JP7290201B2 - 量子デバイス - Google Patents
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Description
実施形態1に係る量子デバイスを説明する。図1は、実施形態1に係る量子デバイスを例示した断面図である。図2は、実施形態1に係る量子デバイスを例示した分解斜視図である。図1及び図2に示すように、量子デバイス1は、量子チップ10と、インターポーザ20と、を備えている。
次に、実施形態1の変形例1を説明する。本変形例は、量子チップ10と、凹部31の内面との間に、接着層または接合層を有する。図4は、実施形態1の変形例1に係る接着層または接合層を例示した断面図である。図4に示すように、変形例1の量子デバイス1aにおいて、量子チップ10の第2面12の少なくとも一部は、凹部31の内面に接着または接合されてもよい。例えば、第2面12は、ワニス、グリス等の接着層BLによって、試料台30に接着されてもよい。また、第2面12は、チップ基板15と試料台30との間に形成された金属層等の接合層MLによって接合されてもよい。このような構成とすることにより、量子チップ10の設置安定性を向上させ、位置精度を向上させることができる。また、試料台30との熱的接続を向上させることができる。
次に、実施形態1の変形例2を説明する。本変形例は、量子チップ10と、凹部31の内面との間に空間を有する。図5は、実施形態1の変形例2に係る量子チップ10と凹部31の内面との間の空間を例示した断面図である。図5に示すように、変形例2の量子デバイス1bにおいて、量子チップ10は、試料台30に接触しなくてもよい。すなわち、量子チップ10の第2面12は、試料台30の凹部31の内面との間に空間を介して配置されてもよい。このような構成とすることにより、極低温への温度変化によって生じる量子チップ10及び試料台30の収縮差による応力及びひずみを抑制することができる。
次に、実施形態1の変形例3を説明する。本変形例は、試料台30の所定面32上に抑え部材を有する。図6は、実施形態1の変形例3に係る試料台30の凹部31及び抑え部材を例示した斜視図である。図7は、実施形態1の変形例3に係る試料台30の凹部31及び抑え部材を例示した平面図である。図6及び図7に示すように、変形例2の量子デバイス1cにおいて、凹部31は、試料台30の所定面32、例えば、試料台30の上面に形成されている。そして、凹部31の周辺における所定面32上には、複数の抑え部材33が設けられている。例えば、4つの抑え部材33は、所定面32上に設けられている。
次に、実施形態1の変形例4を説明する。本変形例は、インターポーザ20の反対面22上に冷却部材を有するとともに、インターポーザ20の内部にサーマルビアを有する。図8は、実施形態1の変形例4に係る冷却部材及びサーマルビアを例示した断面図である。図8において、図が煩雑にならないように、インターポーザ20のTV26を省略している。図8に示すように、変形例4の量子デバイス1dにおいて、インターポーザ20の反対面22は、冷却部材34に接してもよい。冷却部材34は、冷却機能を有している。例えば、冷却部材34は、試料台30に接続することによって冷却機能を有してもよい。このような構成とすることにより、インターポーザ20の反対面22は、冷却部材34の熱伝導によって冷却することができ、冷却性能を向上させることができる。
次に、実施形態1の変形例5を説明する。本変形例は、試料台30の凹部31の底に凹みを有する。図9は、実施形態1の変形例5に係る試料台30の凹部31の底に形成された凹みを例示した断面図である。図10は、実施形態1の変形例5に係る試料台30の凹部31の底に形成された凹みを例示した平面図である。図9及び図10に示すように、変形例5の量子デバイス1eにおいて、凹部31の底には凹み35が形成されている。図10に示すように、上方から見て、凹み35の領域は、量子回路17が形成された領域18よりも大きい。よって、量子回路17が形成された領域18は、凹み35の領域に含まれている。量子チップ10の第2面12の周辺部は、凹部31の底に接してもよい。量子チップ10の第2面12の中央部は、凹み35を覆っている。
次に、実施形態1の変形例6を説明する。本変形例は、量子チップ10の第2面12の周辺部を凹み35の周囲に接着または接合する。図11は、実施形態1の変形例6に係る試料台の凹部の底に形成された凹みを例示した断面図である。図11に示すように、変形例6の量子デバイス1fでは、量子チップ10の第2面12の周辺部は、凹部31の底に接着層BLによって接着してもよいし、金属層等の接合層MLによって接合してもよい。このような構成とすることにより、共振の影響を低減しつつ、量子チップ10の設置安定性を向上させ、位置精度を向上させることができる。また、試料台30との熱的接続を向上させることができる。
次に、実施形態1の変形例7を説明する。本変形例は、量子チップ10の第2面12の周辺部と、凹み35の周囲との間に空間を有する。図12は、実施形態1の変形例7に係る試料台の凹部の底に形成された凹みを例示した断面図である。図12に示すように、変形例7の量子デバイス1gでは、量子チップ10の第2面12の周辺部は、試料台30に接触しなくてもよい。すなわち、量子チップ10の第2面12の周辺部は、凹部31の底との間に空間を介して配置されてもよい。このような構成とすることにより、共振の影響を低減しつつ、極低温への温度変化によって生じる量子チップ10及び試料台30の収縮差による応力及びひずみを抑制することができる。
次に、実施形態1の変形例8を説明する。本変形例は、凹み35にピラーを有する。図13は、実施形態1の変形例8に係る試料台の凹部の底に形成された凹み及びピラーを例示した断面図である。図13に示すように、変形例8の量子デバイス1hにおいて、凹部31の底には凹み35が形成されている。そして、凹み35には、1本または複数のピラー36が設けられている。ピラー36は、第1面11及び第2面12に直交する方向に延びている。ピラー36の一端は、凹み35の底に接続し、ピラー36の他端は、量子チップ10の第2面12に接している。このように、量子チップ10は、凹み35の底から第1面11に直交する方向に延びたピラー36に接している。ピラー36は、円柱でもよいし、柱状でもよい。1本または複数のピラー36と、第2面12とは、接着層BLによって接着されてもよいし、金属層によって接合されてもよい。
次に、実施形態1の変形例9を説明する。本変形例は、試料台30の凹部31の底に貫通孔を有する。図14は、実施形態1の変形例9に係る試料台30の凹部31の底に形成された貫通孔を例示した断面図である。図14に示すように、変形例9の量子デバイス1iにおいて、凹部31の底には貫通孔37が形成されている。上方から見て、貫通孔37の領域は、量子回路17が形成された領域18よりも大きい。よって、量子回路17が形成された領域18は、貫通孔37の領域に含まれている。量子チップ10の第2面12の周辺部は、凹部31の底に接してもよいし、凹部31の底に接着または接合してもよい。量子チップ10の第2面12の中央部は、貫通孔37を覆っている。
次に、実施形態1の変形例10を説明する。本変形例は、極低温時において、量子チップ10が凹部31に嵌入する。図15は、実施形態1の変形例10に係る試料台30の凹部31を例示した断面図である。図15に示すように、変形例10の量子デバイス1jにおいて、量子チップ10は、極低温時において、凹部31に嵌入する。よって、量子チップ10の側面は、凹部31の内面に接している。これにより、量子チップ10は、側面からの熱伝導により冷却されるので、冷却性能を向上させることができる。
次に、実施形態2に係る量子デバイスを説明する。本実施形態の量子デバイスにおいて、インターポーザ20の側面は、凹部31の内面に接している。図16は、実施形態2に係る量子デバイスを例示した断面図である。図16に示すように、本実施形態の量子デバイス2は、量子チップ10と、インターポーザ20と、を備えることは実施形態1と同様である。しかしながら、量子デバイス2では、インターポーザ20の側面の少なくとも一部は、凹部31の内面に接している。
次に、実施形態3に係る量子デバイスを説明する。本実施形態の量子デバイスは、凹部31にザグリが形成されている。図17は、実施形態3に係る量子デバイスを例示した断面図である。図18は、実施形態3に係る試料台30の凹部31及びザグリを例示した平面図である。図17及び図18に示すように、量子デバイス3において、試料台30の凹部31は、試料台30の所定面32に形成されている。そして、凹部31の開口部の周囲には、ザグリ38が形成されている。これにより、凹部31の開口部の周囲に所定面32と段差を有する段差面39が形成されている。よって、ザグリ38は、段差面39を含んでいる。
次に、実施形態4に係る量子デバイスを説明する。本実施形態の量子デバイスは、ザグリ38の側面にインターポーザ20が接している。図19は、実施形態4に係る量子デバイスを例示した断面図である。図19に示すように、量子デバイス4において、試料台30の凹部31は、試料台30の所定面32に形成されている。そして、凹部31の開口部の周囲には、ザグリ38が形成されている。これにより、凹部31の開口部の周囲に所定面32と段差を有する段差面39が形成されている。
次に、実施形態4の変形例を説明する。本変形例は、インターポーザ20の実装面21と段差面39との間にスペーサを有する。図20は、実施形態4の変形例に係るスペーサを例示した断面図である。図20に示すように、量子デバイス4aにおいて、インターポーザ20の実装面21の一部は、段差面39との間にスペーサSPを介して配置されている。すなわち、スペーサSPは、実装面21と段差面39との間に配置されている。スペーサSPは、熱伝導性が高い絶縁材料、例えば窒化アルミ、炭化ケイ素、サファイア、シリコン、アルミナなどを含むことが好ましい。
量子状態を用いた情報処理を行う量子チップと、
前記量子チップが実装されたインターポーザと、
を備え、
前記量子チップは、冷却機能を有する試料台に形成された凹部の内部に配置され、
前記インターポーザの一部は、前記試料台に接した、
量子デバイス。
前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面の少なくとも一部は、前記凹部の内面に接した、
付記1に記載の量子デバイス。
前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面の少なくとも一部は、前記凹部の内面に接着または接合された、
付記1に記載の量子デバイス。
前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面は、前記凹部の内面との間に空間を介して配置された、
付記1に記載の量子デバイス。
前記凹部は、前記試料台の所定面に形成され、
前記インターポーザの前記量子チップが実装された実装面の一部は、前記所定面に接した、
付記1~4のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記インターポーザの側面の少なくとも一部は、前記所定面上に設けられた複数の抑え部材に接した、
付記5に記載の量子デバイス。
前記インターポーザは、前記実装面に直交する方向から見て矩形であり、
複数の前記抑え部材は、前記インターポーザにおける各角部の近傍の側面を平面部分で抑える、
付記6に記載の量子デバイス。
前記インターポーザは、前記量子チップが実装された実装面と、前記実装面の反対側の反対面と、を有し、
前記反対面は、冷却機能を有する冷却部材に接した、
付記1~7のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記インターポーザは、前記量子チップが実装された実装面と、前記実装面の反対側の反対面と、を有し、
前記インターポーザは、インターポーザ基板と、前記インターポーザ基板の前記実装面側から前記反対面側まで貫通したサーマルビアと、を含む、
付記1~8のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記サーマルビアは、前記実装面側の径よりも前記反対面側の径の方が大きいテーパが形成された部分を含む、
付記9に記載の量子デバイス。
前記インターポーザは、複数の前記サーマルビアを接続する共通の接続部材をさらに含む、
付記9または10に記載の量子デバイス。
前記量子チップは、超電導材料がジョセフソン接合によって環状に接続されたループ回路を有する共振器が形成された量子回路を含み、
前記凹部の底には凹みが形成され、
前記量子チップの前記インターポーザに実装された第1面に直交する方向から見て、前記量子回路が形成された領域は、前記凹みの領域に含まれた、
付記1~11のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記量子チップは、前記凹みの底から前記第1面に直交する方向に延びたピラーに接した、
付記12に記載の量子デバイス。
前記量子チップは、超電導材料がジョセフソン接合によって環状に接続されたループ回路を有する共振器が形成された量子回路を含み、
前記凹部の底には貫通孔が形成され、
前記量子チップの前記インターポーザに実装された第1面に直交する方向から見て、前記量子回路が形成された領域は、前記貫通孔の領域に含まれた、
付記1~11のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記量子チップの側面は、前記凹部の内面に接した、
付記1~14のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記凹部は、前記試料台の所定面に形成され、
前記インターポーザの側面の少なくとも一部は、前記凹部の内面に接した、
付記1~15のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記凹部は、前記試料台の所定面に形成され、
前記凹部の開口部の周囲に前記所定面に対して段差を有する段差面が形成され、
前記インターポーザの前記量子チップが実装された実装面の一部は、前記段差面に接した、
付記1~15のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記凹部は、前記試料台の所定面に形成され、
前記凹部の開口部の周囲に前記所定面に対して段差を有する段差面が形成され、
前記インターポーザの側面の少なくとも一部は、前記段差面と前記所定面との間の側面に接した、
付記1~15のいずれか1項に記載の量子デバイス。
前記インターポーザの前記量子チップが実装された実装面の一部は、前記段差面との間に空間を介して配置された、
付記18に記載の量子デバイス。
前記インターポーザの前記量子チップが実装された実装面の一部は、前記段差面との間にスペーサを介して配置された、
付記18に記載の量子デバイス。
2、3、4、4a 量子デバイス
10 量子チップ
11 第1面
12 第2面
15 チップ基板
16 配線層
17 量子回路
17a ジョセフソン接合
17b ループ回路
17c 共振器
18 領域
20 インターポーザ
21 実装面
22 反対面
23 インターポーザ配線層
23a 磁場印加回路
23b 読み出し部
24 インターポーザ配線層
24a 端子
25 インターポーザ基板
26 TV
27 サーマルビア
28 接続部材
30 試料台
31 凹部
32 所定面
33 抑え部材
34 冷却部材
35 凹み
36 ピラー
37 貫通孔
38 ザグリ
39 段差面
101 量子デバイス
110 量子チップ
111 第1面
112 第2面
120 インターポーザ
121 実装面
122 反対面
124a 端子
130 試料台
132 所定面
BL 接着層
BP バンプ
ML 金属層
SP スペーサ
Claims (10)
- 量子状態を用いた情報処理を行う量子チップと、
前記量子チップが実装されたインターポーザと、
を備え、
前記量子チップは、冷却機能を有する試料台に形成された凹部の内部に配置され、
前記インターポーザの一部は、前記試料台に接した、
量子デバイス。 - 前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面の少なくとも一部は、前記凹部の内面に接した、
請求項1に記載の量子デバイス。 - 前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面の少なくとも一部は、前記凹部の内面に接着または接合された、
請求項1に記載の量子デバイス。 - 前記量子チップは、前記インターポーザに実装された第1面と、前記第1面の反対側の第2面と、を有し、
前記第2面は、前記凹部の内面との間に空間を介して配置された、
請求項1に記載の量子デバイス。 - 前記凹部は、前記試料台の所定面に形成され、
前記インターポーザの前記量子チップが実装された実装面の一部は、前記所定面に接した、
請求項1~4のいずれか1項に記載の量子デバイス。 - 前記インターポーザの側面の少なくとも一部は、前記所定面上に設けられた複数の抑え部材に接した、
請求項5に記載の量子デバイス。 - 前記インターポーザは、前記実装面に直交する方向から見て矩形であり、
複数の前記抑え部材は、前記インターポーザにおける各角部の近傍の側面を平面部分で抑える、
請求項6に記載の量子デバイス。 - 前記インターポーザは、前記量子チップが実装された実装面と、前記実装面の反対側の反対面と、を有し、
前記反対面は、冷却機能を有する冷却部材に接した、
請求項1~7のいずれか1項に記載の量子デバイス。 - 前記インターポーザは、前記量子チップが実装された実装面と、前記実装面の反対側の反対面と、を有し、
前記インターポーザは、インターポーザ基板と、前記インターポーザ基板の前記実装面側から前記反対面側まで貫通したサーマルビアと、を含む、
請求項1~8のいずれか1項に記載の量子デバイス。 - 前記サーマルビアは、前記実装面側の径よりも前記反対面側の径の方が大きいテーパが形成された部分を含む、
請求項9に記載の量子デバイス。
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