JP2022154920A - Quantum computing device and manufacturing method for the same - Google Patents

Quantum computing device and manufacturing method for the same Download PDF

Info

Publication number
JP2022154920A
JP2022154920A JP2021058191A JP2021058191A JP2022154920A JP 2022154920 A JP2022154920 A JP 2022154920A JP 2021058191 A JP2021058191 A JP 2021058191A JP 2021058191 A JP2021058191 A JP 2021058191A JP 2022154920 A JP2022154920 A JP 2022154920A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
quantum
cooling source
cooling
arithmetic device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021058191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
雅之 細田
Masayuki Hosoda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2021058191A priority Critical patent/JP2022154920A/en
Publication of JP2022154920A publication Critical patent/JP2022154920A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

To provide a quantum computing device capable of increasing the number of quantum bits without improving the cooling capacity of a cooling source, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: The quantum computing device includes: a first substrate; a second substrate; a quantum chip provided on the first substrate and including a plurality of quantum bit units functioning as a quantum bit; a transmission unit provided on the second substrate and transmitting a microwave control signal controlling the plurality of quantum bit units to the plurality of quantum bits through a space; a first cooling source for cooling the first substrate; and a second cooling source for cooling the second substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、量子演算装置及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a quantum arithmetic device and a manufacturing method thereof.

超伝導量子ビットを用いた量子演算装置について検討が行われている。超伝導の実現のために、また熱に起因するノイズを低減するために、希釈冷凍機等の冷却能力が極めて高い冷却源が用いられている。 Quantum computing devices using superconducting qubits are being investigated. In order to achieve superconductivity and to reduce heat-induced noise, a cooling source with extremely high cooling capacity, such as a dilution refrigerator, is used.

特開2020-61554号公報JP 2020-61554 A 特開2020-61447号公報JP 2020-61447 A 国際公開第2020/075150号WO2020/075150

量子演算装置の高機能化には、内蔵する量子ビットの数を増やすことが有効である。しかしながら、量子ビットの数の増加に伴って量子ビットを制御する制御線の数も増加し、制御線を通じて量子ビットを含む量子チップに熱が流入しやすくなる。このため、従来の技術では、冷却能力を更に向上しなければ量子ビットの数を増やすことが困難である。 Increasing the number of built-in qubits is effective in increasing the functionality of quantum arithmetic devices. However, as the number of qubits increases, the number of control lines for controlling the qubits also increases, and heat tends to flow into the quantum chip including the qubits through the control lines. For this reason, with conventional technology, it is difficult to increase the number of qubits without further improving the cooling capacity.

本開示の目的は、冷却源の冷却能力を向上せずとも量子ビットの数を増加できる量子演算装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a quantum arithmetic device capable of increasing the number of quantum bits without improving the cooling capacity of a cooling source, and a method of manufacturing the same.

本開示の一形態によれば、第1基板と、第2基板と、前記第1基板に設けられ、それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部を含む量子チップと、前記第2基板に設けられ、前記複数の量子ビット部を制御するマイクロ波の制御信号を、空間を介して前記複数の量子ビットに向けて送出する送出部と、前記第1基板を冷却する第1冷却源と、前記第2基板を冷却する第2冷却源と、を有する量子演算装置が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a first substrate, a second substrate, a quantum chip provided on the first substrate and including a plurality of qubit units each functioning as a quantum bit, and on the second substrate a sending unit provided to send a microwave control signal for controlling the plurality of qubit units toward the plurality of qubits through space; a first cooling source for cooling the first substrate; and a second cooling source for cooling the second substrate.

本開示によれば、冷却源の冷却能力を向上せずとも量子ビットの数を増加できる。 According to the present disclosure, the number of qubits can be increased without increasing the cooling capacity of the cooling source.

第1実施形態に係る量子演算装置を示す図である。1 is a diagram showing a quantum arithmetic device according to a first embodiment; FIG. 第2実施形態に係る量子演算装置を示す図である。It is a figure which shows the quantum arithmetic apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る量子演算装置を示す図である。It is a figure which shows the quantum arithmetic apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る量子演算装置を示す図である。It is a figure which shows the quantum arithmetic apparatus which concerns on 4th Embodiment.

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。 Embodiments of the present disclosure will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration may be denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は、量子演算装置に関する。図1は、第1実施形態に係る量子演算装置を示す図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. The first embodiment relates to a quantum arithmetic device. FIG. 1 is a diagram showing a quantum arithmetic device according to the first embodiment.

図1に示すように、第1実施形態に係る量子演算装置100は、量子回路基板110と、制御波形送出基板120と、制御部130とを有する。 As shown in FIG. 1, the quantum arithmetic device 100 according to the first embodiment has a quantum circuit board 110, a control waveform transmission board 120, and a control section .

量子回路基板110には、量子チップ111が設けられている。量子回路基板110は、量子チップ111が接続された回路を含んでいる。量子チップ111は、それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部112と、それぞれが量子ビット部112に接続された複数の受信パタン113とを含む。受信パタン113は受信アンテナとして機能する。量子ビット部112の数と受信パタン113の数とは等しい。量子ビット部112及び受信パタン113は、例えばコプレーナ線路(CPW)114を介して互いに接続されている。量子ビット部112及び受信パタン113の組の数は限定されず、例えば16個又は64個であってもよい。量子回路基板110は第1基板の一例である。 A quantum chip 111 is provided on the quantum circuit board 110 . Quantum circuit board 110 includes a circuit to which quantum chip 111 is connected. Quantum chip 111 includes a plurality of quantum bit units 112 each functioning as a quantum bit, and a plurality of reception patterns 113 each connected to quantum bit unit 112 . The reception pattern 113 functions as a reception antenna. The number of quantum bit units 112 and the number of reception patterns 113 are equal. The qubit unit 112 and the reception pattern 113 are connected to each other via a coplanar line (CPW) 114, for example. The number of sets of quantum bit units 112 and reception patterns 113 is not limited, and may be 16 or 64, for example. Quantum circuit board 110 is an example of a first board.

制御波形送出基板120には、送出部121が設けられている。送出部121は、それぞれが量子ビット部112に対応する複数の送出パタン123を含む。送出パタン123は送出アンテナとして機能する。送出パタン123の数は、量子ビット部112の数と等しい。制御波形送出基板120は、送出パタン123と同数の同軸コネクタ124を有する。制御波形送出基板120は第2基板の一例である。 A control waveform transmission board 120 is provided with a transmission section 121 . The sending unit 121 includes a plurality of sending patterns 123 each corresponding to the qubit unit 112 . The transmission pattern 123 functions as a transmission antenna. The number of transmission patterns 123 is equal to the number of quantum bit units 112 . The control waveform delivery board 120 has the same number of coaxial connectors 124 as delivery patterns 123 . The control waveform sending board 120 is an example of a second board.

量子回路基板110と制御波形送出基板120とは互いから離れて配置されており、量子回路基板110と制御波形送出基板120とは互いに対向する。量子回路基板110と制御波形送出基板120との間の距離は、例えば100μm~1mm程度である。量子回路基板110と制御波形送出基板120との間には空間が存在する。この空間は、通常真空となっている。 The quantum circuit board 110 and the control waveform delivery board 120 are arranged apart from each other, and the quantum circuit board 110 and the control waveform delivery board 120 face each other. The distance between the quantum circuit board 110 and the control waveform transmission board 120 is, for example, about 100 μm to 1 mm. A space exists between the quantum circuit board 110 and the control waveform delivery board 120 . This space is normally a vacuum.

制御部130は、量子ビット部112と同数の波形発生器131を含む。各波形発生器131には同軸ケーブル141の一端が接続されており、同軸ケーブル141の他端に減衰器151の入力が接続されている。減衰器151の出力には同軸ケーブル142の一端が接続されており、同軸ケーブル142の他端に減衰器・フィルタ152の入力が接続されている。減衰器・フィルタ152の出力に同軸ケーブル143の一端が接続されており、同軸ケーブル143の他端は制御波形送出基板120の同軸コネクタ124に接続されている。 The control unit 130 includes the same number of waveform generators 131 as the qubit units 112 . One end of coaxial cable 141 is connected to each waveform generator 131 , and the input of attenuator 151 is connected to the other end of coaxial cable 141 . One end of the coaxial cable 142 is connected to the output of the attenuator 151 , and the input of the attenuator/filter 152 is connected to the other end of the coaxial cable 142 . One end of the coaxial cable 143 is connected to the output of the attenuator/filter 152 , and the other end of the coaxial cable 143 is connected to the coaxial connector 124 of the control waveform transmission board 120 .

量子演算装置100は、更に、第1冷却源161と、第2冷却源162と、第3冷却源163とを有する。第1冷却源161は量子回路基板110を冷却する。第1冷却源161は、例えば希釈冷凍機であり、量子回路基板110を10mK程度の温度まで冷却する。第2冷却源162は、主に、制御波形送出基板120及び減衰器・フィルタ152を冷却する。第2冷却源162は、制御波形送出基板120及び減衰器・フィルタ152を100mK程度の温度まで冷却する。第3冷却源163は、主に、減衰器151を冷却する。第3冷却源は、減衰器151を数K程度の温度まで冷却する。波形発生器131を含む制御部130の温度は、例えば室温である。 The quantum computing device 100 further has a first cooling source 161 , a second cooling source 162 and a third cooling source 163 . The first cooling source 161 cools the quantum circuit board 110 . The first cooling source 161 is, for example, a dilution refrigerator, and cools the quantum circuit board 110 to a temperature of about 10 mK. The second cooling source 162 primarily cools the controlled waveform delivery board 120 and the attenuator and filter 152 . A second cooling source 162 cools the controlled waveform delivery board 120 and attenuator/filter 152 to a temperature on the order of 100 mK. The third cooling source 163 mainly cools the attenuator 151 . The third cooling source cools the attenuator 151 to a temperature of about several K. The temperature of the controller 130 including the waveform generator 131 is, for example, room temperature.

このように、第1冷却源161は量子回路基板110を第1温度(例えば10mK程度)に冷却し、第2冷却源162は制御波形送出基板120を第1温度よりも高い第2温度(例えば100mK程度)に冷却する。第2冷却源162は制御波形送出基板120に結合されて制御波形送出基板120を直接的に冷却してもよく、同軸ケーブル143の接地導体を介して制御波形送出基板120を間接的に冷却してもよい。 Thus, the first cooling source 161 cools the quantum circuit board 110 to a first temperature (eg, about 10 mK), and the second cooling source 162 cools the controlled waveform delivery board 120 to a second temperature higher than the first temperature (eg, about 10 mK). 100 mK). The second cooling source 162 may be coupled to the controlled waveform delivery board 120 to cool the controlled waveform delivery board 120 directly or indirectly cool the controlled waveform delivery board 120 via the ground conductor of the coaxial cable 143 . may

量子演算装置100では、波形発生器131が量子ビット部112を制御するマイクロ波の制御信号を生成し、出力する。制御信号の周波数は、例えば約5GHzである。波形発生器131から出力された制御信号は、同軸ケーブル141、減衰器151、同軸ケーブル142、減衰器・フィルタ152、同軸ケーブル143及び同軸コネクタ124を介して送出部121に入力される。送出部121は、入力された制御信号を送出パタン123から送出する。送出パタン123から送出された制御信号は、制御波形送出基板120と量子回路基板110との間の空間を介して量子チップ111に到達する。量子チップ111に到達した制御信号は、受信パタン113を介して量子ビット部112に入力され、量子ビット部112が制御される。 In the quantum arithmetic device 100 , the waveform generator 131 generates and outputs a microwave control signal for controlling the quantum bit unit 112 . The frequency of the control signal is, for example, approximately 5 GHz. A control signal output from the waveform generator 131 is input to the sending section 121 via the coaxial cable 141 , the attenuator 151 , the coaxial cable 142 , the attenuator/filter 152 , the coaxial cable 143 and the coaxial connector 124 . The sending unit 121 sends out the input control signal from the sending pattern 123 . The control signal transmitted from the transmission pattern 123 reaches the quantum chip 111 through the space between the control waveform transmission board 120 and the quantum circuit board 110 . The control signal that has reached the quantum chip 111 is input to the quantum bit section 112 via the reception pattern 113, and the quantum bit section 112 is controlled.

量子演算装置100では、制御波形送出基板120と量子回路基板110とが空間を介して隔てられ、空間を介して制御信号が伝送される。従って、量子回路基板110に同軸ケーブルを接続する必要はなく、量子ビット部112の数が増加したとしても、制御波形送出基板120の熱は量子回路基板110に流入しにくい。このため、冷却能力を強化せずとも、量子回路基板110に設ける量子ビット部112の数を増加させることができる。 In the quantum arithmetic device 100, the control waveform transmission board 120 and the quantum circuit board 110 are separated by a space, and control signals are transmitted through the space. Therefore, it is not necessary to connect a coaxial cable to the quantum circuit board 110, and heat from the control waveform transmission board 120 is less likely to flow into the quantum circuit board 110 even if the number of the quantum bit units 112 increases. Therefore, the number of quantum bit units 112 provided on the quantum circuit board 110 can be increased without enhancing the cooling capacity.

また、量子回路基板110に同軸ケーブルを接続する必要はないため、同軸ケーブルを介して伝送されるノイズを抑制することもできる。 Moreover, since it is not necessary to connect a coaxial cable to the quantum circuit board 110, noise transmitted through the coaxial cable can be suppressed.

なお、送出パタン123から送出された制御信号を受信する機能を量子ビット部112が備えていれば、受信パタン113が設けられていなくてもよい。 If the quantum bit unit 112 has a function of receiving the control signal transmitted from the transmission pattern 123, the reception pattern 113 may not be provided.

このような構成の量子演算装置100を製造する場合、まず、量子チップ111が設けられた量子回路基板110と、送出部121を備えた制御波形送出基板120とを準備し、これらの位置決めを行う。また、量子回路基板110を冷却できるように第1冷却源161を設け、制御波形送出基板120を冷却できるように第2冷却源162を設ける。同軸ケーブル143の制御波形送出基板120への接続等は、上記工程の前に行ってもよく、上記工程の後に行ってもよい。 When manufacturing the quantum arithmetic device 100 having such a configuration, first, the quantum circuit board 110 provided with the quantum chip 111 and the control waveform transmission board 120 equipped with the transmission section 121 are prepared and positioned. . A first cooling source 161 is provided to cool the quantum circuit board 110 and a second cooling source 162 is provided to cool the control waveform transmission board 120 . Connection of the coaxial cable 143 to the control waveform transmission board 120 may be performed before the above steps or after the above steps.

また、送出パタン123の数と量子ビット部112の数とが一致している必要はない。例えば、1つの送出パタン123から複数の量子ビット部112に対して多重化した制御信号を送出できる場合には、送出パタン123の数が量子ビット部112の数より少なくてもよい。また、ある量子ビット部の制御を、結合する他の量子ビット部を介して行う場合にも、送出パタン123の数が量子ビット部112の数より少なくてもよい。 Also, the number of transmission patterns 123 and the number of quantum bit units 112 do not need to match. For example, the number of transmission patterns 123 may be less than the number of qubit units 112 when multiplexed control signals can be transmitted to a plurality of qubit units 112 from one transmission pattern 123 . Also, when a certain quantum bit unit is controlled via another coupled quantum bit unit, the number of transmission patterns 123 may be less than the number of quantum bit units 112 .

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図2は、第2実施形態に係る量子演算装置を示す図である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a quantum arithmetic device according to the second embodiment.

図2に示すように、第2実施形態に係る量子演算装置200では、量子回路基板110の制御波形送出基板120に対向する面110Aと、制御波形送出基板120の量子回路基板110に対向する面120Aとの間に複数のスペーサ201が設けられている。スペーサ201は、例えば3個以上設けられている。制御波形送出基板120の形状が、面120Aに垂直な方向からの平面視で、四角形である場合、合計で4個のスペーサ201がその四隅に設けられていてもよい。また、合計で5個のスペーサ201が、四隅に加えて、中心部に設けられていてもよい。スペーサ201の配置は任意である。 As shown in FIG. 2, in the quantum arithmetic device 200 according to the second embodiment, a surface 110A of the quantum circuit board 110 facing the control waveform transmission board 120 and a surface of the control waveform transmission board 120 facing the quantum circuit board 110 A plurality of spacers 201 are provided between 120A. For example, three or more spacers 201 are provided. When the shape of the control waveform transmitting substrate 120 is a square when viewed from the direction perpendicular to the surface 120A, a total of four spacers 201 may be provided at the four corners. Also, a total of five spacers 201 may be provided in the center in addition to the four corners. Arrangement of the spacer 201 is arbitrary.

スペーサ201は、熱伝導性が低い材料から構成されることが好ましい。スペーサ201の材料として、例えば第2冷却源162により冷却される温度(100mK程度)以上の温度で超伝導となるニオブチタン(NbTi)合金、はんだ等が挙げられる。スペーサ201の材料として有機樹脂が用いられてもよい。スペーサ201の形状は、例えば球状であってもよく、柱状であってもよい。スペーサ201の径は、例えば100μm~1mm程度である。 Spacer 201 is preferably made of a material with low thermal conductivity. Examples of the material of the spacer 201 include a niobium titanium (NbTi) alloy and solder that become superconducting at a temperature (about 100 mK) cooled by the second cooling source 162 or higher. An organic resin may be used as the material of the spacer 201 . The shape of the spacer 201 may be, for example, spherical or columnar. The diameter of the spacer 201 is, for example, approximately 100 μm to 1 mm.

例えば、スペーサ201を制御波形送出基板120の面120Aに予め融着しておき、位置合わせしながら量子回路基板110に貼り合わせ、押圧することでスペーサ201を量子回路基板110に固定することができる。 For example, the spacers 201 can be fused to the surface 120A of the control waveform transmitting substrate 120 in advance, attached to the quantum circuit substrate 110 while being aligned, and pressed to fix the spacers 201 to the quantum circuit substrate 110 . .

量子回路基板110の面110Aとは反対側の面110Bにヒートブロック210が取り付けられている。ヒートブロック210は、例えば銅(Cu)材である。Cu材の表面に金(Au)めっき膜が設けられていてもよい。ヒートブロック210及び量子回路基板110が第1冷却源161に接触している。第1冷却源161は板状の形状を有しており、第1冷却源161に貫通孔261が形成されている。 A heat block 210 is attached to the surface 110B of the quantum circuit board 110 opposite to the surface 110A. The heat block 210 is, for example, a copper (Cu) material. A gold (Au) plating film may be provided on the surface of the Cu material. The heat block 210 and the quantum circuit board 110 are in contact with the first cooling source 161 . The first cooling source 161 has a plate-like shape, and a through hole 261 is formed in the first cooling source 161 .

減衰器・フィルタ152が第2冷却源162に接触している。また、同軸ケーブル143の接地導体が第2冷却源162に接触している。同軸ケーブル143は第1冷却源161の貫通孔261を貫通し、第1冷却源161からみて第2冷却源162とは反対側まで延び、制御波形送出基板120の同軸コネクタ124(図1参照)に接続されている。貫通孔261内には、同軸ケーブル143を支持する断熱支持部材262が設けられている。断熱支持部材262は、熱伝導性が低い材料から構成されることが好ましい。断熱支持部材262の材料として、例えばポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene:PTFE)等の有機樹脂が挙げられる。 Attenuator and filter 152 is in contact with secondary cooling source 162 . Also, the ground conductor of the coaxial cable 143 is in contact with the second cooling source 162 . The coaxial cable 143 passes through the through hole 261 of the first cooling source 161, extends to the opposite side of the second cooling source 162 from the first cooling source 161, and connects to the coaxial connector 124 of the controlled waveform output board 120 (see FIG. 1). It is connected to the. A heat insulating support member 262 that supports the coaxial cable 143 is provided in the through hole 261 . The insulating support member 262 is preferably constructed of a material with low thermal conductivity. Examples of the material of the heat insulating support member 262 include organic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE).

他の構成は第1実施形態と同様である。例えば、図2には、同軸ケーブル142、減衰器・フィルタ152、同軸ケーブル143、貫通孔261及び断熱支持部材262を一組のみ図示しているが、これらは量子ビット部112と同じ数だけ設けられている。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. For example, although only one set of the coaxial cable 142, the attenuator/filter 152, the coaxial cable 143, the through hole 261, and the heat insulating support member 262 is shown in FIG. It is

第2実施形態によっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、スペーサ201が設けられているため、送出パタン123と受信パタン113との間の距離を高精度で調整しやすく、信号の損失及び複数の量子ビット部間の制御波形の漏話を低減しやすい。 Effects similar to those of the first embodiment can also be obtained by the second embodiment. In addition, since the spacer 201 is provided, it is easy to adjust the distance between the transmission pattern 123 and the reception pattern 113 with high accuracy, and it is easy to reduce signal loss and crosstalk of control waveforms between a plurality of qubit units. .

更に、第1冷却源161からみて量子回路基板110が第2冷却源162とは反対側に配置されている。このため、量子回路基板110は第2冷却源162の影響を受けにくい。更に、同軸ケーブル143の貫通孔261内の部分が断熱支持部材262により第1冷却源161から熱的に離されている。このため、第1冷却源161は同軸ケーブル143の熱の影響を受けにくい。 Furthermore, the quantum circuit board 110 is arranged on the side opposite to the second cooling source 162 as viewed from the first cooling source 161 . Therefore, the quantum circuit board 110 is less likely to be affected by the second cooling source 162 . Furthermore, the portion of the coaxial cable 143 inside the through hole 261 is thermally separated from the first cooling source 161 by the heat insulating support member 262 . Therefore, the first cooling source 161 is less susceptible to heat from the coaxial cable 143 .

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。図3は、第3実施形態に係る量子演算装置を示す図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing a quantum arithmetic device according to the third embodiment.

図3に示すように、第3実施形態に係る量子演算装置300では、受信パタン113に代えて受信パタン313が、量子チップ111の外部に設けられている。この例では、量子チップ111に含まれる量子ビット部112の数は16個であり、16個の受信パタン313が量子回路基板110の面110Aに設けられている。各受信パタン313はコプレーナ線路314を介して量子チップ111内の量子ビット部112に接続されている。面110Aに垂直な方向からの平面視で、16個の受信パタン313は、量子チップ111を包囲するように配置されている。 As shown in FIG. 3 , in the quantum processor 300 according to the third embodiment, a reception pattern 313 is provided outside the quantum chip 111 instead of the reception pattern 113 . In this example, the number of quantum bit units 112 included in the quantum chip 111 is 16, and 16 reception patterns 313 are provided on the surface 110A of the quantum circuit substrate 110. FIG. Each reception pattern 313 is connected to the quantum bit section 112 in the quantum chip 111 via a coplanar line 314 . The 16 reception patterns 313 are arranged to surround the quantum chip 111 in plan view from the direction perpendicular to the surface 110A.

制御波形送出基板120には、送出パタン123が受信パタン313に対向するように面120Aに配置されている。面120Aに垂直な方向からの平面視で、16個の送出パタン123により包囲されるようにして制御波形送出基板120に開口325が形成されている。開口325は、例えば、量子回路基板110の面110Aに垂直な方向からの平面視で、量子チップ111よりも大きく、開口325を通じて量子チップ111の全体がみえる。 A transmission pattern 123 is arranged on the surface 120A of the control waveform transmission substrate 120 so as to face the reception pattern 313 . An opening 325 is formed in the control waveform delivery substrate 120 so as to be surrounded by the 16 delivery patterns 123 in plan view from the direction perpendicular to the surface 120A. The opening 325 is, for example, larger than the quantum chip 111 when viewed from above in a direction perpendicular to the surface 110A of the quantum circuit substrate 110, and the entire quantum chip 111 can be seen through the opening 325.

他の構成は第2実施形態と同様である。例えば、図示を省略しているが、スペーサ201等が設けられている。 Other configurations are the same as those of the second embodiment. For example, although illustration is omitted, a spacer 201 and the like are provided.

第3実施形態によっても第2実施形態と同様の効果を得ることができる。また、制御波形送出基板120に開口325が形成されているため、量子チップ111が制御波形送出基板120内を伝送される信号の影響を受けにくくすることができる。 Effects similar to those of the second embodiment can also be obtained by the third embodiment. In addition, since the control waveform transmission substrate 120 has the opening 325 , the quantum chip 111 can be made less susceptible to the signals transmitted through the control waveform transmission substrate 120 .

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。図4は、第4実施形態に係る量子演算装置を示す図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram showing a quantum arithmetic device according to the fourth embodiment.

図4に示すように、第4実施形態に係る量子演算装置400では、量子回路基板110に複数、例えば9個の量子チップ111が設けられている。9個の量子チップ111のうち、5個の量子チップ111が面110Aに設けられ、4個の量子チップ111が面110Bに設けられている。量子回路基板110を透視したとき、9個の量子チップ111は格子状に配置されている。図示を省略するが、第3実施形態と同様に、複数の受信パタン313(図3参照)が各量子チップ111の周囲に設けられ、当該量子チップ111内の量子ビット部112に接続されている。 As shown in FIG. 4 , in a quantum arithmetic device 400 according to the fourth embodiment, a quantum circuit board 110 is provided with a plurality of, for example, nine quantum chips 111 . Of the nine quantum chips 111, five quantum chips 111 are provided on the surface 110A and four quantum chips 111 are provided on the surface 110B. When the quantum circuit board 110 is seen through, the nine quantum chips 111 are arranged in a lattice. Although illustration is omitted, as in the third embodiment, a plurality of reception patterns 313 (see FIG. 3) are provided around each quantum chip 111 and connected to the quantum bit unit 112 within the quantum chip 111. .

量子回路基板110は、例えばSiを用いて構成されており、例えば3層の配線層を含む。3層の配線層のうちの1層が面110Aに設けられ、他の1層が面110Bに設けられ、他の1層が面110Aと面110Bとの間に設けられている。厚さ方向で隣り合う配線層同士は、スルーホールビアを介して互いに接続されている。スルーホールビアは、第1冷却源161により冷却される温度(10mK程度)で超伝導となる材料から構成されることが好ましい。このような多層配線を介して、複数の量子チップ111同士が接続されている。 The quantum circuit board 110 is made of Si, for example, and includes, for example, three wiring layers. One of the three wiring layers is provided on the surface 110A, another layer is provided on the surface 110B, and another layer is provided between the surfaces 110A and 110B. Wiring layers adjacent in the thickness direction are connected to each other through through-hole vias. The through-hole via is preferably made of a material that becomes superconducting at a temperature (approximately 10 mK) cooled by the first cooling source 161 . A plurality of quantum chips 111 are connected to each other via such multilayer wiring.

制御波形送出基板120には、それぞれが量子回路基板110の面110Aに設けられた5個の量子チップ111に対応するようにして、第3実施形態と同様に、5個の開口325が形成されている。図示を省略するが、制御波形送出基板120の量子回路基板110に対向する面120Aに、開口325毎に、当該開口325を包囲するようにして複数の送出パタン123(図3参照)が設けられている。例えば、面120Aに設けられた送出パタン123は、それぞれ面110Aに設けられた受信パタン313に対向する。 Five openings 325 are formed in the control waveform transmitting substrate 120 so as to correspond to the five quantum chips 111 provided on the surface 110A of the quantum circuit substrate 110, respectively, as in the third embodiment. ing. Although not shown, a plurality of transmission patterns 123 (see FIG. 3) are provided for each opening 325 on the surface 120A of the control waveform transmission substrate 120 facing the quantum circuit substrate 110 so as to surround the opening 325. ing. For example, the sending patterns 123 provided on the surface 120A face the receiving patterns 313 provided on the surface 110A.

量子演算装置400は、更に、制御波形送出基板420を有する。制御波形送出基板420は、開口の配置を除き、制御波形送出基板120と同様の構成を備える。制御波形送出基板420には、それぞれが量子回路基板110の面110Bに設けられた4個の量子チップ111に対応するようにして、第3実施形態と同様に、4個の開口325が形成されている。図示を省略するが、制御波形送出基板420の量子回路基板110に対向する面420Aに、開口325毎に、当該開口325を包囲するようにして複数の送出パタン123(図3参照)が設けられている。例えば、面420Aに設けられた送出パタン123は、それぞれ面110Bに設けられた受信パタン313に対向する。 Quantum arithmetic unit 400 further includes a control waveform delivery board 420 . Control waveform delivery board 420 has a configuration similar to control waveform delivery board 120, except for the placement of the openings. The control waveform transmission board 420 is formed with four openings 325 corresponding to the four quantum chips 111 provided on the surface 110B of the quantum circuit board 110, respectively, as in the third embodiment. ing. Although not shown, a plurality of transmission patterns 123 (see FIG. 3) are provided for each opening 325 on the surface 420A of the control waveform transmission substrate 420 facing the quantum circuit substrate 110 so as to surround the opening 325. ing. For example, the sending patterns 123 provided on the surface 420A face the receiving patterns 313 provided on the surface 110B, respectively.

また、ヒートブロック210に代えて伝熱フレーム410が設けられている。伝熱フレーム410は、量子回路基板110の外周部の一部に接触するとともに、第1冷却源161(図2参照)に接触している。伝熱フレーム410は、例えば銅(Cu)材である。Cu材の表面に金(Au)めっき膜が設けられていてもよい。 A heat transfer frame 410 is provided instead of the heat block 210 . The heat transfer frame 410 is in contact with part of the outer circumference of the quantum circuit board 110 and in contact with the first cooling source 161 (see FIG. 2). The heat transfer frame 410 is, for example, a copper (Cu) material. A gold (Au) plating film may be provided on the surface of the Cu material.

他の構成は第3実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the third embodiment.

第4実施形態によっても第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、量子回路基板110に複数の量子チップ111が設けられているため、量子ビット部112をより高密度で集積することができる。 Effects similar to those of the third embodiment can also be obtained by the fourth embodiment. In addition, since a plurality of quantum chips 111 are provided on the quantum circuit board 110, the quantum bit units 112 can be integrated with higher density.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be made.

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present disclosure will be collectively described as appendices.

(付記1)
第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板に設けられ、それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部を含む量子チップと、
前記第2基板に設けられ、前記複数の量子ビット部を制御するマイクロ波の制御信号を、空間を介して前記複数の量子ビットに向けて送出する送出部と、
前記第1基板を冷却する第1冷却源と、
前記第2基板を冷却する第2冷却源と、
を有することを特徴とする量子演算装置。
(付記2)
前記第1冷却源は前記第1基板を第1温度に冷却し、
前記第2冷却源は前記第2基板を前記第1温度よりも高い第2温度に冷却することを特徴とする請求項1に記載の量子演算装置。
(付記3)
前記第1基板と前記第2基板とが互いに対向し、
前記量子チップは、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられ、
前記送出部は、前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられていることを特徴とする付記1又は2に記載の量子演算装置。
(付記4)
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられたスペーサを有することを特徴とする付記3に記載の量子演算装置。
(付記5)
前記第2基板の前記量子チップに対向する部分に開口が形成されていることを特徴とする付記3又は4に記載の量子演算装置。
(付記6)
前記送出部は、それぞれが前記量子ビット部に対応する複数の送出パタンを有することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の量子演算装置。
(付記7)
前記第1基板に設けられ、それぞれが前記量子ビット部に接続された複数の受信パタンを有することを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の量子演算装置。
(付記8)
前記第2冷却源は、前記第1冷却源の一方側に配置され、
前記第1基板及び前記第2基板は、前記第1冷却源の他方側に配置されていることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の量子演算装置。
(付記9)
前記第1基板に、前記量子チップが複数設けられ、
前記送出部は、複数の前記量子チップに含まれる複数の前記量子ビット部の各々に前記制御信号を送出することを特徴とする付記1乃至8のいずれか1項に記載の量子演算装置。
(付記10)
それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部を含む量子チップが設けられた第1基板を準備する工程と、
前記複数の量子ビット部を制御するマイクロ波の制御信号を、空間を介して前記複数の量子ビットに向けて送出する送出部が設けられた第2基板を準備する工程と、
前記第1基板と前記第2基板とを互いに位置合わせする工程と、
前記第1基板を冷却する第1冷却源及び前記第2基板を冷却する第2冷却源を設ける工程と、
を有することを特徴とする量子演算装置の製造方法。
(Appendix 1)
a first substrate;
a second substrate;
a quantum chip provided on the first substrate and including a plurality of qubit units each functioning as a qubit;
a sending unit provided on the second substrate for sending a microwave control signal for controlling the plurality of qubit units toward the plurality of qubits through space;
a first cooling source that cools the first substrate;
a second cooling source that cools the second substrate;
A quantum arithmetic device characterized by comprising:
(Appendix 2)
the first cooling source cools the first substrate to a first temperature;
2. The quantum processing device according to claim 1, wherein said second cooling source cools said second substrate to a second temperature higher than said first temperature.
(Appendix 3)
the first substrate and the second substrate face each other;
The quantum chip is provided on a surface of the first substrate facing the second substrate,
3. The quantum arithmetic device according to appendix 1 or 2, wherein the sending unit is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate.
(Appendix 4)
3. The quantum arithmetic device according to claim 3, further comprising a spacer provided between the first substrate and the second substrate.
(Appendix 5)
5. The quantum arithmetic device according to appendix 3 or 4, wherein an opening is formed in a portion of the second substrate facing the quantum chip.
(Appendix 6)
6. The quantum arithmetic device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the sending unit has a plurality of sending patterns each corresponding to the quantum bit unit.
(Appendix 7)
7. The quantum arithmetic device according to any one of appendices 1 to 6, further comprising a plurality of reception patterns provided on the first substrate and each connected to the quantum bit unit.
(Appendix 8)
The second cooling source is arranged on one side of the first cooling source,
8. The quantum processing device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the first substrate and the second substrate are arranged on the other side of the first cooling source.
(Appendix 9)
A plurality of the quantum chips are provided on the first substrate,
9. The quantum arithmetic device according to any one of additional notes 1 to 8, wherein the sending unit sends the control signal to each of the plurality of quantum bit units included in the plurality of quantum chips.
(Appendix 10)
preparing a first substrate provided with a quantum chip including a plurality of qubit units each functioning as a qubit;
A step of preparing a second substrate provided with a sending unit for sending a microwave control signal for controlling the plurality of qubit units toward the plurality of qubits through space;
aligning the first substrate and the second substrate with each other;
providing a first cooling source for cooling the first substrate and a second cooling source for cooling the second substrate;
A method of manufacturing a quantum arithmetic device, comprising:

100、200、300、400:量子演算装置
110:量子回路基板
110A、110B:面
111:量子チップ
112:量子ビット部
113、313:受信パタン
120、420:制御波形送出基板
120A、420A:面
121:送出部
123:送出パタン
130:制御部
161:第1冷却源
162:第2冷却源
201:スペーサ
325:開口
100, 200, 300, 400: Quantum arithmetic device 110: Quantum circuit board 110A, 110B: Surface 111: Quantum chip 112: Quantum bit unit 113, 313: Receiving pattern 120, 420: Control waveform sending substrate 120A, 420A: Surface 121 : Delivery part 123: Delivery pattern 130: Control part 161: First cooling source 162: Second cooling source 201: Spacer 325: Opening

Claims (9)

第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板に設けられ、それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部を含む量子チップと、
前記第2基板に設けられ、前記複数の量子ビット部を制御するマイクロ波の制御信号を、空間を介して前記複数の量子ビットに向けて送出する送出部と、
前記第1基板を冷却する第1冷却源と、
前記第2基板を冷却する第2冷却源と、
を有することを特徴とする量子演算装置。
a first substrate;
a second substrate;
a quantum chip provided on the first substrate and including a plurality of qubit units each functioning as a qubit;
a sending unit provided on the second substrate for sending a microwave control signal for controlling the plurality of qubit units toward the plurality of qubits through space;
a first cooling source that cools the first substrate;
a second cooling source that cools the second substrate;
A quantum arithmetic device characterized by comprising:
前記第1冷却源は前記第1基板を第1温度に冷却し、
前記第2冷却源は前記第2基板を前記第1温度よりも高い第2温度に冷却することを特徴とする請求項1に記載の量子演算装置。
the first cooling source cools the first substrate to a first temperature;
2. The quantum processing device according to claim 1, wherein said second cooling source cools said second substrate to a second temperature higher than said first temperature.
前記第1基板と前記第2基板とが互いに対向し、
前記量子チップは、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられ、
前記送出部は、前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の量子演算装置。
the first substrate and the second substrate face each other;
The quantum chip is provided on a surface of the first substrate facing the second substrate,
3. The quantum arithmetic device according to claim 1, wherein the sending section is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate.
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられたスペーサを有することを特徴とする請求項3に記載の量子演算装置。 4. The quantum arithmetic device according to claim 3, further comprising a spacer provided between said first substrate and said second substrate. 前記第2基板の前記量子チップに対向する部分に開口が形成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の量子演算装置。 5. The quantum arithmetic device according to claim 3, wherein an opening is formed in a portion of said second substrate facing said quantum chip. 前記送出部は、それぞれが前記量子ビット部に対応する複数の送出パタンを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の量子演算装置。 6. The quantum arithmetic device according to any one of claims 1 to 5, wherein the sending unit has a plurality of sending patterns each corresponding to the quantum bit unit. 前記第1基板に設けられ、それぞれが前記量子ビット部に接続された複数の受信パタンを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の量子演算装置。 7. The quantum arithmetic device according to claim 1, further comprising a plurality of reception patterns provided on said first substrate and each connected to said quantum bit unit. 前記第2冷却源は、前記第1冷却源の一方側に配置され、
前記第1基板及び前記第2基板は、前記第1冷却源の他方側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の量子演算装置。
The second cooling source is arranged on one side of the first cooling source,
8. The quantum processing device according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are arranged on the other side of the first cooling source.
それぞれが量子ビットとして機能する複数の量子ビット部を含む量子チップが設けられた第1基板を準備する工程と、
前記複数の量子ビット部を制御するマイクロ波の制御信号を、空間を介して前記複数の量子ビットに向けて送出する送出部が設けられた第2基板を準備する工程と、
前記第1基板と前記第2基板とを互いに位置合わせする工程と、
前記第1基板を冷却する第1冷却源及び前記第2基板を冷却する第2冷却源を設ける工程と、
を有することを特徴とする量子演算装置の製造方法。
preparing a first substrate provided with a quantum chip including a plurality of qubit units each functioning as a qubit;
A step of preparing a second substrate provided with a sending unit for sending a microwave control signal for controlling the plurality of qubit units toward the plurality of qubits through space;
aligning the first substrate and the second substrate with each other;
providing a first cooling source for cooling the first substrate and a second cooling source for cooling the second substrate;
A method of manufacturing a quantum arithmetic device, comprising:
JP2021058191A 2021-03-30 2021-03-30 Quantum computing device and manufacturing method for the same Pending JP2022154920A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021058191A JP2022154920A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Quantum computing device and manufacturing method for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021058191A JP2022154920A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Quantum computing device and manufacturing method for the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022154920A true JP2022154920A (en) 2022-10-13

Family

ID=83557110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021058191A Pending JP2022154920A (en) 2021-03-30 2021-03-30 Quantum computing device and manufacturing method for the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022154920A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7035113B2 (en) Multi-chip electronic package having laminate carrier and method of making same
US9196951B2 (en) Millimeter-wave radio frequency integrated circuit packages with integrated antennas
US7665207B2 (en) Method of making a multi-chip electronic package having laminate carrier
JP2017200168A (en) Scalable planar mounting architecture for active scanning phased array antenna system
US7087988B2 (en) Semiconductor packaging apparatus
EP3442314A1 (en) Ic package
US9622339B2 (en) Routing design for high speed input/output links
KR101702717B1 (en) System and method for a millimeter wave circuit board
JP2015005612A (en) Package substrate, and manufacturing method therefor
TW200522808A (en) Printed circuit board and package having oblique vias
JP6409442B2 (en) Package substrate
US9093442B1 (en) Apparatus and method for achieving wideband RF performance and low junction to case thermal resistance in non-flip bump RFIC configuration
JP2015185838A (en) Package substrate and manufacturing method of the same
GB2499792A (en) Electronic device comprising an electronic die, a substrate integrated waveguide (SIW) and a flip-chip ball grid array package
JP5050655B2 (en) Build-up board, electronic component and electronic device having the same
JP2022154920A (en) Quantum computing device and manufacturing method for the same
JP7424520B2 (en) Wiring board and its manufacturing method
CN110911384A (en) Embedded passive bridge chip and application thereof
JP2015213124A (en) Package substrate
JP4128440B2 (en) Built-in module
JP2002164663A (en) Build-up core board, build-up wiring board, and manufacturing method thereof
JP2010519769A (en) High speed memory package
US11737206B2 (en) Circuit board structure
JP2017168606A (en) Package substrate
US20240136270A1 (en) Dense via pitch interconnect to increase wiring density

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231207