JP2023549329A - 断熱のための接地不連続部 - Google Patents
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Abstract
量子機械回路は、基板；基板上に設けられ、間に間隙を設けるように離間した第１の導電体および第２の導電体；および第１の導電体および第２の導電体を電気的に接続するための第３の導電体を含む。第３の導電体は、低熱伝導体である。
Description
本発明の現在特許請求の範囲に記載されている実施形態は、量子機械回路に関し、より具体的には、低熱伝導体である電気伝導体を有する量子機械回路に関する。
典型的なプリント回路基板（ＰＣＢ）では概して、比較的大きい連続する接地面が設けられる。典型的なＰＣＢにわたって伝わる、信号からの戻り電流は、遮られずに進む。これは通常の電気的用途では望ましいことがあるが、断熱が重要な役割を果たす電気的用途では、導電性を有する連続した接地面も、それに接続された全てのものと一緒に熱的に短絡してしまう。これにより、温度勾配の影響を受けるあらゆる用途において、問題が生じ得る。
共通の電気接地が必要とされる用途では、２つの分割された接地面の間の境界を複数の信号が横切る必要がある接地面を分割することは通常、完全に回避される。伝熱を軽減するための従来の方法は、コンデンサを用いることにより、これら２つの分離または分割された接地面の間の間隙を埋め合わせることである。温度勾配の影響を受ける用途では、上述の熱的短絡問題が原因で、ＰＣＢは、典型的には用いられない。
結果として、電気伝導を可能にしつつ伝熱を低減する電気回路の必要性が残る。したがって、例えば超伝導量子コンピュータといった、熱放散または伝送が望ましくないことが多い量子コンピュータに用いられる新しい種類の回路を設けることにより従来技術のこのおよび他の問題を解決することが望ましいであろう。
本発明の一態様は、量子機械回路を設けることである。量子機械回路は、基板；基板上に設けられ、間に間隙を設けるように離間した第１の導電体および第２の導電体；および第１の導電体および第２の導電体を電気的に接続するための第３の導電体を含む。第３の導電体は、低熱伝導体である。
一実施形態において、第３の導電体は、銅－ニッケル（ＣｕＮｉ）またはステンレス鋼のうちの少なくとも一方を含む。一実施形態において、ＣｕＮｉは、周辺温度において約３．８×１０－８Ωｍである電気抵抗率、および２５Ｗ／ｍ・Ｋ～４０Ｗ／ｍ・Ｋである熱伝導率を有する。一実施形態において、第１のおよび第２の導電体は、銅（Ｃｕ）を含む。一実施形態において、第１の、第２のおよび第３の導電体は、無線周波数電流を伝送するように構成されている。一実施形態において、第３の導電体は、留め具を用いて基板に結合されている。一実施形態において、留め具は、真鍮を含む。一実施形態において、第１のおよび第２の導電体は、電気接地に接続されている。一実施形態において、第１のおよび第２の導電体は、基板内で第１のおよび第２の導電体の間に間隙またはチャネルを設けることにより電気的に切り離されている。一実施形態において、量子機械回路は、第１のおよび第２の導電体に電気的に結合された減衰器チップをさらに含む。
本発明の別の態様は、超電導量子機械コンピュータである。超電導量子機械コンピュータは、温度制御された容器を有する冷却システム；温度制御された容器内に配置された、複数のキュビットを有する量子プロセッサ；および温度制御された容器の内部に配置された超伝導回路を含む。超伝導回路は、基板；基板上に設けられ、間に間隙を設けるように離間した第１の導電体および第２の導電体；および第１の導電体および第２の導電体を電気的に接続するための第３の導電体を含み、第３の導電体は、低熱伝導体である。複数のキュビットの各々は、基板上に設けられており、少なくとも、第１のまたは第２の導電体のうちの少なくとも一方を介して接地に電気的に接続されている。
本発明のさらに別の態様は、量子機械回路を製造する方法を提供することである。
この方法は、上面および底面を有する基板を設ける段階；前記基板の前記上面および前記底面のうちの少なくとも一方上に導電層を形成する段階；前記導電層の複数の部分を除去することにより、前記基板上に導線を選択されたパターンで形成する段階、前記導線は、前記基板上の第１の導電体および第２の導電体を含み、前記第１の導電体および前記第２の導電体は、間の間隙により離間および分離されている；および第３の導電体を用いて前記第１の導電体および前記第２の導電体を電気的に接続する段階、前記第３の導電体は、低熱伝導体である、を含む。
この方法は、上面および底面を有する基板を設ける段階；前記基板の前記上面および前記底面のうちの少なくとも一方上に導電層を形成する段階；前記導電層の複数の部分を除去することにより、前記基板上に導線を選択されたパターンで形成する段階、前記導線は、前記基板上の第１の導電体および第２の導電体を含み、前記第１の導電体および前記第２の導電体は、間の間隙により離間および分離されている；および第３の導電体を用いて前記第１の導電体および前記第２の導電体を電気的に接続する段階、前記第３の導電体は、低熱伝導体である、を含む。
本開示、ならびに、構造の関連要素の動作方法および機能、および部品の組み合わせ、および製造の経済性は、添付図面を参照して以下の説明および添付の特許請求の範囲を考慮するとより明らかになり、添付図面の全ては、本明細書の一部を形成し、同様の参照符号は、様々な図面における対応する部分を指定する。しかしながら、これらの図面は、例示および説明のみを目的としたものであり、本発明の限定の定義として意図されていないことが、明確に理解されるべきである。
図１は、本発明の一実施形態による量子機械回路１００の電子概略図である。量子機械回路１００は、基板１０２を含む。量子機械回路１００は、基板１０２上に設けられた第１の導電体１０４および第２の導電体１０６も含む。量子機械回路１００は、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を電気的に接続するための第３の導電体１０８（図２に示されている）をさらに含む。第３の導電体１０８は、低熱伝導体である。「低熱伝導体」という用語は、第３の導電体１０８が第１の導電体１０４の熱伝導率および第２の導電体１０６の熱伝導率よりも実質的に低い熱伝導率を有することを意味するよう、本明細書において広義に用いられる。一実施形態において、第３の導電体１０８（低熱伝導体）の材料は、回路１００が用いられる冷却装置（例えば、冷却容器）が回路１００を所望の温度（例えば、回路の動作温度）へと十分に冷却できるように、十分に低い熱伝導率を有するものが選択され得る。特定の熱伝導率を有する材料の選択は、回路１００が用いられるシステムに依存する。例えば、冷却装置（例えば、冷却容器）が十分な冷却能力を有する場合、より高い熱伝導性の材料が許容可能であり得る。
図２は、本発明の一実施形態による、第１の導電体１０４、第２の導電体１０６および第３の導電体１０８の間の電気結合の３次元斜視図である。図２に示されるように、第３の導電体１０８は、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を電気的に接続するように構成されている。一実施形態において、第３の導電体１０８は、銅－ニッケル（ＣｕＮｉ）またはステンレス鋼のうちの少なくとも一方を含む。一実施形態において、ＣｕＮｉは、周辺温度において約３．８×１０－８Ωｍである電気抵抗率、および約２５Ｗ／ｍ・Ｋ～４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。しかしながら、理解されるであろうが、低熱伝導率を有する他の材料も、第３の導電体１０８に用いられ得る。
一実施形態において、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、銅（Ｃｕ）を含む。第３の導電体１０８の材料は、第１の導電体１０４の材料および第２の導電体１０６の材料とは異なる。一実施形態において、第１の導電体１０４の材料および第２の導電体１０６の材料は、実質的に同じであり得る。例えば、第１の導電体１０４の材料および第２の導電体１０６の材料の両方が本質的に銅（Ｃｕ）であり得るが、第３の導電体１０８の材料は本質的に、ＣｕＮｉもしくはステンレス鋼またはその組み合わせである。一実施形態において、基板１０２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、プリント回路基板材料（例えば、ＦＲ－４（織り込まれたガラスおよびエポキシ）または他の積層ボード、グラスファイバ）またはポリマー（例えば、ポリイミド）など、電気的に非導電性の（電気的に絶縁性の）材料である。
一実施形態において、第３の導電体１０８は、留め具１１０を用いて、基板１０２に結合されている。一実施形態において、留め具１１０は、例えば、真鍮留め具を含む。しかしながら、他のタイプの留め具も用いられ得る。加えて、別の実施形態において、第３の導電体１０８は、接着剤を用いることによってなど、他の手段を用いることによっても、基板１０２に結合され得る。
一実施形態において、第１の導電体１０４、第２の導電体１０６および第３の導電体１０８は、無線周波数（ＲＦ）電流を伝送するように構成されている。一実施形態において、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、接地電位に接続されている。
一実施形態において、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、基板１０２内で第１の導電体１０４および第２の導電体１０６の間に不連続部、間隙またはチャネル１１２を設けることにより、電気的に切り離されている。第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、間に間隙１１２を設けるように離間されている。
図３は、本発明の一実施形態による第１の導電体１０４および第２の導電体１０６の構成の３次元斜視図である。図３に示されるように、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６の間に不連続部、間隙またはチャネル１１２が設けられている。実施形態において、図３に示されるように、２つの層１１６Ａおよび１１６Ｂは、信号伝送に用いられ得る。例えば、層１１６Ａおよび１１６Ｂ内の不連続部、チャネルまたは間隙１１２により、断熱が向上し、戻り電流のステアリングが支援される。この二重側面構成により、密度が上がる。加えて、一実施形態において、上および底分割位置１１２は、基板１０２（不図示）の内部層から内部接地面を除去し、かつ、ブラインドビア（すなわち、互いに位置合わせされていない層１１６Ａおよび１１Ｂ上のビア）を設けて電気結合を低減することによりずらされている。
さらに、図３に示されるように、層１１６Ａおよび１１６Ｂの上および下側に減衰器チップ１１４が設けられることで、電気信号絶縁が上がり得る。減衰器チップ１１４は、第１のおよび第２の導電体１０４および１０６に電気的に結合（例えば、ワイヤボンディングまたははんだ付け等）されている。一実施形態において、減衰器チップ１１４は、接地分割部１１２にわたってワイヤボンディングまたははんだ付け（例えば、表面実装はんだ付けまたはボールグリッドアレイはんだ付けのいずれか）され得る。加えて、他の実施形態において、減衰器チップ１１４に加え、またはその代わりに、例えばフィルタリングなど、他のタイプのコンポーネントも用いられ得る。一実施形態において、図３に示されるように、層１１６Ａおよび１１６Ｂの両方に不連続部または間隙１１２を設けることにより基板１０２（不図示）の内部の接地面を除去することで、結合を低減して断熱を上げることが可能になる。さらに、基板１０２（不図示）内にビア１１８が配置され、電気信号が適切な電磁モード変換を有することで、結合の低減が可能になり得る。このように、電磁（ＥＭ）場は、接地面における不連続部１１２（すなわち、層１１６Ａおよび層１１６Ｂの両方における第１の導電体１０４および第２の導電体の間の不連続部または間隙またはチャネル１１２）にわたる戻り電流経路のために接地電位をより効率的に用いることができる。したがって、接地電位は、互いにかつ接地に接続された第１の導電体１０４、第２の導電体１０６および第３の導電体１０８により提供される。
したがって、上の段落から理解できるように、本発明のいくつかの実施形態において、接地面を分割することにより、断熱の問題に対処できる。接地面は、両方が接地電位に接続された第１の導電体１０４および第２の導電体１０６に対応する。したがって、接地面における分割は、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６の間に設けられた間隙または不連続部またはチャネル１１２に対応する。間隙またはチャネル１１２により良好な断熱が提供されるが、これにより、戻り電流経路に伴う多くの問題が生じ得る。結果として、第３の導電体１０８は、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６に電気的に接続するように設けられる。しかしながら、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６の間に（この例では、接地面に）断熱を提供するために、第３の導電体１０８は、例えばＣｕＮｉ合金またはステンレス鋼など、低熱伝導体であるように選択されている。ＣｕＮｉは、比較的良好な電気伝導体であるが、低熱伝導体である。
図４は、本発明の一実施形態による超電導量子機械コンピュータ２００を示す概略図である。超電導量子機械コンピュータ２００は、温度制御された容器２０２を備える冷却システムを含む。超伝導量子コンピュータは、温度制御された容器２０２内に配置された量子プロセッサ２０４を含み、量子プロセッサは、複数のキュビット２０６を含む。超電導量子機械コンピュータ２００は、温度制御された容器２０２の内部に配置された量子機械回路１００をさらに含む。図１に示されるように、回路１００は、基板１０２、基板１０２上に設けられた第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を含む。回路１００は、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を電気的に接続する第３の導電体１０８も含み、第３の導電体１０８は、低熱伝導体である。複数のキュビット２０６の各々は、基板１０２上に設けられており、少なくとも、第１のまたは第２の導電体１０４および１０６のうちの少なくとも一方を介して接地に電気的に接続されている。
図５は、本発明の一実施形態による量子機械回路を製造する方法のフローチャートである。
この方法は、
１． Ｓ１００において、上面および底面を有する基板１０２（例えば、シリコン、ポリマー、積層ボード、グラスファイバ等）を設ける段階；
２． Ｓ１０２において、基板の上面および底面のうちの少なくとも一方上に導電層（例えば、銅層）を形成する段階；
３． Ｓ１０４において、導電層の複数の部分を除去することにより基板１０２上に導線を選択されたパターンで形成する段階、導線は、基板１０２上の第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を含み、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、間の間隙により離間および分離されている；および
４． Ｓ１０６において、第３の導電体１０８（図２に示される）を用いて第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を電気的に接続する段階、第３の導電体１０８は、低熱伝導体（例えば、ＣｕＮｉまたはステンレス鋼）である
を含む。一実施形態において、第１のおよび第２の導電体１０４および１０６は、電気接地に接続され得る。
この方法は、
１． Ｓ１００において、上面および底面を有する基板１０２（例えば、シリコン、ポリマー、積層ボード、グラスファイバ等）を設ける段階；
２． Ｓ１０２において、基板の上面および底面のうちの少なくとも一方上に導電層（例えば、銅層）を形成する段階；
３． Ｓ１０４において、導電層の複数の部分を除去することにより基板１０２上に導線を選択されたパターンで形成する段階、導線は、基板１０２上の第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を含み、第１の導電体１０４および第２の導電体１０６は、間の間隙により離間および分離されている；および
４． Ｓ１０６において、第３の導電体１０８（図２に示される）を用いて第１の導電体１０４および第２の導電体１０６を電気的に接続する段階、第３の導電体１０８は、低熱伝導体（例えば、ＣｕＮｉまたはステンレス鋼）である
を含む。一実施形態において、第１のおよび第２の導電体１０４および１０６は、電気接地に接続され得る。
この方法は、導線を基板１０２上に選択されたパターンで形成する段階の前に、
５． 導電層にフォトレジスト層を付着させる段階；
６． 選択されたパターンに対応するフォトレジスト層の複数の部分を覆うべく、光吸収材をフォトレジスト層に選択されたパターンで付着させる段階；
７． フォトレジスト層に電磁放射線（例えば、紫外線放射）を照射して、光吸収材により覆われていないフォトレジスト層の複数の領域を硬化させる段階；
８． 電磁放射線により硬化されていないフォトレジスト層の複数の覆われた部分に対応するフォトレジスト層の複数の領域を除去して、導電層の複数の部分を露出させる段階；
９． フォトレジストの硬化された領域の下の導電層の複数の部分をエッチングせずに導電層の複数の露出部分をエッチング除去する段階；
１０． フォトレジスト層の複数の硬化された領域を除去して、エッチングされていない導電層の複数の部分を露出させる段階、導電層のエッチングされていない複数の部分は、導線を形成するように、選択されたパターンに対応する；および
１１． 基板内の選択された位置において基板内にビアを形成する段階
をさらに含む。
５． 導電層にフォトレジスト層を付着させる段階；
６． 選択されたパターンに対応するフォトレジスト層の複数の部分を覆うべく、光吸収材をフォトレジスト層に選択されたパターンで付着させる段階；
７． フォトレジスト層に電磁放射線（例えば、紫外線放射）を照射して、光吸収材により覆われていないフォトレジスト層の複数の領域を硬化させる段階；
８． 電磁放射線により硬化されていないフォトレジスト層の複数の覆われた部分に対応するフォトレジスト層の複数の領域を除去して、導電層の複数の部分を露出させる段階；
９． フォトレジストの硬化された領域の下の導電層の複数の部分をエッチングせずに導電層の複数の露出部分をエッチング除去する段階；
１０． フォトレジスト層の複数の硬化された領域を除去して、エッチングされていない導電層の複数の部分を露出させる段階、導電層のエッチングされていない複数の部分は、導線を形成するように、選択されたパターンに対応する；および
１１． 基板内の選択された位置において基板内にビアを形成する段階
をさらに含む。
本発明の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されてきたが、網羅的であるように、または開示された実施形態に限定されるようには意図されていない。説明された実施形態の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの修正および変形が、当業者には明らかであろう。本明細書において用いられる専門用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術の実際の適用または技術的改善を最も良く説明するように、または、本明細書において開示された実施形態を他の当業者が理解することを可能にするように選ばれている。
Claims (20)
- 基板；
前記基板上に設けられ、間に間隙を設けるように離間した第１の導電体および第２の導電体；および
前記第１の導電体および前記第２の導電体を電気的に接続するための第３の導電体
を備え、
前記第３の導電体は、低熱伝導体である、
量子機械回路。 - 前記第３の導電体は、銅－ニッケル（ＣｕＮｉ）またはステンレス鋼のうちの少なくとも一方を有する、請求項１に記載の量子機械回路。
- ＣｕＮｉは、周辺温度において約３．８×１０－８Ωｍである電気抵抗率、および約２５Ｗ／ｍ・Ｋ～４０Ｗ／ｍ・Ｋである熱伝導率を有する、請求項２に記載の量子機械回路。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、銅（Ｃｕ）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 前記第１の導電体、前記第２の導電体および前記第３の導電体は、無線周波数電流を伝送するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 前記第３の導電体は、留め具を用いて前記基板に結合されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 前記留め具は、真鍮を含む、請求項６に記載の量子機械回路。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、電気接地に接続されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、前記基板内で前記第１の導電体および前記第２の導電体の間に前記間隙を設けることにより電気的に切り離されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体に電気的に結合された減衰器チップをさらに備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の量子機械回路。
- 温度制御された容器を有する冷却システム；
前記温度制御された容器内に配置された量子プロセッサ、前記量子プロセッサは、複数のキュビットを有する；
前記温度制御された容器の内部に配置された超伝導回路、
を備え、
前記超伝導回路は、
基板；
前記基板上に設けられ、間に間隙を設けるように離間した第１の導電体および第２の導電体；および
前記第１の導電体および前記第２の導電体を電気的に接続する第３の導電体、前記第３の導電体は、低熱伝導体である
を有し、
前記複数のキュビットの各々は、前記基板上に設けられており、少なくとも、前記第１の導電体または前記第２の導電体のうちの少なくとも一方を介して接地に電気的に接続されている、
超電導量子機械コンピュータ。 - 前記第３の導電体は、銅－ニッケル（ＣｕＮｉ）またはステンレス鋼のうちの少なくとも一方を有する、請求項１１に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- ＣｕＮｉは、周辺温度において約３．８×１０－８Ωｍである電気抵抗率、および約２５Ｗ／ｍ・Ｋ～４０Ｗ／ｍ・Ｋである熱伝導率を有する、請求項１２に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、銅（Ｃｕ）を有する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第１の導電体、前記第２の導電体および前記第３の導電体は、無線周波数電流を伝送するように構成されている、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第３の導電体は、留め具を用いて前記基板に結合されている、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、電気接地に接続されている、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体は、前記基板内で前記第１の導電体および前記第２の導電体の間に前記間隙を設けることにより電気的に切り離されている、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 前記第１の導電体および前記第２の導電体に電気的に結合された減衰器チップをさらに備える、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の超電導量子機械コンピュータ。
- 上面および底面を有する基板を設ける段階；
前記基板の前記上面および前記底面のうちの少なくとも一方上に導電層を形成する段階；
前記導電層の複数の部分を除去することにより、前記基板上に導線を選択されたパターンで形成する段階、前記導線は、前記基板上の第１の導電体および第２の導電体を含み、前記第１の導電体および前記第２の導電体は、間の間隙により離間および分離されている；および
第３の導電体を用いて前記第１の導電体および前記第２の導電体を電気的に接続する段階、前記第３の導電体は、低熱伝導体である
を備える、量子機械回路を製造する方法。
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