CN212693951U - 一种核心超导约瑟夫森结测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于量子芯片技术领域，更具体地说，涉及一种核心超导约瑟夫森结测试装置，其中，所述核心超导约瑟夫森结位于超导量子芯片的衬底上用于构成超导量子比特；所述测试装置包括：辅助超导约瑟夫森结，所述辅助超导约瑟夫森结设置在所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质；测量装置，电连接所述辅助超导约瑟夫森结，用于测量所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数。本装置不仅可以降低测试难度，还可以提高测试结果的准确性和可靠性，也不会对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，有助于提高量子比特和量子芯片的生产效率。

Description

一种核心超导约瑟夫森结测试装置

技术领域

本实用新型属于量子芯片技术领域，更具体地说，涉及一种核心超导约瑟夫森结测试装置。

背景技术

量子芯片是实现量子计算的核心器件，量子芯片上设有多种元器件，其中作为超导量子芯片核心元器件的超导约瑟夫森结(记为核心超导约瑟夫森结)是一种“超导材料层-绝缘层-超导材料层”的三层结构，它用于与对地电容并联以构成超导量子比特。超导约瑟夫森结的性能直接影响超导量子比特整体的性能，因此必须对所制备的超导约瑟夫森结进行检测以确认其性能参数是否合格。

当前对核心超导约瑟夫森结进行检测的装置，通常只局限在测试仪器本身，并不考虑核心超导约瑟夫森结所在的芯片本身。为了实现测试仪器对核心超导约瑟夫森结的性能参数的测量，现有的只局限测试仪器本身的测试装置，在使用的时候，因其结构限制，导致使用存在局限：

比如，需要把量子芯片作为整体，测试仪器在量子芯片外围与量子芯片电连接进行量子芯片整体性能的测试，然后推测量子芯片上的核心超导约瑟夫森结的性能，增加了测试难度，降低了测试结果的准确性；再比如：需要对量子芯片上的核心超导约瑟夫森结进行表面保护膜层的破坏，然后让测试仪器直接电连接核心超导约瑟夫森结进行性能参数测试，在测试后修复核心超导约瑟夫森结进行表面保护膜层获得量子比特。整个过程中，增加了测试难度，降低了测试结果的可靠性，也对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，使其性能受到不可逆的影响，影响量子比特和量子芯片的生产效率。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷和不足，本实用新型提供一种核心超导约瑟夫森结测试装置。

本实用新型的一种实施例提供了一种核心超导约瑟夫森结测试装置，其中，所述核心超导约瑟夫森结位于超导量子芯片的衬底上用于构成超导量子比特；其特征在于，所述测试装置包括：

辅助超导约瑟夫森结，所述辅助超导约瑟夫森结设置在所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质；

测量装置，电连接所述辅助超导约瑟夫森结，用于测量所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述辅助超导约瑟夫森结的超导层上连接有有导电电极，所述导电电极和/或所述辅助超导约瑟夫森结电连接所述测量装置。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述导电电极上和/或所述辅助超导约瑟夫森结的超导层上覆设有导电膜层；

所述导电膜层内可插设用于所述导电电极和/或所述辅助超导约瑟夫森结的超导层与所述测量装置电连接的探针。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述导电膜层为光刻胶和石墨的混合物层；

或者，所述导电膜层为有机半导体材料层；

或者，所述导电膜层为金属层，所述金属层的耐化学腐蚀性弱于所述超导层的耐化学腐蚀性。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述辅助超导约瑟夫森结设置有至少有两个，各所述辅助超导约瑟夫森结围绕所述核心超导约瑟夫森结对称分布；

所述测量装置同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件下的性能参数。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述性能参数包括所述超导约瑟夫森结的电压-电流关系曲线、所述超导约瑟夫森结的电阻之一。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述核心超导约瑟夫森结和各所述辅助超导约瑟夫森结是经相同的制备工艺同步制备形成。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，各所述辅助超导约瑟夫森结之间、及所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结均彼此隔离或通过接地所述衬底连接，

或部分所述辅助超导约瑟夫森结之间、部分所述辅助超导约瑟夫森结与所述核心超导约瑟夫森结通过接地所述衬底连接。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述测量装置包括：

测量条件提供装置，同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于给各所述辅助超导约瑟夫森结提供相同的测量条件；

信号采集处理装置，同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于采集从各所述辅助超导约瑟夫森结反馈的测量信号，并处理各所述测量信号获得各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数；其中，所述测量信号包括测量电压信号和/或测量电流信号。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述测量条件提供装置包括：

测量电压提供装置，电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于同时向各所述辅助超导约瑟夫森结提供测试电压。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述测量条件提供装置还包括：

测试保护电阻，其一端电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，另一端电连接所述测量电压提供装置。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述信号采集处理装置包括锁相放大器；

所述测量条件提供装置，还电连接所述锁相放大器，用于给所述锁相放大器提供用于所述测量信号去噪处理的参考信号；

所述锁相放大器电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于采集所述测量信号，并基于所述参考信号对所述测量信号进行去噪处理获得分别对应各所述辅助超导约瑟夫森结的有效测量信号。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述锁相放大器为多通道锁相放大器；

所述多通道锁相放大器的通道数等于所述辅助超导约瑟夫森结的数量。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述信号采集处理装置还包括第一信号数据处理模块；

所述第一信号数据处理模块，连接所述多通道锁相放大器的输出端，用于对各所述有效测量信号进行处理，获得各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述信号采集处理装置还包括第二信号数据处理模块；

所述第二信号数据处理模块，连接所述第一信号数据处理模块，用于根据各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数。

如上所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，所述信号采集处理装置还包括第三信号数据处理模块；

所述第三信号数据处理模块，连接所述第一信号数据处理模块，用于对各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。

本实用新型的再一实施例提供了一种采用上述所述的测试装置测试核心超导约瑟夫森结的测试方法，其中，所述核心超导约瑟夫森结位于超导量子芯片的衬底上用于构成超导量子比特；所述测试方法包括：

形成辅助超导约瑟夫森结在所述衬底上，其中，所述辅助超导约瑟夫森结，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质；

所述辅助超导约瑟夫森结设置有至少有两个，各所述辅助超导约瑟夫森结围绕所述核心超导约瑟夫森结对称分布；

设置测量装置，所述测量装置同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；

根据各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数。

如上所述的测试方法，所述测试方法还包括：

用于对各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。

如上所述的测试方法，所述测量装置测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数，包括：

在各所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此通过接地所述衬底连接状态，且所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此通过接地所述衬底连接状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；和/或，

在各所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态，且所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；和/或，

在部分所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态，且所述核心超导约瑟夫森结和部分所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数。

相比于现有技术，本实用新型提供的核心超导约瑟夫森结测试装置，不仅包含测量装置，还包含与所述测量装置电连接的辅助超导约瑟夫森结，所述辅助超导约瑟夫森结设置在所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质。所设置的辅助超导约瑟夫森结因与核心超导约瑟夫森结同位于所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质，所以所述辅助超导约瑟夫森结与所述核心超导约瑟夫森结具有相同的性能参数，通过测量装置对辅助超导约瑟夫森结的性能参数测量，可以间接表征核心超导约瑟夫森结的性能参数。该核心超导约瑟夫森结测试装置因其整体不仅包含测量装置，还包括可以间接表征核心超导约瑟夫森结的性能参数的辅助超导约瑟夫森结，使用起来，相比现有技术采用的核心超导约瑟夫森结检测装置，大大降低了局限性，不仅可以降低测试难度，还可以提高测试结果的准确性和可靠性，也不会对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，避免量子比特基及量子芯片的性能受到不可逆的影响，有助于提高量子比特和量子芯片的生产效率。

附图说明

图1为本申请的一种实施例提供的一种核心超导约瑟夫森结测试装置示意图；

图2为本实施例的辅助超导约瑟夫森结的超导层上连接有导电电极以及设置导电膜层的示意图；

图3为本实施例的测量装置与一个辅助超导约瑟夫森结的连接电路原理以及数据处理示意图；

图4为本申请的再一实施例提供的一种所述的核心超导约瑟夫森结测试方法。

图中：1、衬底；2、核心超导约瑟夫森结；3、辅助超导约瑟夫森结、31、导电电极；32、导电膜层；33、探针；4、测量装置；41、测量条件提供装置；411、测量电压提供装置；412、测试保护电阻；42、信号采集处理装置；421、锁相放大器；422、第一信号数据处理模块；423、第二信号数据处理模块；424、第三信号数据处理模块。

具体实施方式

量子芯片是实现量子计算的核心器件，量子芯片上设有多种元器件，其中作为超导量子芯片核心元器件的超导约瑟夫森结(记为核心超导约瑟夫森结)是一种“超导材料层-绝缘层-超导材料层”的三层结构，它用于与对地电容并联以构成超导量子比特。超导约瑟夫森结的性能直接影响超导量子比特整体的性能，因此必须对所制备的超导约瑟夫森结进行检测以确认其性能参数是否合格。如何简单、高效、准确和无破坏地测试核心超导约瑟夫森结的性能参数是本领域技术人员一直研究的问题。

当前对核心超导约瑟夫森结进行检测的装置，通常只局限在测试仪器本身，并不考虑核心超导约瑟夫森结所在的芯片本身。为了实现测试仪器对核心超导约瑟夫森结的性能参数的测量，现有的只局限测试仪器本身的测试装置，在使用的时候，因其结构限制，导致使用存在局限：

比如，需要把量子芯片作为整体，测试仪器在量子芯片外围与量子芯片电连接进行量子芯片整体性能的测试，然后推测量子芯片上的核心超导约瑟夫森结的性能，增加了测试难度，降低了测试结果的准确性；再比如：需要对量子芯片上的核心超导约瑟夫森结进行表面保护膜层的破坏，然后让测试仪器直接电连接核心超导约瑟夫森结进行性能参数测试，在测试后修复核心超导约瑟夫森结进行表面保护膜层获得量子比特。整个过程中，降低了测试结果的可靠性，也对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，使其性能受到不可逆的影响，影响量子比特和量子芯片的生产效率。

针对现有技术造成的困扰，本申请人经过大量工作和验证，提供一种可以解决上述困扰的核心超导约瑟夫森结测试装置、测试方法。

具体如图1所示，本申请的一种实施例提供了一种核心超导约瑟夫森结测试装置，所述测试装置包括辅助超导约瑟夫森结3和测量装置4。

其中，所述核心超导约瑟夫森结2位于超导量子芯片的衬底1上用于构成超导量子比特；所述辅助超导约瑟夫森结3设置在所述衬底1上，位于所述核心超导约瑟夫森结2的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结2具有完全一致的结构、尺寸和材质；测量装置4电连接所述辅助超导约瑟夫森结3，用于测量所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数。

相比于现有技术，本实用新型提供的核心超导约瑟夫森结测试装置，不仅包含测量装置4，还包含与所述测量装置4电连接的辅助超导约瑟夫森结3，所述辅助超导约瑟夫森结3设置在所述衬底1上，位于所述核心超导约瑟夫森结2的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结2具有完全一致的结构、尺寸和材质。所设置的辅助超导约瑟夫森结3因与核心超导约瑟夫森结2同位于所述衬底1上，位于所述核心超导约瑟夫森结2的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结2具有完全一致的结构、尺寸和材质，所以所述辅助超导约瑟夫森结3与所述核心超导约瑟夫森结2具有相同的性能参数，通过测量装置4对辅助超导约瑟夫森结3的性能参数测量，可以间接表征核心超导约瑟夫森结2的性能参数。该核心超导约瑟夫森结测试装置因其整体不仅包含测量装置4，还包括可以间接表征核心超导约瑟夫森结2的性能参数的辅助超导约瑟夫森结3，使用起来，相比现有技术采用的核心超导约瑟夫森结检测装置，大大降低了局限性，不仅可以降低测试难度，还可以提高测试结果的准确性和可靠性，也不会对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，避免其性能受到不可逆的影响，有助于提高量子比特和量子芯片的生产效率。

作为本实施例的一种实施，如图2所示的辅助超导约瑟夫森结的超导层上连接有导电电极以及设置导电膜层的示意图，所述辅助超导约瑟夫森结3的超导层上连接有导电电极31，所述导电电极31和/或所述辅助超导约瑟夫森结3电连接所述测量装置4。因为辅助超导约瑟夫森结3结构尺寸小的限制，在辅助超导约瑟夫森结3的超导层上连接有导电电极31，有助于提高测量装置4与辅助超导约瑟夫森结3连接的方便性，降低测试难度。

在具体设置的时候，导电电极31可以通过超导材料直接制备，可以直接覆盖超导层，也可以与超导层并排设置，然后实现所述导电电极31和/或所述辅助超导约瑟夫森结3电连接所述测量装置4。本实施例优选导电电极31与超导层并排设置，可以起到增大整体对外可用接触面积的效果。

进一步的参阅图2所示，所述导电电极31上和/或所述辅助超导约瑟夫森结3的超导层上覆设有导电膜层32；所述导电膜层32内可插设用于所述导电电极31和/或所述辅助超导约瑟夫森结3的超导层与所述测量装置4电连接的探针33。

在设置的时候，导电膜层32的面积可以进一步覆盖导电电极31、导电电极31和/或辅助超导约瑟夫森结3。探针33插设进入导电膜层32与导电电极31和/或辅助超导约瑟夫森结3的超导层接触实现电连接。

导电膜可以在探针33与导电电极31和/或辅助超导约瑟夫森结3的超导层接触实现电连接的过程中起到导电和固定作用，进而克服探针33直接与导电电极31和/或辅助超导约瑟夫森结3接触实现电连接的不稳固等问题。

整体的通过导电膜层32的设置，进一步提高测量装置4与辅助超导约瑟夫森结3连接的方便性，降低测试难度。同时导电膜层32实现超导约瑟夫森结与探针33的电接触并保护超导约瑟夫森结不受探针33损伤，实现非破坏性接触性测试。该结构和方法整体简单，成本低廉，测试效率高。

以上所采用的所述导电膜层32可以为光刻胶和石墨的混合物层、或为有机半导体材料层、或为金属层。当为金属层时，所述金属层的耐化学腐蚀性弱于所述超导层的耐化学腐蚀性。以上材质的选择，不仅保证测试过程的方便顺利实现，更是考虑了测试完成之后，导电膜层32的后续处理不影响量子芯片的整体性能，即保障测试设置不影响量子芯片的整体性能的效果。

示例性的，选择光刻胶和石墨的混合物层作为导电膜层32时，在测试完成之后，可以利用丙酮去除光刻胶，将石墨在乙醇中分散并超声，采用氧气焚烧剩余的石墨，并进行清洗，从而由量子芯片测试结构直接形成量子芯片。

再示例性的，选择有机半导体材料层作为导电膜层32时，在测试完成之后，可以采用有机溶剂去除所述有机半导体材料层，并进行清洗，从而由量子芯片测试结构直接形成量子芯片。

再示例性的，选择金属层作为导电膜层32时，需要所述金属层的耐化学腐蚀性弱于所述超导层的耐化学腐蚀性，在测试完成之后，可以利用采用湿法刻蚀工艺剥离所述金属层，并进行清洗，从而由量子芯片测试结构直接形成量子芯片。

作为本实施例的一种实施，所述辅助超导约瑟夫森结3设置有至少有两个，各所述辅助超导约瑟夫森结3围绕所述核心超导约瑟夫森结2对称分布；所述测量装置4同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，用于测量各所述辅助超导约瑟夫森结3在相同测量条件下的性能参数。

所述辅助超导约瑟夫森结3设置有至少有两个，测量装置4同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，并测量各所述辅助超导约瑟夫森结3在相同测量条件下的性能参数，可以保证对核心超导约瑟夫森结2的性能参数间接表征结果的准确性和可靠性。同时，各所述辅助超导约瑟夫森结3围绕所述核心超导约瑟夫森结2对称分布，有助于保证各所述辅助超导约瑟夫森结3本身参数性能的一致性。

可以理解的是，超导约瑟夫森结是三层SIS(Superconductivity-insulation–superconductivity，超导-绝缘-超导)结构，该结构具有超导隧穿效应，超导隧穿效应的呈现与否和所施加的电压有关，进而使得对该三层结构的测量可以选择动态参数进行测量，例如超导约瑟夫森结的电压-电流关系曲线，也可以进行固定参数的测量，所述超导约瑟夫森结的电阻。本领域技术人员可以根据自己需要进行设置，本实施例并不做具体限制。

进一步，不仅为保证辅助超导约瑟夫森结3和所述核心超导约瑟夫森结2具有完全一致的结构、尺寸和材质的效果，还为保证辅助超导约瑟夫森结3和所述核心超导约瑟夫森结2性能参数的一致性，本实施例的所述核心超导约瑟夫森结2和各所述辅助超导约瑟夫森结3可以是经相同的制备工艺同步制备形成。

需要说明的是，在量子芯片运行时，量子芯片的衬底1的接地以及量子芯片尽量少受外围信号干扰是保证量子芯片良好运行的一个前提，为使得测量结果尽量反映核心超导约瑟夫森结2运行状态下的性能，可以在设置测试装置的时候，针对性的设置量子芯片部分。

示例性的，各所述辅助超导约瑟夫森结3之间、及所述核心超导约瑟夫森结2和所述辅助超导约瑟夫森结3均彼此隔离或通过接地所述衬底1连接。

比如各所述辅助超导约瑟夫森结3之间、及所述核心超导约瑟夫森结2和所述辅助超导约瑟夫森结3彼此通过接地所述衬底1连接，此时，通过对所述辅助超导约瑟夫森结3进行性能参数测量，并通过测量结果表征核心超导约瑟夫森结2；和/或，设置各所述辅助超导约瑟夫森结3之间、及所述核心超导约瑟夫森结2和所述辅助超导约瑟夫森结3均彼此隔离，此时，在通过对所述辅助超导约瑟夫森结3进行性能参数测量，并通过测量结果表征核心超导约瑟夫森结2；和/或者设置部分所述辅助超导约瑟夫森结3与核心超导约瑟夫森结2通过接地所述衬底1连接，此时，在通过对所述辅助超导约瑟夫森结3进行性能参数测量，并通过测量结果表征核心超导约瑟夫森结2。通过以上思路，针对性的进行精细测量结果表征，提高表征结果的有效性和可靠性。

需要说明的是，以上过程的设置，均是基于隔离和/或通过衬底接地连接。具体设置方式，本实施并不做具体限制。本实施例只保护基于隔离和/或通过衬底连接来进行辅助超导约瑟夫森结3性能参数测量，以提高通过辅助超导约瑟夫森结3性能参数测量结果表征核心超导约瑟夫森结2方法的可靠性性和准确性。

需要说明的是，为实现对至少两个所述辅助超导约瑟夫森结3在相同测量条件下的性能参数的测量，本实施例所采用的测量装置4从结构到测量信号的处理过程均需要针对性设置。

进一步的，请参阅图3所示的测量装置与一个辅助超导约瑟夫森结的连接电路原理以及数据处理示意图，本实施例所所述测量装置4包括：测量条件提供装置41和信号采集处理装置42。

其中，测量条件提供装置41同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，用于给各所述辅助超导约瑟夫森结3提供相同的测量条件；信号采集处理装置42同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，用于采集从各所述辅助超导约瑟夫森结3反馈的测量信号，并处理各所述测量信号获得各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数；其中，所述测量信号包括测量电压信号和/或测量电流信号。

具体的，可进一步参阅图3所示，所述测量条件提供装置41包括测量电压提供装置411，测量电压提供装置411电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，用于同时向各所述辅助超导约瑟夫森结3提供测试电压。在具体实施的时候，测量电压提供装置411可以为电压源装置。

进一步参阅图3所示，所述测量条件提供装置41还包括测试保护电阻412，测试保护电阻412的一端电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，另一端电连接所述测量电压提供装置411。测量电压提供装置411、辅助超导约瑟夫森结3以及测试保护电阻412整体形成一个回路，通过测试保护电阻412可以保护辅助超导约瑟夫森结3。

基于超导约瑟夫森结的性能参数值通常较小，易被掩埋在噪声信号中的特点，本实施例中，请参阅图3所示，用于超导约瑟夫森结的性能参数测试装置的信号采集处理装置42可以是包含锁相放大器421的仪器。此时，所述测量条件提供装置41还电连接所述信号采集处理装置42，用于给所述信号采集处理装置42提供用于所述测量信号去噪处理的参考信号；即给信号采集处理装置42中的锁相放大器421提供用于所述测量信号去噪处理的参考信号；所述锁相放大器421电连接各所述辅助超导约瑟夫森结3，用于采集所述测量信号，并基于所述参考信号对所述测量信号进行去噪处理获得分别对应各所述辅助超导约瑟夫森结3的有效测量信号。

在具体实施的时候，所述锁相放大器421为多通道锁相放大器421；具体的所述多通道锁相放大器421的通道数等于所述辅助超导约瑟夫森结3的数量，以保证各所述辅助超导约瑟夫森结3的测量信号被单独采集处理。

进一步的，请参阅图3所示，所述信号采集处理装置42还包括第一信号数据处理模块422；所述第一信号数据处理模块422连接所述多通道锁相放大器421的输出端，用于对各所述有效测量信号进行处理，获得各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数。

需要说明的，具体的有效测量信号进行处理获得各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数的过程，可以根据设置所需要的性能参数以及测量信号的类型进行。

示例性的，测量信号是电压信号和电流信号，需要的性能参数为电压-电流关系曲线，则直接绘制曲线即可。再示例性的，测量信号是电压信号和电流信号，需要的性能参数为电阻，则根据电压-电流-电阻三者关系进行信号处理即可。

进一步的，请参阅图3所示，所述信号采集处理装置42还包括第二信号数据处理模块423；所述第二信号数据处理模块423连接所述第一信号数据处理模块422，用于根据各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结2的性能参数。

由于设置至少两个所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数，通过各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结2的性能参数，可以通过信号数据平均减少测量误差，进而降低仅通过单个辅助超导约瑟夫森结3的性能参数获得所述核心超导约瑟夫森结2的性能参数的不可靠性。

进一步的，请参阅图3所示，当设置至少三个所述辅助超导约瑟夫森结3时，所述信号采集处理装置42还可以包括第三信号数据处理模块424；所述第三信号数据处理模块424连接所述第一信号数据处理模块422，用于对各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。当设置至少三个所述辅助超导约瑟夫森结3时，可以通过对各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。示例性的，当测量获得的各所述辅助超导约瑟夫森结3的性能参数一致，或处于预设误差范围内，则验证了各所述性能参数测试结果是准确的，也验证了该测试装置的准确性、有效性和可靠性。

本实施例提供的核心超导约瑟夫森结测试装置能够简单、高效、准确和无破坏地测试核心超导约瑟夫森结2的性能参数，且保证测试后量子芯片的性能，

另外，如图4所示，本申请的再一实施例提供了一种所述的核心超导约瑟夫森结测试方法，其中，所述核心超导约瑟夫森结位于超导量子芯片的衬底上用于构成超导量子比特；所述测试方法包括：

步骤S1、形成辅助超导约瑟夫森结在所述衬底上，其中，所述辅助超导约瑟夫森结，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质；

所述辅助超导约瑟夫森结设置有至少有两个，各所述辅助超导约瑟夫森结围绕所述核心超导约瑟夫森结对称分布。

步骤S2、设置测量装置，所述测量装置同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；

步骤S3、根据各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数。

本实用新型提供的核心超导约瑟夫森结测试方法，不仅设置测量装置，还设置与所述测量装置电连接的辅助超导约瑟夫森结，所述辅助超导约瑟夫森结设置在所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质，通过测量装置同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；并根据各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数。整个过程中，由于所设置的辅助超导约瑟夫森结因与核心超导约瑟夫森结同位于所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质，所以所述辅助超导约瑟夫森结与所述核心超导约瑟夫森结具有相同的性能参数，通过测量装置对辅助超导约瑟夫森结的测量获得的性能参数测量结果，可以间接表征核心超导约瑟夫森结的性能参数。同时由于设置至少两个围绕所述核心超导约瑟夫森结对称分布的所述辅助超导约瑟夫森结，并获得辅助超导约瑟夫森结的性能参数，通过各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数，从源头和测试过程保证测试结果的可靠性和准确性。

整个测试过程，难度低，测试结果的准确性和可靠性高，也不会对该核心超导约瑟夫森结所在的超导量子比特的完整性造成破坏，避免其性能受到不可逆的影响，有助于提高量子比特和量子芯片的生产效率。

进一步的，当设置至少三个所述辅助超导约瑟夫森结时，所述测试方法还包括：

步骤S4、对各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。

当设置至少三个所述辅助超导约瑟夫森结时，可以通过对各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数测试结果的准确性。示例性的，当测量获得的各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数一致，或处于预设误差范围内，则验证了各所述性能参数测试结果是准确的，也验证了该测试方法的准确性、有效性和可靠性。

进一步的，所述测量装置测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数，包括：

在各所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此通过接地所述衬底连接状态，且所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此通过接地所述衬底连接状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；和/或，

在各所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态，且所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数；和/或，

在部分所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态，且所述核心超导约瑟夫森结和部分所述辅助超导约瑟夫森结处于彼此隔离状态时，测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件的性能参数。

通过以上思路，针对性的进行精细测量结果表征，提高表征结果的有效性和可靠性。需要说明的是，以上过程的设置，均是基于隔离和/或通过衬底1接地连接。具体设置方式，本实施并不做具体限制。本实施例只保护基于隔离和/或通过衬底连接来进行辅助超导约瑟夫森结3性能参数测量，以提高通过辅助超导约瑟夫森结3性能参数测量结果表征核心超导约瑟夫森结2方法的可靠性性和准确性。以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (16)

1.一种核心超导约瑟夫森结测试装置，其中，所述核心超导约瑟夫森结位于超导量子芯片的衬底上用于构成超导量子比特；其特征在于，所述测试装置包括：

辅助超导约瑟夫森结，所述辅助超导约瑟夫森结设置在所述衬底上，位于所述核心超导约瑟夫森结的附近，且与所述核心超导约瑟夫森结具有完全一致的结构、尺寸和材质；

测量装置，电连接所述辅助超导约瑟夫森结，用于测量所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数。

2.根据权利要求1所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，

所述辅助超导约瑟夫森结的超导层上连接有有导电电极，所述导电电极和/或所述辅助超导约瑟夫森结电连接所述测量装置。

3.根据权利要求2所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于：所述导电电极上和/或所述辅助超导约瑟夫森结的超导层上覆设有导电膜层；

所述导电膜层内可插设用于所述导电电极和/或所述辅助超导约瑟夫森结的超导层与所述测量装置电连接的探针。

4.根据权利要求3所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，

所述导电膜层为有机半导体材料层；

或者，所述导电膜层为金属层，所述金属层的耐化学腐蚀性弱于所述超导层的耐化学腐蚀性。

5.根据权利要求1-4任一项所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述辅助超导约瑟夫森结设置有至少有两个，各所述辅助超导约瑟夫森结围绕所述核心超导约瑟夫森结对称分布；

所述测量装置同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于测量各所述辅助超导约瑟夫森结在相同测量条件下的性能参数。

6.根据权利要求5所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述性能参数包括所述超导约瑟夫森结的电压-电流关系曲线、所述超导约瑟夫森结的电阻之一。

7.根据权利要求5所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述核心超导约瑟夫森结和各所述辅助超导约瑟夫森结是经相同的制备工艺同步制备形成。

8.根据权利要求5所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，各所述辅助超导约瑟夫森结之间、及所述核心超导约瑟夫森结和所述辅助超导约瑟夫森结均彼此隔离或通过接地所述衬底连接，

或部分所述辅助超导约瑟夫森结之间、部分所述辅助超导约瑟夫森结与所述核心超导约瑟夫森结通过接地所述衬底连接。

9.根据权利要求5所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述测量装置包括：

测量条件提供装置，同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于给各所述辅助超导约瑟夫森结提供相同的测量条件；

信号采集处理装置，同时电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于采集从各所述辅助超导约瑟夫森结反馈的测量信号，并处理各所述测量信号获得各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数；其中，所述测量信号包括测量电压信号和/或测量电流信号。

10.根据权利要求9所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述测量条件提供装置包括：

测量电压提供装置，电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于同时向各所述辅助超导约瑟夫森结提供测试电压。

11.根据权利要求10所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述测量条件提供装置还包括：

测试保护电阻，其一端电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，另一端电连接所述测量电压提供装置。

12.根据权利要求9所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述信号采集处理装置包括锁相放大器；

所述测量条件提供装置，还电连接所述锁相放大器，用于给所述锁相放大器提供用于所述测量信号去噪处理的参考信号；

所述锁相放大器电连接各所述辅助超导约瑟夫森结，用于采集所述测量信号，并基于所述参考信号对所述测量信号进行去噪处理获得分别对应各所述辅助超导约瑟夫森结的有效测量信号。

13.根据权利要求12所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述锁相放大器为多通道锁相放大器；

所述多通道锁相放大器的通道数等于所述辅助超导约瑟夫森结的数量。

14.根据权利要求13所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述信号采集处理装置还包括第一信号数据处理模块；

所述第一信号数据处理模块，连接所述多通道锁相放大器的输出端，用于对各所述有效测量信号进行处理，获得各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数。

15.根据权利要求14所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述信号采集处理装置还包括第二信号数据处理模块；

所述第二信号数据处理模块，连接所述第一信号数据处理模块，用于根据各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数的平均性能获得所述核心超导约瑟夫森结的性能参数。

16.根据权利要求14所述的核心超导约瑟夫森结测试装置，其特征在于，所述信号采集处理装置还包括第三信号数据处理模块；

所述第三信号数据处理模块，连接所述第一信号数据处理模块，用于对各所述辅助超导约瑟夫森结的性能参数进行一致性比较处理，且通过比较结果判断各所述性能参数的测试结果的准确性。

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