CN219811366U - 一种磁通调控结构及量子计算芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种磁通调控结构及量子计算芯片，属于超导电路领域。所述磁通调控结构提供的磁通调控结构，通过第一超导层和第二超导层将磁通调控信号线划分成两层结构，在第一超导层形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导体和位于所述中心导体两侧的接地层，再利用第二超导层电连接所述中心导体的一端和所述接地层实现接地，两层结构形式的磁通调控结构，方便分步形成，这便于对尚未接地的中心导体进行电学检测，进而确定是否有异常接地而短路的问题。
Description
技术领域
本申请属于超导电路领域，尤其是超导量子计算技术领域，特别地，本申请涉及一种磁通调控结构及量子计算芯片。
背景技术
位于量子芯片上的量子比特是执行量子计算的基本单元。在超导量子计算体系中，在量子比特周围存在多种不同功能的传输线。为确保量子芯片的质量，各传输线一般需要经过电学检测，以确定是否存在短路或断路。而量子比特的磁通调控信号线，由于设计上即是一端接地的结构形式，这给磁通调控信号线的电学检测带来不确定性，尤其是难以确定是否有异常接地而短路的问题。
实用新型内容
本申请的目的是提供一种磁通调控结构及量子计算芯片，以解决现有技术中难以确定是否有异常接地而短路的问题。
本申请的一个实施例提供了一种磁通调控结构，包括：
第一超导层，形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导体和位于所述中心导体两侧的接地层；以及第二超导层，电连接所述中心导体的一端和所述接地层。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，在所述一端和所述接地层之间形成有延伸连接区，所述第二超导层位于所述延伸连接区。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，所述延伸连接区的延伸方向与所述中心导体的延伸方向不同。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，所述中心导体的另一端形成有焊盘。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，所述第二超导层部分的覆盖所述一端和所述接地层。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，所述一端和所述接地层被覆盖的表面不包含氧化膜。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，在所述中心导体的延伸方向还包括修复区间，且在所述修复区间内所述中心导体与所述接地层的间距，大于在其他区间内的所述中心导体与所述接地层的间距。
如上所述的磁通调控结构，在一些实施例中，在所述修复区间内的所述接地层向远离所述中心导体的一侧凹陷。
本申请的另一个实施例提供了一种量子计算芯片，包括：超导量子干涉装置；以及，如上所述的磁通调控结构，且所述第二超导层与所述超导量子干涉装置耦合以调控所述超导量子干涉装置的磁通量。
与现有技术相比，本申请提供的磁通调控结构，通过第一超导层和第二超导层将磁通调控信号线划分成两层结构，在第一超导层形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导体和位于所述中心导体两侧的接地层，再利用第二超导层电连接所述中心导体的一端和所述接地层实现接地，两层结构形式的磁通调控结构，方便分步形成，这便于对尚未接地的中心导体进行电学检测，进而确定是否有异常接地而短路的问题。
附图说明
图1为本申请的一个实施例提供的磁通调控结构的结构示意图。
附图标记说明：
1－第一超导层，11－中心导体，12－接地层，111－接地端，112焊盘；
2－第二超导层，3－延伸连接区，4－超导量子干涉装置。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请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。
另外，应该理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。
量子计算是一门从基本量子力学原理的角度去考虑计算过程的新学科，量子计算机的实现需要遵循量子力学规律的量子比特作为基本单元，即量子比特作为一个遵循量子力学规律的二能级系统，可以处于0和1的任意叠加状态。根据构建量子比特所采用的不同物理体系，量子比特在物理实现方式上包括不同的体系。超导体系的的量子芯片包含量子比特和微波谐振腔等超导电路结构。量子比特是利用电容和具有非线性电感特性的约瑟夫森结和构成的二能级系统。
在量子比特周围存在多种不同功能的传输线，如对量子比特进行XY旋转操作的驱动控制信号线(xy-control line，又称xy控制线或脉冲调控信号线)、用于量子比特间耦合连接的BUS线、与量子比特的读取谐振腔形成耦合的读取信号线。另外，对量子比特进行Z旋转操作由超导量子干涉装置(squid)附近的控制信号，即磁通调控信号线(z-controlline，又称z控制信号线或频率调控信号线)，通常布置于超导量子干涉装置(squid)附近并激励电流，通过磁通与超导量子干涉装置(squid)相互耦合。为确保量子芯片的质量，各传输线一般需要经过电学检测，以确定是否存在短路或断路。而由于磁通调控信号线在设计上即是一端接地的结构形式，该结构形式在工艺制备时通常是对超导层一次图形化后获得的一层结构，这种形式给磁通调控信号线的电学检测带来不确定性，尤其是难以确定是否有异常接地而短路的问题。具体的，在该磁通调控信号线一端接地的情况下，难以通过电学检测确定是否还有其他位置接地。
为此，本申请的实施例提供了一种磁通调控结构，它将相关技术中通常采用一次图形化制备的一层结构划分成两层结构，其中起到接地作用的单独作为一层，从而可以分别制备，便于电学检测，以解决现有技术中难以确定是否有异常接地而短路的问题。
图1为本申请的一个实施例提供的磁通调控结构的结构示意图。
结合图1所示，本申请的实施例提供的一种磁通调控结构，包括：第一超导层1，在第一超导层1形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导体11和位于所述中心导体11两侧的接地层12；以及第二超导层2，在独立于形成共面波导传输线的步骤中制备，用于电连接所述中心导体11的一端和所述接地层12。本申请提供的磁通调控结构，通过第一超导层1和第二超导层2将相关技术中的磁通调控信号线划分成两层结构，在第一超导层1形成有共面波导传输线，再利用第二超导层2电连接共面波导传输线的中心导体11的一端和所述接地层12实现接地，两层结构形式的磁通调控结构，方便分步形成，这便于对尚未接地的中心导体11进行电学检测，进而确定是否有异常接地而短路的问题。需要说明的是，图1示意性的表示了共面波导传输线的部分结构，为了突出本申请的重点，两虚线间的部分结构被省略，实际上，共面波导传输线在两虚线间连续延伸，其轨迹可以是直线型，也可以是圆滑的曲线型。
在一些实施例中，在所述一端和所述接地层12之间形成有延伸连接区3，所述第二超导层2位于所述延伸连接区3以在期望的区域产生磁场。示例性的，结合图1所示，磁通调控结构通常设置在超导量子干涉装置4附近，以使磁通调控结构产生穿过超导量子干涉装置4的磁场，为此可以使所述延伸连接区3的延伸方向与所述中心导体11的延伸方向不同，所述中心导体11的延伸方向可以根据所述中心导体11的两端连线确定，而所述延伸连接区3的延伸方向则可根据所述延伸连接区3的起始和终止位置确定，在所述中心导体11的另一端形成有焊盘112，并借助中心导体11将信号输入端引至量子芯片的边缘，借助在延伸连接区3的第二超导层2产生穿过超导量子干涉装置4的磁场。在一示例中，超导量子干涉装置4包括两个约瑟夫森结，而延伸连接区3的延伸方向可以与该两个约瑟夫森结所在位置的连线平行。
为了确保形成良好的物理和电接触，所述第二超导层2部分的覆盖所述一端和所述接地层12。在一个实施例中，所述一端和所述接地层12被覆盖的表面不包含氧化膜，以避免氧化膜对电接触的阻隔。具体的，在形成第二超导层2覆盖之前，可以先进行离子刻蚀工艺将所述接地端111和所述接地层12被覆盖区域的表面氧化膜打磨去除。
在经过一次电学检测发现异常接地后，该磁通调控结构还需要经过修复工艺，可以理解的是，该异常所处的位置形成有粘连所述中心导体11和所述接地层12的导电膜，异常接地也正是由该导电膜引起，前文描述的修复工艺是为了去除该导电膜以消除异常接地。在一些实施例中，沿着所述中心导体11的延伸方向，共面波导传输线还包括经过修复工艺后形成的修复区间，且在所述修复区间内所述中心导体11与所述接地层12的间距，大于在其他区间内的所述中心导体11与所述接地层12的间距。在一实施例中，在所述修复区间内的所述接地层12向远离所述中心导体11的一侧凹陷。
本申请实施例的另一方面提供了一种量子计算芯片，包括：超导量子干涉装置4；以及，如上所述的磁通调控结构，且所述第二超导层2与所述超导量子干涉装置4耦合以调控所述超导量子干涉装置4的磁通量。
超导层可以由在等于或低于临界温度的温度时，例如在大约10－100毫开尔文(mK)或大约4K时，展现超导特性的超导体材料形成，例如铝、铌、钽或氮化钛等等，具体实施时不限于这几种，在等于或低于临界温度的温度时展现超导特性的材料均可用于形成超导层。
这里需要指出的是：以上在量子计算芯片中形成的磁通调控结构与上述磁通调控结构实施例中的结构类似，并具有同上述磁通调控结构实施例相同的有益效果，因此不做赘述。对于本申请量子计算芯片实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照上述磁通调控结构的描述而理解，为节约篇幅，这里不再赘述。
本申请实施例提供的磁通调控结构的制造可能需要沉积一种或多种材料，例如超导体、电介质和/或金属。取决于所选择的材料，这些材料可以使用诸如化学气相沉积、物理气相沉积(例如，蒸发或溅射)的沉积工艺或外延技术以及其他沉积工艺来沉积，示例性的，包括离子束辅助沉积法(IBAD)、真空蒸发镀膜法(Evaporation)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、化学气相沉积法(CVD)、溶胶－凝胶法(sol－gel)以及磁控溅射镀膜法(Magnetron25Sputtering)等。本申请实施例描述的磁通调控结构可能需要在制造过程期间从器件去除一种或多种材料。取决于要去除的材料，去除工艺可以包括例如湿蚀刻技术、干蚀刻技术或剥离(lift－off)工艺。可以使用已知的曝光(lithographic)技术(例如，光刻或电子束曝光)对形成本文所述的电路元件的材料进行图案化。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，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，均应在本申请的保护范围内。
Claims (9)
1.一种磁通调控结构，其特征在于，包括：
第一超导层，形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导体和位于所述中心导体两侧的接地层；
第二超导层，电连接所述中心导体的一端和所述接地层。
2.根据权利要求1所述的磁通调控结构，其特征在于，在所述一端和所述接地层之间形成有延伸连接区，所述第二超导层位于所述延伸连接区。
3.根据权利要求2所述的磁通调控结构，其特征在于，所述延伸连接区的延伸方向与所述中心导体的延伸方向不同。
4.根据权利要求1所述的磁通调控结构，其特征在于，所述中心导体的另一端形成有焊盘。
5.根据权利要求1所述的磁通调控结构，其特征在于，所述第二超导层部分的覆盖所述一端和所述接地层。
6.根据权利要求5所述的磁通调控结构，其特征在于，所述一端和所述接地层被覆盖的表面不包含氧化膜。
7.根据权利要求1所述的磁通调控结构，其特征在于，在所述中心导体的延伸方向还包括修复区间，且在所述修复区间内所述中心导体与所述接地层的间距，大于在其他区间内的所述中心导体与所述接地层的间距。
8.根据权利要求7所述的磁通调控结构，其特征在于，在所述修复区间内的所述接地层向远离所述中心导体的一侧凹陷。
9.一种量子计算芯片，其特征在于，包括：
超导量子干涉装置；以及，
权利要求1至8任一项所述的磁通调控结构，且所述第二超导层与所述超导量子干涉装置耦合以调控所述超导量子干涉装置的磁通量。
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