JP6757948B2 - 量子ビットデバイス - Google Patents
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Description
<第1実施形態>
図1と図2を参照しながら本発明の第1の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図1は第1の実施形態の量子ビットデバイス(以下、単に「デバイス」とも呼ぶ)の構造の概要を示した鳥瞰図であり、図2は図1の中央部分の(a)上面図と(b)断面図である。なお、図2の(a)上面図では、超伝導配線13の配置が明確になるように、本来不透明な第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11が透明なものとして表されている。第1の実施形態のデバイスは、第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11が、並行に伸びる超伝導配線13を有するベース基板12上にフリップチップ接続された構造を有する。第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11には、それぞれ超伝導磁束量子ビット14が配置され、さらに超伝導磁束量子ビット14と磁気的に結合するように、各超伝導磁束量子ビット14の少なくとも一部を囲む形で超伝導配線13が配置されている。
図1と図3を用いて本発明の第2の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図3は、図1の中央部分の(a)上面図と(b)断面図である。なお、図3の(a)上面図では、超伝導配線13の配置が明確になるように、本来不透明な第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11が透明なものとして表されている。第2の実施形態のデバイスは、第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11が、1つの閉ループをなす超伝導配線13を有するベース基板12上に、ハンダバンプ16によりフリップチップ接続された構造を有する。ここで、フリップチップ接続に用いられるハンダバンプ16は超伝導体である必要はない。第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11には、それぞれ超伝導磁束量子ビット14が配置され、さらに超伝導磁束量子ビット14と磁気的に結合するように、各超伝導磁束量子ビット14の少なくとも一部を囲む形で超伝導配線13が配置されている。
図4を用いて本発明の第3の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図4は、本実施形態を説明するためのデバイスの(a)上面図とその中央部の(b)拡大図である。本実施形態では、ベース基板12上にジョセフソン接合17を含む超伝導ループである超伝導磁束量子ビット14が配置される。図4では、例としてベース基板12上に3つの超伝導磁束量子ビット14が配置されているが、その数は3に限定されず少なくとも1つ以上を含むことができる。第1実施形態および第2実施形態として説明したように、ベース基板12上の超伝導磁束量子ビット14を、超伝導配線13を介して第1の量子ビット基板10上にある超伝導磁束量子ビット14と第2の量子ビット基板11上にある超伝導磁束量子ビット14とに磁気的に結合することができる。
図5、図6、図7、図8を用いて本発明の第4の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図5は第4の実施の形態を説明するための鳥瞰図、図6は図5の構造を裏側から見た図、図7と図8は中央付近の断面図である。本実施形態では、図5に示されるように、第1の量子ビット基板10と第2の量子ビット基板11を跨ぐ形で接続基板19がフリップチップ接続された構造を有する。接続基板19のサイズ(表面積)は、第1の量子ビット基板10及び第2の量子ビット基板11のサイズよりも小さいものを選択することができる。図5の構造を裏側から見た図6に示されるように、接続基板19上には、第1実施形態と同様な超伝導配線13の配置、第2実施形態と同様な超伝導配線13の配置、または第3実施形態と同様な超伝導配線13及び超伝導磁束量子ビット14の配置のいずれかが選択されて配置される。
図9と図10を用いて本発明の第5の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図9は第5の実施形態を説明するための鳥瞰図である。図9において、第1の量子ビット基板20と第2の量子ビット基板21は、第1の接続基板24によりフリップチップ接続されている。同様に第2の量子ビット基板21と第3の量子ビット基板22は、第2の接続基板25によりフリップチップ接続されている。第3の量子ビット基板22と第4の量子ビット基板23は、第3の接続基板26によりフリップチップ接続されている。また、第4の量子ビット基板32と第1の量子ビット基板20は、第4の接続基板27によりフリップチップ接続されている。ここで、第1の接続基板24、第2の接続基板25、第3の接続基板26、及び第4の接続基板27は、第4の実施形態で述べた接続基板19と同じ構造を有している。以上の構造は全てベース基板28上に配置される。
図11と図12を用いて本発明の第6の実施形態の量子ビットデバイスの説明を行う。図11は本実施形態を説明するための鳥瞰図である。図11において、第1の量子ビット基板31、第2の量子ビット基板32、第3の量子ビット基板33、及び第4の量子ビット基板34が、第1のインターポーザ基板35上にフリップチップ接続されている。これら4つの量子ビット基板31〜34に設けられた量子ビット間の接続は、第1のインターポーザ基板35において、上述した第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態のいずれかもしくはそれらが複合した方法を用いて行われる。第2のインターポーザ基板36、第3のインターポーザ基板37、第4のインターポーザ基板38も同様に4個ずつの量子ビット基板がフリップチップ接続されている。
11、21、32 第2の量子ビット基板
12、28、43 ベース基板
13 超伝導配線
14 超伝導磁束量子ビット
15 超伝導ハンダバンプ
16、30 ハンダバンプ
17 ジョセフソン接合
18 超伝導ループ
19 接続基板
22、33 第3の量子ビット基板
23、34 第4の量子ビット基板
24、39 第1の接続基板
25、40 第2の接続基板
26、41 第3の接続基板
27、42 第4の接続基板
29 貫通ビア
35 第1のインターポーザ基板
36 第2のインターポーザ基板
37 第3のインターポーザ基板
38 第4のインターポーザ基板
Claims (8)
- 第1の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第1の超伝導配線を表面に有する第1の量子ビット基板と、
第2の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第2の超伝導配線を表面に有する第2の量子ビット基板と、
並行に延びる2つの超伝導配線からなる第3の超伝導配線を表面に有するベース基板と、を備え、
ベース基板上に第1及び第2の量子ビット基板が載置され、第1の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の一方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第2の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の他方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第1から第3の3つの超伝導配線は1つの連続した超伝導ループを形成している、量子ビットデバイス。 - 第1の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第1の超伝導ループを表面に有する第1の量子ビット基板と、
第2の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第2の超伝導ループを表面に有する第2の量子ビット基板と、
1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第3の超伝導ループを表面に有するベース基板と、を備え、
第1の量子ビット基板と第2の量子ビット基板は、各表面がベース基板の表面に対向するようにベース基板上にフリップチップ接続され、第1及び第2の超伝導ループは第3の超伝導ループと空隙を隔てて磁気的に結合することができる、量子ビットデバイス。 - 前記ベース基板の表面に、前記第1から第3の3つの超伝導ループの少なくとも1つと磁気的に結合可能に形成された少なくとも1つの第3の超伝導磁束量子ビットをさらに含む、請求項2に記載の量子ビットデバイス。
- 第1の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第1の超伝導配線を表面に有する第1の量子ビット基板と、
第2の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第2の超伝導配線を表面に有する第2の量子ビット基板と、
並行に延びる2つの超伝導配線からなる第3の超伝導配線を表面に有し、第1及び第2の量子ビット基板よりもサイズが小さい接続基板と、を備え、
接続基板は、その表面が第1及び第2の量子ビット基板の表面に対向し、かつ第1の量子ビット基板と第2の量子ビット基板を跨ぐように載置され、第1の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の一方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第2の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の他方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第1から第3の3つの超伝導配線は1つの連続した超伝導ループを形成している、量子ビットデバイス。 - 第1の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第1の超伝導ループを表面に有する第1の量子ビット基板と、
第2の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第2の超伝導ループを表面に有する第2の量子ビット基板と、
1つの閉ループをなす超伝導配線を含む第3の超伝導ループを表面に有し、第1及び第2の量子ビット基板よりもサイズが小さい接続基板と、を備え、
接続基板は、その表面が第1及び第2の量子ビット基板の表面に対向し、かつ第1の量子ビット基板と第2の量子ビット基板を跨ぐように、第1及び第2の量子ビット基板上にフリップチップ接続され、第1及び第2の超伝導ループは第3の超伝導ループと空隙を隔てて磁気的に結合することができる、量子ビットデバイス。 - 前記第1及び第2の量子ビット基板を載置するベース基板をさらに含み、ベース基板上の配線は、はんだを介して前記第1及び第2の量子ビット基板内の貫通導電ビア及びその上の配線に接続する、請求項4または5に記載の量子ビットデバイス。
- 第1の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第1の超伝導配線を表面に有する第1の量子ビット基板と、
第2の超伝導磁束量子ビットと磁気的な結合部分を持つように配置された第2の超伝導配線を表面に有する第2の量子ビット基板と、
並行に延びる2つの超伝導配線からなる第3の超伝導配線を表面に有するインターポーザ基板と、
インターポーザ基板を載置するベース基板と、を備え、
インターポーザ基板上に第1及び第2の量子ビット基板が載置され、第1の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の一方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第2の超伝導配線の2つの端部と第3の超伝導配線の他方の2つの端部とが超伝導はんだを介して接合し、第1から第3の3つの超伝導配線は1つの連続した超伝導ループを形成し、
ベース基板上の配線は、はんだを介してインターポーザ基板内の貫通導電ビア及びその上の配線に接続する、量子ビットデバイス。 - 前記第1及び第2の量子ビット基板が載置された前記インターポーザ基板を少なくとも2つ以上含み、隣接する2つの前記インターポーザ基板を跨ぐように載置され、かつフリップチップ接続された接続基板をさらに含み、
2つの前記インターポーザ基板上の超伝導配線は、接続基板上の対向する超伝導配線と超伝導はんだを介して接合する、請求項7に記載の量子ビットデバイス。
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