和第二电流驱动超导片上磁通偏置线。这些电流驱动超导片上磁通偏置线中的每一条从相应的磁通量可调谐元件(501，502)的磁通敏感部分邻近经过。第一多个超导杂散电流路径存在于第一磁通量可调谐元件邻近。第二多个超导杂散电流路径存在于第二磁通量可调谐元件邻近。超导杂散电流路径将源自另一磁通量可调谐元件(501)的磁通线的杂散电流(506，507)分配成围绕相应的磁通量可调谐元件(502)的相应多个杂散电流。这样，防止了杂散电流(506，507)改变相应的磁通量可调谐元件(502)的电特性。

Description

具有磁通量可调谐元件的超导电路以及用于最小化超导电路 中磁通量可调谐元件之间的磁通串扰的方法

技术领域

本发明涉及超导电路的硬件。具体地，本发明涉及对磁通量作出反应的超导电路元件、以及用于产生这种磁通量的电路元件。

背景技术

磁通量可调谐电路元件、比如超导量子干涉器件(SQUID)通常用于超导电路例如以实现频率可调谐的量子位，并用于约瑟夫森参量放大器。为了实现高密度的可调谐元件，经常通过从可调谐元件附近经过的一条或多条电流驱动片上磁通偏置线(简称磁通线)来产生磁调谐通量。为了防止将可调谐元件耦合到耗散环境(这例如会导致量子位退相干)，磁通线需要端接到构成可调谐元件本身的接地端的相同接地电势。另外，需要接近连续的接地平面，以确保高质量因子量子位的良好RF(射频)接地条件。

端接要求可能导致存在靠近磁通量可调谐元件并可能携带杂散电流的电流路径。这种杂散电流将导致发生对磁通量可调谐元件的干扰(不想要的调谐)。杂散电流通常源自其他电路元件的磁通线，因此干扰可以被描述为磁通串扰。

图1展示了磁通量可调谐超导电路元件的示例。示例性元件是量子位，其包括由基本连续的超导接地平面102包围的加号形状的超导岛101。这些都在绝缘基板的表面上形成，该绝缘基板的一部分作为围绕超导岛101的白色边界103而可见。超导岛101的一个分支的端部通过两个约瑟夫森结与超导材料条带104相连，这两个约瑟夫森结之一被示为105。磁通敏感部分是约瑟夫森结之间的环路106。想法是，注入到超导导体107的电流将通过条带104流向地面，从而感应出通过环路106的期望大小的磁通量。

图2以简化电路图的形式展示了相同的结构。包括两个约瑟夫森结202和203的环路内部的交叉影线区域201是磁通敏感部分，而电容器204表示量子位的电容部分。电感器205表示可以承载源自电流源206的电流并且可以感应出通过环路201的磁通量的电流路径(或所有可能电流路径的组合效果)。

图3展示了图1和图2所示的种类的两个量子位，这两个量子位在量子计算电路中彼此相对靠近，被共同的连续接地平面包围。为了图形清晰，简化了磁通敏感部分的图形表示。电流源301生成电流，其目的是调谐左侧量子位302。通过相应超导条带的实际、预期的磁通量感应电流如箭头304所示。如果所有这些电流都通过箭头305所示的最短路径返回地面，则相邻的右侧量子位303将不会经历磁通串扰。然而，一些杂散电流会流过用箭头306和307示出的路线，从而引起磁通串扰现象。杂散电流所流过的材料是超导的，即，电阻为零，这意味着尽管与主要返回电流305相比，杂散电流所采取的路径明显更长，但这些杂散电流可以达到显著的值。

图4展示了可以如何使用所谓的差分驱动电流环路来避免上述问题。在图4中，调谐电流的返回路径401可以在远离量子位的某处接地，如用虚线连接402所示。示意性地示出为拱形403的空中桥连接接地平面的两半，否则接地平面的两半将仅通过围绕整个量子位的较长路线保持彼此连接。最左侧和中间的量子位404和405具有这种结构，而对于最右边的量子位406，空中桥被在用于调谐的电流环路与量子位的磁通敏感部分之间的窄超导峡部407代替。

虽然如图4所示的结构避免了磁通串扰现象，但这些结构会造成另一个可能更严重的问题。即，在不存在靠近量子位的公共接地连接的情况下，磁通线会将量子位电容耦合到耗散环境(电流源)，从而导致量子位的耗散和退相干。

又另一种现有技术是使用所谓的主动抵消磁通串扰。这通常是首先完成的。对于每个可调谐元件n，通过实验测量磁通线m的磁通灵敏度，从而得到N×M磁通串扰矩阵(对于N个可调谐元件和M个磁通线)。使用该矩阵的逆矩阵通过电流主动驱动所有磁通线，从而导致所有元件的预期调谐。该技术很好地补偿了较低水平的串扰，但随着元件数量的增加，需要进行大量的校准测量。此外，测量中的任何误差、电流源增益漂移或非线性都会导致抵消不完美。

发明内容

目的是提出一种用于比现有技术解决方案更有效地减轻磁通串扰的不利影响的布置和方法。另一个目的是利用允许多个磁通量可调谐电路元件的磁通调谐之间有较大独立性的方法和布置来防止或减轻磁通串扰。进一步的目的是确保该方法和布置适用于具有大量磁通量可调谐电路元件的系统。

这些和进一步的有利目的是通过优化可以承载杂散电流的导体部分的形式、使得两个或更多个杂散电流分量的磁通感应效果彼此抵消来实现的。

根据第一方面，提供了一种超导电路，该超导电路包括第一磁通量可调谐元件和第二磁通量可调谐元件。这些磁通量可调谐元件中的每一个都具有相应的磁通敏感部分，使得磁通量可调谐元件的电特性依赖于相应的磁通敏感部分的位置处的磁通量。该超导电路包括第一电流驱动超导片上磁通偏置线和第二电流驱动超导片上磁通偏置线。这些电流驱动超导片上磁通偏置线中的每一条从相应的磁通量可调谐元件的磁通敏感部分邻近经过。该超导电路包括与第一磁通量可调谐元件邻近的第一多个超导杂散电流路径、以及与第二磁通量可调谐元件邻近的第二多个超导杂散电流路径。该第一多个超导杂散电流路径和该第二多个超导杂散电流路径中的每一个被配置为将源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流分配成围绕相应的磁通量可调谐元件的相应多个杂散电流，从而防止所述多个杂散电流改变该相应的磁通量可调谐元件的电特性。

根据实施例，该超导电路包括围绕该第一磁通量可调谐元件和该第二磁通量可调谐元件的公共超导接地平面。该多个杂散电流可以然后被配置为在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。这涉及的优点是可以在超导电路的所有部分提供非常有效的连续接地。

根据实施例，所述第一磁通线和第二磁通线中的每一条通过相应的第一端接区段或第二端接区段端接到所述公共超导接地平面。该第一端接区段与该第二端接区段之间的最短直接路径可以被所述公共超导接地平面中的至少一个间隙切断。该超导电路可以包括与所述第一端接区段和所述第二端接区段中的每一个邻近的跨越所述至少一个间隙的相应超导桥连接，使得对于给定端接区段，流过该相应超导桥连接的任何电流的方向与相同电流通过该端接区段流入或流出所述公共超导接地平面所采取的方向相反。这涉及的优点是可以根据模拟和实验来定制电路的几何形状，使得杂散电流固有地抵消彼此的效果。

根据实施例，该第一磁通线和该第二磁通线中的每一条包括与该相应的磁通敏感部分邻近的磁通感应区段。所述第一端接区段和所述第二端接区段中的每一个可以然后从相应的磁通感应区段延续，与该相应的磁通感应区段平行但电流方向相反，并且比该相应的磁通感应区段更远离该相应的磁通敏感部分。所述超导桥连接中的每一个可以与这些相应的磁通感应区段和端接区段平行，并将所述磁通感应区段与所述端接区段之间的点连接到在该间隙的相反侧上该公共超导接地平面的点。这涉及的优点是结构的几何形状适用于精确的计算模拟。

根据实施例，该超导桥连接穿过空中桥。这涉及的优点是可以在制造过程中相对较晚地制造桥连接，从而允许实现更简单的基板结构和以多种方式选择桥连接的几何形状因子。

根据实施例，该超导桥连接穿过超导多层结构中的专用层。这涉及的优点是能够很好地保护桥连接免受环境因素的影响，并且桥连接不占用基板顶部的空间。

根据实施例，所述第一磁通线和所述第二磁通线中的每一条包括差分驱动的电流环路，该差分驱动的电流环路具有在电流源与该相应的磁通量可调谐元件之间的相应的输入线和输出线、以及在与该相应的磁通敏感部分邻近的输入线和输出线之间的磁通感应区段。所述第一磁通线和所述第二磁通线中的每一条可以然后通过在相应磁通线两侧延伸的间隙与所述公共超导接地平面分开。该超导电路可以包括与该第一磁通感应区段邻近的跨越该间隙的第一接地连接。该超导电路还可以包括与该第二磁通感应区段邻近的跨越该间隙的第二接地连接。该超导电路可以进一步包括跨越由间隙、输入线、输出线和间隙组成的每个整体的超导桥连接，所述超导桥连接中的每一个比相应的接地连接更远离相应的磁通敏感部分。这涉及的优点是每个差分驱动的电流环路中的输出电流可以在很大程度上被限制在输出线上。

根据实施例，所述超导桥连接中的每一个位于距相应的磁通敏感部分一定距离处，其中源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流被分配成通过超导桥连接的第一杂散电流分量和在相应磁通量可调谐元件中循环的第二杂散电流分量，使得所述第一杂散电流分量和所述第二杂散电流分量在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。这涉及的优点是整体几何形状可以保持相对简单。

根据实施例，该超导电路包括围绕该第一磁通量可调谐元件和该第二磁通量可调谐元件的分段超导接地平面。所述分段超导接地平面的分段可以由一个或多个间隙限定，该一个或多个间隙防止该多个杂散电流从相应的磁通敏感部分邻近流过。这涉及的优点是杂散电流的散布可以被包含在接地平面结构的有限部分中。

根据实施例，所述分段超导接地平面包括位于所述第一磁通量可调谐元件与所述第二磁通量可调谐元件之间的中间区段。该第一磁通线可以然后端接到所述中间区段，而该第二磁通线通过所述间隙之一与所述中间区段分开。这涉及的优点是与不同磁通量可调谐元件相关联的杂散电流路径可以在很大程度上保持分离。

根据实施例，所述间隙中的另一个切断围绕该第二磁通量可调谐元件的从该第二磁通线到所述中间区段的任何圆形电流路径。这涉及的优点是杂散电流的散布可以被包含在接地平面结构的有限部分中。

根据实施例，所述分段超导接地平面中的间隙将围绕该第一磁通量可调谐元件的第一区段与围绕该第二磁通量可调谐元件的第二区段分开。这涉及的优点是杂散电流的散布可以被包含在接地平面结构的有限部分中。

根据实施例，该超导电路包括跨越所述一个或多个间隙中的一个或多个的电容耦合。这涉及的优点是从高频信号的角度来看，接地平面结构的不同区段可以保持彼此耦合。

附图说明

被包括以提供对本发明的进一步理解并且构成本说明书的一部分的附图展示了本发明的实施例并且与描述一起有助于解释本发明的原理。在附图中：

图1展示了现有技术量子位，

图2以电路图的形式展示了图1的量子位，

图3展示了包括两个量子位的现有技术电路中杂散电流的不期望的影响，

图4展示了使用差分驱动的电流环路的一些已知方法，

图5展示了根据本发明的原理，

图6展示了根据实施例的超导电路中的细节，

图7展示了根据实施例的超导电路，

图8展示了根据实施例的超导电路，

图9展示了根据实施例的超导电路，

图10展示了根据实施例的超导电路，

图11展示了现有技术超导电路的计算模拟，

图12展示了现有技术超导电路的计算模拟，

图13展示了根据实施例的超导电路的计算模拟，

图14展示了作为图13中的空中桥距离的函数的计算出的磁通量，

图15展示了根据实施例的超导电路的计算模拟，以及

图16展示了作为图15中的空中桥距离的函数的计算出的磁通量。

具体实施方式

图5示意性地展示了超导电路的包括第一磁通量可调谐元件501和第二磁通量可调谐元件502的部分的操作。为了磁通量可调谐，元件501和502都具有相应的磁通敏感部分。为了图形清晰，这些没有在图5中单独示出。每个磁通量可调谐元件501和502的电特性依赖于相应磁通敏感部分的位置处的磁通量。这种依赖于磁通的电特性的一个示例是谐振频率，但是其他类型的电特性也可以是讨论的。

另外，假设操作在图5中示意性地示出的超导电路具有电流驱动超导片上偏置线，用于在所述磁通敏感部分中的每一个的位置处产生期望的磁通量。电流驱动超导片上偏置线可以简称为磁通线。第一磁通线从第一磁通量可调谐元件501的磁通敏感部分邻近经过，并且第二磁通线从第二磁通量可调谐元件502的磁通敏感部分邻近经过。

另外，假设超导电路限定与第一磁通量可调谐元件501邻近的第一多个超导杂散电流路径、以及与第二磁通量可调谐元件502邻近的第二多个超导杂散电流路径。本文稍后将更详细地描述可以如何形成这些杂散电流路径的示例。

超导杂散电流路径的关键特征在于，这些超导杂散电流路径被配置为以特定方式将源自(多个)其他磁通量可调谐元件的(多条)磁通线的杂散电流分配成围绕相应磁通量可调谐元件的相应多个杂散电流。这种分配的结果是有效地防止多个杂散电流改变相应磁通量可调谐元件的电特性。

在图5的示意图中，为了改变第一磁通量可调谐元件501的电特性，故意生成选定大小的电流503。流过与第一磁通量可调谐元件501的磁通敏感部分邻近的(多条)磁通线，所生成的电流构成期望电流504。根据磁通量调谐原理，期望电流504引起期望的效果505，比如第一磁通量可调谐元件501的谐振频率的变化。

然而，也如图5示意性地所示，所生成的电流503可能产生杂散电流。杂散电流所采取的通过超导电路的部分的路线可以被描述为杂散电流路径。在图5中，特别是假设存在与第二磁通量可调谐元件502邻近的多个超导杂散电流路径。类似地，可以存在与第一磁通量可调谐元件501邻近的多个超导杂散电流路径。在图5中，不详细考虑这些，因为图5的目的是评估当期望电流504从第一磁通量可调谐元件501邻近流过但同时引起与第二磁通量可调谐元件502邻近的杂散电流506和507时会发生什么。孤立地考虑，一个这样的杂散电流506将倾向于对第二磁通量可调谐元件502造成不期望的影响508，而另一杂散电流507将倾向于对该第二磁通量可调谐元件造成另一不期望的影响509。

根据图5示意性地展示的原理，与第二磁通量可调谐元件502邻近的多个超导杂散电流路径被配置为将源自第一磁通量可调谐元件501的磁通线的杂散电流506和507分配成围绕第二磁通量可调谐元件502的这样的相应多个杂散电流，从而防止杂散电流改变第二磁通量可调谐元件502的电特性。形象地说，不期望的效果508和509彼此抵消，而不会到达第二磁通量可调谐元件502。本文稍后描述用于使其在实践中发生的各种实施例。

图6和图7展示了第一实施例，其中，图6展示了在图7中的两个磁通量可调谐元件中的每一个的磁通敏感部分邻近使用的超导电流路径的详细布置。超导电路包括围绕第一磁通量可调谐元件和第二磁通量可调谐元件的公共超导接地平面606。最后提到的是量子位，每个量子位都包括加号形状的超导岛601或701，该超导岛通过边框与接地平面606分开，在该边界处可见下面的绝缘基板的表面；参见图6中的边界602。在每个超导岛601或701中的一个分支的外端部处是磁通敏感部分，如图6中示意性地展示为603。相应的电流驱动超导片上磁通偏置线(或简称磁通线)邻近每个磁通敏感部分；参见图6中的磁通线604及其磁通感应区段605。磁通线和相关联的结构的具体形状使得由通过其他磁通量可调谐元件的磁通线的期望电流产生的杂散电流在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。

图6以第一磁通线604为例示出了第一磁通线604和第二磁通线702中的每一条如何通过相应的端接区段端接到公共超导接地平面606；参见图6中的端接区段607。第一磁通线604的端接区段607可以被称为第一端接区段，并且第二磁通线702(参见图7)的端接区段可以被称为第二端接区段。第一端接区段与第二端接区段之间的最短直接路径被公共超导平面中的至少一个间隙切断。在图7中，存在将第二磁通线702与公共接地平面606分开的间隙703和704。从本说明书的观点来看，间隙703具有防止源自第一磁通线604的任何杂散电流到达第二磁通线702的重要目的，若到达，杂散电流将影响右侧的量子位，就像通过第二磁通线702的预期电流所做的那样。如果画一条从第一磁通线604的端接区段到第二磁通线702的端接区段的假想直线，该直线将穿过间隙703和704。

超导电路包括与上面介绍的第一端接区段和第二端接区段中的每一个邻近的跨越至少一个间隙的相应超导桥连接。在图6中可以看到超导桥连接608，并且图7示出了如何在第二磁通线702的端部处邻近第二端接区段提供类似的超导桥连接705。对于给定的端接区段，流过相应超导桥连接的任何电流的方向与相同电流通过端接区段流入或流出公共超导接地平面606所采取的方向相反。

最后提到的内容在图7中用箭头展示。第一磁通量可调谐电路元件的任何磁通感应电流的预期路径是：

-流入并通过第一磁通线604(箭头706)，

-通过磁通感应区段605(箭头707)，

-通过第一端接区段607进入公共接地平面606，以及

-通过公共接地平面606提供的最短路径流出(箭头708)。

返回地面的一些电流将采取较长的路径，从而产生杂散电流，该杂散电流流过第二磁通量可调谐电路元件的超导桥连接705(箭头709)并通过第二端接区段(箭头710)继续到达公共超导接地平面606。如在图7中通过查看箭头709和710所见，流过第二超导桥连接705的任何这样的杂散电流的方向与相同电流通过第二端接区段流出公共超导接地平面606所采取的方向相反。最终该杂散电流也将返回地面，如箭头711所示。

图6和图7用于实现上述电流分配的几何形状可以如下更详细地表征。第一磁通线604和第二磁通线702中的每一条包括与相应磁通敏感部分邻近的磁通感应区段(参见图6中与磁通敏感部分603邻近的磁通感应区段605)。第一端接区段和第二端接区段中的每个端接区段从相应的磁通感应区段延续(参见图6中从磁通感应区段605的右手端延续的端接区段607)。端接区段与相应的磁通感应区段平行，但电流方向上相反：例如，在图6中，寻求接地的电流将从左向右流过磁通感应区段605，但从右向左流过端接区段607。端接区段比相应的磁通感应区段更远离相应的磁通敏感部分。超导桥连接与磁通感应区段和端接区段平行。它将磁通感应区段与端接区段之间的点(图6中的标签609)连接到前面提到的间隙的相反侧上公共超导接地平面的点。在图6中，超导桥连接608的左手端位于由第一磁通线604和将其与接地平面606分开的间隙组成的整体的另一侧。

超导桥连接可以通过多种方式实施。作为非限制性示例，它可以是空中桥(即，部分位于超导电路的一般表面水平上方的结构)或倒装芯片结构，或者它可以穿过超导多层结构(比如表面上有可见电路元件的多层基板)中的专用层。

图7中示出了仅与第一磁通线604相关联的电流源301。这是为了清晰起见的图形约定：图7中用箭头标记的电流仅是当偏置电流被馈送通过第一磁通线604以影响图7中的第一磁通量可调谐元件(左侧)的电特性时产生的那些电流。在实践中，还可能存在能够馈送偏置电流通过第二磁通线702以影响图7中的第二磁通量可调谐元件(右侧)的电特性的电流源。实际的超导电路可以包括大量的量子位、约瑟夫森放大器和/或其他磁通量可调谐元件，并且可以对它们中的每一个使用相同的方法。

图8展示了根据另一实施例的超导电路的一部分。仍在该实施例中，存在多个超导杂散电流路径，这些路径被配置为将源自一个磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流分配成围绕其他磁通量可调谐元件的相应多个杂散电流。这样做是为了防止所述多个杂散电流改变所述其他磁通量可调谐元件的电特性。然而，该目标是通过与上面参考图6和图7描述的实施方式稍微不同的实际实施方式来实现的。

在图8的实施例中，每条磁通线将一个电流源耦合到相应的磁通量可调谐元件，并且包括差分驱动的电流环路，该电流环路具有相应的输入线和输出线：例如，参见图8中最左侧磁通线的输入线801和输出线802。磁通感应区段位于输入线与输出线之间，与相应的磁通敏感部分邻近。在图8的最左侧磁通线中，磁通感应区段是连接输入线801和输出线802的上端部的短水平区段。

每条磁通线通过在相应磁通线两侧延伸的间隙与公共超导接地平面803分开；参见图8中的间隙804和805。与每个磁通感应区段邻近，超导电路包括跨越所述间隙的接地连接；例如，参见图8中的接地连接806。超导电路包括跨越由间隙、输入线、输出线和间隙组成的每个整体的超导桥连接；例如，参见图8中的超导桥连接807。在每种情况下，超导桥连接比相应的接地连接更远离相应的磁通敏感部分。作为示例，接地连接806比超导桥连接807更靠近加号形状的导电岛的底部分支端部处的磁通敏感部分。

超导桥连接与相应的磁通敏感部分之间的距离对于根据图8所示的实施例的超导电路的正确操作很重要。即，目的是平衡围绕其他磁通敏感部分顺时针和逆时针流动的杂散电流，使其净效应变为零。图8展示了期望电流(用沿最左侧磁通线的三个箭头展示)是如何也导致一些杂散电流的(因为一些电流通过接地连接806“逃出”最左侧磁通线)。为了寻求接地路径，一些杂散电流将围绕中间磁通量可调谐元件流动，如箭头808所示。另一个杂散电流将流过跨越中间磁通线的超导桥连接，如箭头809所示。在中间磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处，由上部电流808感应的磁通量与由下部电流809感应的磁通量方向相反。如果大小合适，则这两个磁通量会彼此抵消。

上述原理可以如下表征。图8中的每个超导桥连接位于距相应磁通敏感部分特定距离处。源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流被分配成通过超导桥连接的第一杂散电流分量和在相应磁通量可调谐元件中循环的第二杂散电流分量。所述距离已被选择为使得所述第一杂散电流分量和第二杂散电流分量在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。可以使用模拟计算来选择每种情况下的适当距离。

与之前的实施例类似，使用从超导电路技术中已知的技术，图8中的超导桥连接可以有各种实际实施方式。

图9展示了根据另一实施例的超导电路的一部分。类似于图7，其包括第一磁通量可调谐元件601和第二磁通量可调谐元件701，每个磁通量可调谐元件具有相应的磁通敏感部分，用于通过在相应磁通敏感部分的位置处产生期望的磁通来改变这些元件的电特性。也类似于图7，存在第一磁通线和第二磁通线，每个磁通线从相应磁通量可调谐元件的磁通敏感部分邻近经过以产生期望电流，从而在相应磁通敏感部分的位置处产生期望的磁通量。

不同于图7和图8，在图9中，多个杂散电流路径被配置为基于频率来分配源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流。源自另一磁通量可调谐元件的磁通偏置的杂散电流基本上是DC电流，或者至少具有比用于在量子计算中携带信息的千兆赫范围微波信号低得多的频率。为此，图9的超导电路包括围绕第一磁通量可调谐元件601和第二磁通量可调谐元件701的分段接地平面。分段超导接地平面的分段基本上防止杂散电流在相应磁通敏感部分邻近流动。电容器(或者实际上任何电容耦合方式)为千兆赫范围频率提供了低阻抗连接，但不为DC提供显著的连接。作为电容耦合的替代或补充，电阻耦合可以用于类似的目的。在电阻耦合中，分离基于超导体性质而不是频率。

对于图9所示的两个磁通量可调谐元件601和701，分段超导接地平面包括：第一磁通量可调谐元件601左侧的左侧区段901；位于第一磁通量可调谐元件601与第二磁通量可调谐元件701之间的中间区段902；以及第二磁通量可调谐元件701右侧的右侧区段903。第一磁通线(图9中与第一磁通量可调谐元件601邻近的磁通线)端接到中间区段902。第二磁通线(图9中与第二磁通量可调谐元件701邻近的磁通线)通过造成分段的间隙之一(参见图9中的间隙904)与中间区段分开。

可选地，造成分段的所述间隙中的另外一些可以位于磁通量可调谐元件的不同于磁通线的另一侧上。这些是图6中用虚线标记的可能间隙905和906。这种另外的间隙(如果提供的话)的目的是切断围绕相应磁通量可调谐元件701的从受保护的磁通线(图9中的第二磁通线)到中间区段902的任何圆形路径。

图10展示了根据另一实施例的超导电路的一部分。类似于图9，在图10中，杂散电流的分配也基于频率。分段超导接地平面中的间隙1001将围绕第一磁通量可调谐元件601的第一区段1002与围绕第二磁通量可调谐元件701的第二区段1003分开。从第一磁通量可调谐元件601的磁通敏感部分邻近流过的期望电流707仅返回第一区段1002内的地面，如箭头1004和1005所示。

在与图9和图10中的实施例类似的实施例中，可以提供跨越造成超导接地平面的分段的一个或多个间隙的电容耦合。这种电容耦合(如果使用的话)的目的是确保超导接地平面的所有区段的电势至少对于RF信号保持相同。作为电容耦合的替代或补充方案，还可以使用电阻耦合，因为与接地平面提供给杂散电流的超导电流路径相比，任何电阻耦合都将极大地抑制电流的流动。

图11展示了对如图3结构的现有技术结构执行的计算模拟的结果。超导区域上的电流密度以范围从白色到黄色、绿色到黑色的颜色标度示出。裸露基板区域上的磁通量大小以范围从蓝色(负磁通)到红色(正磁通)的颜色标度示出。电流和磁通的单位不相关。作为比较，计算模拟表明在左侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处的磁通为每安培800磁通量子，在右磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处的磁通为每安培410磁通量子。

图12展示了对如图4中的磁通量可调谐元件404和405的结构的现有技术结构执行的类似计算模拟的结果。左侧磁通量可调谐元件和右侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处的模拟磁通分别为1200和-16。虽然与图11相比有了显著的改进，但仍然存在一些磁通串扰。

图13和图14展示了根据图6和图7所示的实施例的超导电路的计算模拟。在图14中，左侧磁通量可调谐元件和右侧磁通量可调谐元件的相应磁通敏感部分处的感应磁通量被示出为磁通敏感元件与相应空中桥之间的距离的函数。在模拟中，期望电流被引导到左侧磁通量可调谐元件，以便引起其电特性的预定变化。期望电流会在通过该结构提供的杂散电流路径上产生杂散电流。曲线图1401展示了杂散电流在右侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处感应出的磁通量，适当的标度显现在图14中的右侧垂直轴上。曲线图1402展示了期望电流在左侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处感应出的磁通量，适当的标度显现在图14中的左侧垂直轴上。

如图14中水平虚线和垂直虚线所示，最佳空中桥距离约为40微米，此时所有杂散电流的组合效果是使右侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处的感应磁通量为零。图13中的图形展示就是在这样的空中桥距离下做出的。

图15和图16展示了根据图8所示的实施例的超导电路的类似计算模拟。曲线图1601和右侧垂直标度与杂散电流在右侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处感应出的磁通量有关。曲线图1602和左侧垂直标度与期望电流在左侧磁通量可调谐元件的磁通敏感部分处感应出的磁通量有关。同样，似乎存在最佳的空中桥距离，这次是略小于50微米，此时杂散电流的净效应变为零。图15展示了空中桥距离为50微米的情况下的计算模拟。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式实施。因此，本发明及其实施例不限于上述示例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims (13)

1.一种超导电路，包括：

-第一磁通量可调谐元件和第二磁通量可调谐元件，每个磁通量可调谐元件具有相应的磁通敏感部分，所述磁通量可调谐元件的电特性依赖于该相应的磁通敏感部分的位置处的磁通量；

-第一电流驱动超导片上磁通偏置线和第二电流驱动超导片上磁通偏置线，分别称为第一磁通线或第二磁通线，每条磁通线从相应的磁通量可调谐元件的磁通敏感部分邻近经过；

-与该第一磁通量可调谐元件邻近的第一多个超导杂散电流路径；以及

-与该第二磁通量可调谐元件邻近的第二多个超导杂散电流路径；

其中，该第一多个超导杂散电流路径和该第二多个超导杂散电流路径中的每一个被配置为将源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流分配成围绕相应的磁通量可调谐元件的相应多个杂散电流，从而防止所述多个杂散电流改变该相应的磁通量可调谐元件的电特性。

2.根据权利要求1所述超导电路，其中：

-该超导电路包括围绕该第一磁通量可调谐元件和该第二磁通量可调谐元件的公共超导接地平面；并且

-所述多个杂散电流被配置为在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。

3.根据权利要求2所述超导电路，其中：

-所述第一磁通线和第二磁通线中的每一条通过相应的第一端接区段或第二端接区段端接到所述公共超导接地平面，

-该第一端接区段与该第二端接区段之间的最短直接路径被所述公共超导接地平面中的至少一个间隙切断，

-该超导电路包括与所述第一端接区段和所述第二端接区段中的每一个邻近的跨越所述至少一个间隙的相应超导桥连接，使得对于给定端接区段，流过该相应超导桥连接的任何电流的方向与相同电流通过该端接区段流入或流出所述公共超导接地平面所采取的方向相反。

4.根据权利要求3所述超导电路，其中：

-该第一磁通线和该第二磁通线中的每一条包括与该相应的磁通敏感部分邻近的磁通感应区段，

-所述第一端接区段和所述第二端接区段中的每一个从相应的磁通感应区段延续，与该相应的磁通感应区段平行但电流方向相反，并且比该相应的磁通感应区段更远离该相应的磁通敏感部分，

-所述超导桥连接中的每一个与这些相应的磁通感应区段和端接区段平行，并将所述磁通感应区段与所述端接区段之间的点连接到在该间隙的相反侧上该公共超导接地平面的点。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的超导电路，其中，该超导桥连接穿过空中桥。

6.根据权利要求3或4中任一项所述的超导电路，其中，该超导桥连接穿过超导多层结构中的专用层。

7.根据权利要求2所述超导电路，其中：

-所述第一磁通线和所述第二磁通线中的每一条包括差分驱动的电流环路，该差分驱动的电流环路具有在电流源和相应的磁通量可调谐元件之间的相应的输入线和输出线、以及在与相应的磁通敏感部分邻近的该输入线和该输出线之间的磁通感应区段，

-所述第一磁通线和所述第二磁通线中的每一条通过在相应磁通线两侧延伸的间隙与所述公共超导接地平面分开，

-该超导电路包括与该第一磁通感应区段邻近的跨越该间隙的第一接地连接，

-该超导电路包括与该第二磁通感应区段邻近的跨越该间隙的第二接地连接，并且

-该超导电路包括跨越由间隙、输入线、输出线和间隙组成的每个整体的超导桥连接，所述超导桥连接中的每一个比相应的接地连接更远离相应的磁通敏感部分。

8.根据权利要求7所述超导电路，其中：

-所述超导桥连接中的每一个位于距相应的磁通敏感部分一定距离处，其中源自另一磁通量可调谐元件的磁通线的杂散电流被分配成通过超导桥连接的第一杂散电流分量和在相应磁通量可调谐元件中循环的第二杂散电流分量，使得所述第一杂散电流分量和所述第二杂散电流分量在相应磁通敏感部分的位置处感应出相互抵消的磁通量。

9.根据权利要求1所述超导电路，其中：

-该超导电路包括围绕该第一磁通量可调谐元件和该第二磁通量可调谐元件的分段超导接地平面，并且

-所述分段超导接地平面的分段由一个或多个间隙限定，该一个或多个间隙防止该多个杂散电流从相应的磁通敏感部分邻近流过。

10.根据权利要求9所述超导电路，其中：

-所述分段超导接地平面包括位于所述第一磁通量可调谐元件与所述第二磁通量可调谐元件之间的中间区段，并且

-该第一磁通线端接到所述中间区段，而该第二磁通线通过所述间隙之一与所述中间区段分开。

11.根据权利要求10所述超导电路，其中，所述间隙中的另一个切断围绕该第二磁通量可调谐元件的从该第二磁通线到所述中间区段的任何圆形电流路径。

12.根据权利要求9所述超导电路，其中：

-所述分段超导接地平面中的间隙将围绕该第一磁通量可调谐元件的第一区段与围绕该第二磁通量可调谐元件的第二区段分开。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的超导电路，包括跨越所述一个或多个间隙中的一个或多个的电容耦合。