JP7436631B2 - 量子ビット用パラメトリック増幅器 - Google Patents
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Description
本開示は、量子ビット用パラメトリック増幅器に関する。
量子コンピューティングは、２つの量子状態の重ね合わせおよび別々の実体に属する量子状態間のもつれなどの量子機械現象を利用する新しいコンピューティング技法である。２つの双安定状態（たとえば、「０」および「１」）をとるように構成された「ビット」を使用して情報を記憶し操作するデジタルコンピュータとは異なり、量子コンピューティングシステムは、量子状態を重ね合わせる（たとえば、ａ｜０＞＋ｂ｜１＞）ように構成された「量子ビット」を使用して情報を操作することを目的とする。各量子ビットの量子状態は互いにもつれることができ、それによって、１つの量子ビットの測定結果が別の量子ビットの測定結果と強く相関付けられる。いくつかの実施形態では、これらの特性は、従来のコンピューティング技法に勝る利点を提供することがある。
進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）は、集中素子インダクタおよびコンデンサで作られた伝送線路に基づく増幅器を含む。ジョセフソン接合素子ＴＷＰＡ（ジョセフソンＴＷＰＡとも呼ばれる）と呼ばれるいくつかの種類のＴＷＰＡでは、インダクタは、非線形インダクタンスを生成するジョセフソン接合素子を含む伝送線路から形成される。このインダクタンスの大きいポンプトーンによる変調を使用して、デバイス内を通って伝播する他の信号にエネルギーを伝達することができ、それによって、パラメトリック増幅が生じる。パラメトリック増幅は、量子限界雑音に近い超伝導量子ビットの高忠実度状態測定を実現することができるので、ＴＷＰＡは、超伝導体ベース量子コンピューティングシステムにおける有用なツールとなる場合がある。
T.C. White et al., "Traveling wave parametric amplifier with Josephson junctions using minimal resonator phase matching", Applied Physics Letters, vol. 106, p. 242601-1-242601-5 (2015)
いくつかの実施形態では、ＴＷＰＡは、電磁波反射を低減させるためにＴＷＰＡが接続された負荷のインピーダンスに整合するインピーダンスを有するように設計される。そのようなインピーダンス整合では、ＴＷＰＡのキャパシタンスを修正することが必要になる場合がある。一般に、いくつかの態様では、本開示の主題は、場合によっては信号を吸収しＴＷＰＡ動作に雑音を付加することがある損失の多い誘電材料を導入する必要なしにＴＷＰＡ内にキャパシタンスを組み込むことができる技法およびデバイスを対象とする。
具体的には、本開示の主題は、コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を有するコプレーナ導波路と、コプレーナ導波路の中央トレースの上を横切り中央トレースから隙間によって離間された接地された超伝導体トレースによって形成された少なくとも１つの分路コンデンサとを含むＴＷＰＡを包含する。したがって、超伝導体トレースおよびコプレーナ導波路は、分路コンデンサのプレートを形成し、プレートは隙間高さによって分離される。プレート間の空間が損失の多い誘電固体ではなく隙間（たとえば、空気または真空によって作られる）によって形成されるので、特にＴＷＰＡを真空条件下で動作させるときにＴＷＰＡ内の信号吸収および雑音を低減させることができる。
進行波パラメトリック増幅器デバイスであって、コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含むコプレーナ導波路と、コプレーナ導波路に結合された少なくとも１つの分路コンデンサとを含み、少なくとも１つの分路コンデンサの各分路コンデンサが、コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延びる対応する超伝導体トレースを含み、隙間によって超伝導体トレースが中央トレースの上面から分離され、少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含むコプレーナ導波路と分路コンデンサが、進行波パラメトリック増幅器に対する所定の全インピーダンスを確立する、進行波パラメトリック増幅器デバイス。
デバイスの実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。進行波パラメトリック増幅器のインピーダンスは、各分路コンデンサの隙間の高さの関数である。超伝導体トレースが、少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びることなく中央トレースの上を通って延びるデバイス。超伝導体トレースが、中央トレースの伸長方向に直交する方向に延ばされるデバイス。超伝導体トレースが中央トレースの上を通るエアブリッジを形成するデバイス。コプレーナ導波路は、中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面を含み、かつ中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面を含み、エアブリッジの第１の端部は、第１の接地平面に電気的に接続され、エアブリッジの第２の端部は、第２の接地平面に電気的に接続されるデバイス。第１の基板と、第１の基板に接合された第２の基板とを含み、コプレーナ導波路が第１の基板の上面上に配置され、超伝導体トレースが第２の基板上に配置されるデバイス。第１の基板が第２の基板にバンプ接合されるデバイス。コプレーナ導波路は、中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを含み、超伝導体トレースが、第１の端部において第１のバンプ接合部を介して第１の接地平面に電気的に接続され、かつ第２の端部において第２のバンプ接合部を介して第２の接地平面に電気的に接続されるデバイス。第２の構成要素を含み、進行波パラメトリック増幅器の所定の全インピーダンスが、第２の構成要素のインピーダンスに整合するデバイス。所定の全インピーダンスが略５０オームであるデバイス。
一般的な一態様は、進行波パラメトリック増幅器を製造する方法であって、第１の基板を用意するステップと、コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含むコプレーナ導波路を第１の基板上に形成するステップと、少なくとも１つの分路コンデンサを形成するように、それぞれコプレーナ導波路の上方に少なくとも１つの超伝導体トレースを固定するステップとを含み、少なくとも１つの分路コンデンサの各超伝導体トレースが、コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延び、対応する隙間によって上面から分離され、少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含むコプレーナ導波路と少なくとも１つの分路コンデンサが、進行波パラメトリック増幅器に対する所定の全インピーダンスを確立することを含む方法を含む。
実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。超伝導体トレースごとに、コプレーナ導波路の上方に少なくとも１つの超伝導体トレースを固定するステップが、コプレーナ導波路の上を通る誘電材料の層を設けるステップと、誘電材料の層をパターニングして誘電材料のパッドを形成し、コプレーナ導波路の一部を露出させるステップと、誘電材料のパッド上およびコプレーナ導波路の一部上に超伝導体層を形成するステップと、超伝導体層をパターニングして超伝導体トレースを形成するステップと、誘電材料のパッドを除去して隙間を形成するステップとを含み、超伝導体トレースが、中央トレースの上を通るエアブリッジを形成する方法。コプレーナ導波路が、中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを含み、超伝導体層をパターニングして超伝導体トレースを形成するステップが、超伝導体トレースの第１の端部と第１の接地平面との間に第１の電気接点を形成するステップと、超伝導体トレースの第２の端部と第２の接地平面との間に第２の電気接点を形成するステップとを含む方法。少なくとも１つの超伝導体トレースの超伝導体トレースごとに、コプレーナ導波路の上方に超伝導体トレースを固定するステップは、超伝導体トレースを含む第２の基板を設けるステップと、超伝導体トレースが、中央トレースの上面の上を通るように配置され、かつ対応する隙間によって上面から分離されるように、第１の基板に第２の基板を接合するステップとを含む方法。
コプレーナ導波路が、中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを含み、接合が、超伝導体トレースの第１の端部と第１の接地平面との間に第１のバンプ接合部を形成するステップと、超伝導体トレースの第２の端部と第２の接地平面との間に第２のバンプ接合部を形成するステップとを含む方法。少なくとも１つの超伝導体トレースの各超伝導体トレースが、中央トレースの伸長方向に直交する方向に延ばされる方法。少なくとも１つの超伝導体トレースの各超伝導体トレースが、少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びることなく中央トレースの上を通って延びる方法。第２の構成要素を形成する方法であって、所定の全インピーダンスが第２の構成要素のインピーダンスに整合する方法。所定のインピーダンスが略５０オームである方法。
本明細書に開示する主題の様々な実施形態は、１つまたは複数の利点を有することがある。たとえば、いくつかの実施形態では、
本開示の目的は、超伝導体（代替的に、超電導）材料は、超伝導臨界温度以下において超伝導特性を示す材料として理解されてもよい。超伝導体材料の例には、限定はしないが、アルミニウム（超伝導臨界温度はたとえば、１．２ケルビン）、ニオブ（超伝導臨界温度はたとえば、９．３ケルビン）、および窒化チタン（超伝導臨界温度はたとえば、５．６ケルビン）が含まれる。
１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載される。他の特徴および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。
量子ビットの読み出しは、量子ビットと読み出しデバイス（たとえば、測定共振器）との間の分散相互作用を使用して実施されてもよい。たとえば、読み出しデバイスの周波数をサンプリングして、量子ビットの状態／周波数に依存する位相ずれを測定するためにプローブ音が生成されてもよい。しかし、場合によっては、読み出しデバイスから得られる信号が、出力線を介して減衰し、信号対雑音比が低下し、測定がより困難になることがある。信号対雑音比を向上させるために、増幅器が読み出しデバイスの出力に配置されてもよい。出力信号を強化するために使用されてもよい増幅器の例には進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）がある。ＴＷＰＡは、比較的高い帯域幅、ダイナミックレンジ、および飽和出力を生成し、したがって、場合によっては周波数多重化を可能にし、したがって、量子プロセッサのスケーリングを向上させる。
図１は、例示的なＴＷＰＡ１００の回路概略図を示す図である。ＴＷＰＡ１００は、集中素子インダクタおよびコンデンサを含む伝送線路１０２に基づく増幅器である。いくつかの実施形態では、伝送線路１０２は、たとえば、超伝導コプレーナ導波路などのコプレーナ導波路を含んでもよい。超伝導コプレーナ導波路を含むコプレーナ導波路は、基板上に形成され２つの側において接地平面で隣接する中央導電トレースを含んでもよく、接地平面は、中央トレースから離間される。超伝導コプレーナ導波路の場合、接地平面および中央トレースは、たとえばアルミニウムなどの超伝導体材料で形成されてもよい。
ＴＷＰＡ １００のインダクタは、ジョセフソン接合素子１０４を含み、ジョセフソン接合素子１０４は非線形インダクタンスを生成する。このインダクタンスを大きいポンプトーンωｐによって変調すると、デバイス内を通って伝播する他の信号にエネルギーが伝達され（たとえば、量子測定共振器から取得した信号ωｓ）、パラメトリック増幅が生じる。具体的には、ポンプトーンωｐは、ＴＷＰＡ１００の電流依存インダクタンスを変調して、ωｓ＋ωｉ＝２ωｐになるように周波数混合を介してポンプトーンωｐを測定共振器からの信号ωｓおよびアイドラトーンωｉに結合する。ポンプと信号とアイドラ周波数との間の関係は、エネルギーの保存を満たすように調整される。ＴＷＰＡの利得、帯域幅、およびダイナミックレンジは、非線形伝送線路の結合モード方程式によって決定されてもよい。ＴＷＰＡの動作および製造に関するさらなる詳細は、非特許文献１に記載されており、この文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
性能を向上させるために、接合インダクタンスはかなり大きくすべきである。たとえば、接合インダクタンスは、コプレーナ導波路の幾何学的インダクタンスの略１０倍以上であってもよい。しかし、不要な反射を回避するために、ＴＷＰＡ１００のインピーダンスは、負荷のインピーダンスにも整合すべきである。多くの実施形態では、このインピーダンスは５０オームに設定される。ＴＷＰＡ１００のインピーダンスＺは、単位長さ当たりのインダクタンス（Ｌ／ｌ）を単位長さ当たりのキャパシタンス（Ｃ／ｌ）で割った値の平方根として変動するので、インピーダンスを所望のインピーダンスに近い値に調整するために分路コンデンサとも呼ばれる追加の接地用１０８コンデンサ１０６がＴＷＰＡ１００に付加されてもよい。いくつかの実施形態では、余分なキャパシタンスは、平行板コンデンサ設計を使用してコンデンサ１０６を実装するのに十分な量であり、平行板コンデンサの誘電体は、たとえばＳｉＯ２などの堆積した絶縁体によって形成される。いくつかの実施形態では、追加のコンデンサによって付加される幾何学的インダクタンスは無視されてもよい。
堆積した絶縁体は一般に、マイクロ波周波数において損失が多く、増幅器１００内の信号を吸収するとともに増幅器内の雑音を増大させることがある。しかし、そのような増幅器を増幅の第１段として使用すると、この損失が弊害をもたらすことがある。その理由は、いくつかの実施形態では信号の損失が雑音の増大と同等になるからである。
本開示のＴＷＰＡは、堆積した絶縁体を使用せずに平行板コンデンサを含むように形成されてもよい。たとえば、本開示の平行板コンデンサは、空気または真空を誘電体として使用して形成されてもよい。堆積した絶縁体をなくすことによって、いくつかの実施形態では、ＴＷＰＡ内の信号吸収および雑音を低減させることが可能である。
本開示のＴＷＰＡは、様々な実施形態において形成することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、平行板コンデンサを形成するための超伝導体トレースは、一方の端部において接地され（たとえば、コプレーナ導波路の一方の接地平面）、コプレーナ導波路の中央トレースの上を横切り、第２の端部において接地される（たとえば、コプレーナ導波路の第２の接地平面）エアブリッジであってもよい。他の実施形態では、コプレーナ導波路の中央トレース自体が、一方の端部において接地され（たとえば、コプレーナ導波路の一方の接地平面）、第２の端部において接地される（たとえば、コプレーナ導波路の第２の接地平面）超伝導体トレースの上を延びるエアブリッジである。さらに他の実施形態では、コプレーナ導波路は、第１の基板上に形成され、超伝導体トレースは、第１の基板に（たとえば、バンプ接合を介して）接合され、第１の基板から離間された第２の基板上に形成される。上記の実施形態のいずれにおいても、コプレーナ導波路の中央トレースと超伝導体トレースとの間の間隔を使用して、分路コンデンサのインピーダンスが調整されてもよい。上記の実施形態のいずれにおいても、中央トレースと超伝導体トレースが沿って延ばされる方向は、互いに直交してもよい。さらに、超伝導体トレースは、いずれのジョセフソン接合素子の上も延びずに中央トレースと重なり合ってもよい。
図２Ａは、本開示による例示的な進行波パラメトリック増幅器２００の上面図を示す概略図である。図２Ｂは、線Ａ－Ａにおける図２Ａの進行波パラメトリック増幅器２００の断面図を示す概略図である。図２Ａに示すＴＷＰＡ２００は、ジョセフソンＴＷＰＡであり、基板２０２と、基板２０２上に形成されたコプレーナ導波路とを含む。本例では、基板２０２は、たとえばシリコンまたはサファイアなどの誘電材料である。ただし、この代わりに他の誘電体が使用されてもよい。
基板上に形成されたコプレーナ導波路は、中央トレース２０４を含む。コプレーナ導波路はまた、それぞれ中央トレース２０４の第１の側および第２の側に沿って延びる第１の接地平面２０６および第２の接地平面２０８を含む。接地平面２０６、２０８および中央トレースは導電材料から形成される。特定の例では、導電材料は、アルミニウム、ニオブ、または窒化チタンなどの超伝導体薄膜である。接地平面２０６、２０８は、中央トレース２０４から距離２０１だけ離間され、距離２０１は、トレース２０４の長さに沿って一定であってもよい。
ＴＷＰＡ２００は、コプレーナ導波路の中央トレース２０４を中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子２１０も含む。図２Ａの例は、直列に接続された２つのジョセフソン接合素子２１０を示す。少なくとも１つのジョセフソン接合素子２１０は、ＴＷＰＡ２００の非線形インダクタンス部を形成する。ジョセフソン接合素子は、たとえば、薄い絶縁膜などの障壁によって分離された２つの超伝導電極で作られた量子機械デバイスである。たとえば、本例では、少なくとも１つのジョセフソン接合素子２１０はＡｌ／Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ薄膜の３層から形成されてもよい。
コプレーナ導波路のインダクタンスおよびジョセフソン接合素子のインダクタンスと共に、ＴＷＰＡ２００に対する所定の全インピーダンスを生成する追加のキャパシタンスを生成するために、ＴＷＰＡ２００は、少なくとも１つの分路コンデンサも含む。本例では、少なくとも１つの分路コンデンサは平行板コンデンサであり、コンデンサの第１のプレートは、コプレーナ導波路の中央トレース２０４によって形成され、コンデンサの第２のプレートは、エアブリッジ構造を形成する導電トレースによって形成される。具体的には、導電トレースは、超伝導体トレース２１４であってよい。本例では、超伝導体トレース２１４は、コプレーナ導波路の中央トレース２０４の上面の上を横切る。この例の目的は、上面は、基板２０２に面するトレース２０４の表面とは反対側のトレース２０４の表面と理解される。超伝導体トレース２１４は、中央トレース２０４の伸長方向に直交する方向に延ばされてもよい。
図２Ｂに示すように、超伝導体トレース２１４の第１の端部は、第１の接地平面２０６と物理的に接触し、したがって、第１の接地平面２０６に電気的に接続される。超伝導体トレース２１４の第２の端部は、第２の接地平面２０８と物理的に接触し、したがって、第２の接地平面２０８に電気的に接続される。したがって、超伝導体トレース２１４は接地され、分路コンデンサの接地板を形成する。図２Ｂにも示すように、超伝導体トレース２１４は中央トレース２０４の上面の上を横切る。中央トレース２０４の上面と超伝導体トレース２１４によって形成されるエアブリッジの下面との間の空間２１２は、誘電膜を含まない。すなわち、超伝導体トレース２１４と中央トレース２０４との間に隙間２１２が設けられる。この隙間は空気を含んでもよい。代替的に、ＴＷＰＡ２００を含むデバイスは、真空環境で使用されてもよく、したがって、隙間２１２は真空であってもよい。隙間の高さ２０３（ここでは中央トレース２０４および超伝導体トレース２１４の互いに向かい合う面を直接横切って測定される距離と理解される）は、たとえば略３０ｎｍから略１０ミクロンの間であってもよい。分路コンデンサのキャパシタンスは、１／ｄに比例して変化し、ここで、ｄは隙間高さ２０３に相当する。したがって、隙間２１２の高さ２０３を調整することによって、分路キャパシタンス値を変更することができる。同様に、中央トレース２０４と超伝導体トレース２１４との間の重なり面積の調整を使用して分路キャパシタンス値を変更することもできる。具体的には、超伝導体トレース２１４の高さおよび／または重なり面積は、中央トレース２０４および少なくとも１つのジョセフソン接合素子のインダクタンスと共に、進行波パラメトリック増幅器２００に対する所定の全インピーダンスを確立する対応するキャパシタンスを実現するように事前に定められてもよい。一例として、重なり面積は、超伝導体トレース２１４と中央トレース２０４との間の略３００ｎｍの分離隙間の場合は略１００μｍ×略１４μｍであってもよい。進行波パラメトリック増幅器の所定の全インピーダンスは、チップ上の第２の構成要素のインピーダンスに厳密に整合するように設定されてもよい。たとえば、ＴＷＰＡ２００の所定の全インピーダンスは、略５０オームのインピーダンス（標準的なマイクロ波カプラのインピーダンスに相当する場合がある）、たとえば、５０オームのインピーダンスから１オーム以内、２オーム以内、３オーム以内、４オーム以内、または５オーム以内に設定されてもよい。このことは、ＴＷＰＡのインピーダンスの大部分が、中央トレース２０４における少なくとも１つのジョセフソン接合素子のインダクタンスから得られることに起因する。ＴＷＰＡデバイスがポンピングされると、平均インダクタンスが増大するが、この増大は、少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含むコプレーナ導波路と少なくとも１つのジョセフソン接合素子を含まないコプレーナ導波路のインピーダンスの差と比較して比較的小さい（たとえば、略１０％）。したがって、少なくとも１つの分路コンデンサを含むように設計されたＴＷＰＡは、たとえば、ポンプ信号が印加されないときはインピーダンスが略４７～４８オームであり、次いで、ポンプが最適出力になると５０オームに増大する場合がある。一例として、全インダクタンスは、√｛（Ｌｊｕｎｃｔｉｏｎ＋Ｌｓｔｒａｙ）／（Ｃｓｈｕｎｔ＋Ｃｓｔｒａｙ）｝として表されてもよく、ここで、Ｌｊｕｎｃｔｉｏｎはジョセフソン接合素子のインダクタンスであり、Ｌｓｔｒａｙは浮遊インダクタンスであり、Ｃｓｈｕｎｔは分路容量であり、Ｃｓｔｒａｙは浮遊容量である。この場合、すべての値は単位長さ当たりの値と想定される。
超伝導体ＴＷＰＡ２００は、集積回路製造に使用されるのと同じ処理技法または同様の処理技法（たとえば、フォトリソグラフィ、スパッタリングまたは化学蒸着などの材料堆積、およびエッチングまたはリフトオフなどの材料除去）を使用して製造されてもよい。図３Ａ～図３Ｉは、図２Ａおよび図２ＢのＴＷＰＡ２００の超伝導体トレース２１４部分用の例示的な製造プロセスを示す概略図である。具体的には、図３Ａ～図３Ｉは、処理ステップを図２Ａの断面Ａ－Ａにおける断面図として示す概略図である。第１のステップにおいて、図３Ａに示すように、基板２０２を用意する。基板２０２は、たとえば、シリコンまたはサファイアを含む誘電材料である。好ましくは、単結晶シリコンまたはサファイアを基板に使用して基板２０２内の２レベル状態（ＴＬＳ）の密度を低下させてもよい。
その後、たとえば超伝導体材料の層などの第１の導電層３００を基板２０２の上に一様に堆積させてもよい。層３００は、数ある超伝導体材料の中で、たとえば、アルミニウム、ニオブ、または窒化チタンを含んでもよい。次いで、図３Ｃに示すように導電層３００をパターニングする。この例では、２つの開口部３０１が、層３００に形成され、（たとえば、ｙ軸に沿って）ページの内外に延びており、それによって、ベース基板２０２が穴３０１を介して露出される。穴３０１は、第１の接地平面２０６、中央トレース２０４、および第２の接地平面２０８を確立する。言い換えれば、穴３０１は、２つのトレンチに対応し、接地平面２０６を中央トレース２０４から分離し、接地平面２０８を中央トレース２０４から分離する。第１の導電層３００のパターニングは、フォトレジスト層の堆積、ＵＶ露光、フォトレジスト層の現像、および層３００の露光領域のウェットエッチングまたはドライエッチングによって実現することがある。代替的に、いくつかの実施形態では、リフトオフプロセスを使用して開口部３０１が形成される。
第１の導電層３００のパターニングに続いて、図３Ｄに示すように、誘電材料の層３０２、たとえば、二酸化ケイ素層を基板２０２の上に堆積させて層３００および開口部３０１を覆ってもよい。層３０２は、形成する予定の導電ブリッジ構造を支持することを目的とした層間誘電体に相当する。図３Ｅを参照すると、化学機械研磨（ＣＭＰ）を介してデバイスを平坦化してもよい。このステップは、２つの穴の周りのディンプルによって導入される粗さを低減させる。この粗さは、以後の層の厚さおよび一様性に影響を与えることがある。
その後、図３Ｆに示すように、誘電材料層３０２をパターニングして、形成する予定の導電ブリッジを支持する支持構造３０５またはパッド領域を形成してもよい。具体的には、層３０２内に開口部３０４を形成して第１の接地平面２０６の一部を露出させ、かつ第２の接地平面２０８の一部を露出させるように誘電材料層３０２をパターニングしてもよい。開口部は、たとえば、ドライまたはウェットベースのエッチングプロセスを使用して形成してもよい。
図３Ｇを参照すると、誘電層３０２および開口部３０４の上に第２の導電層３０６を堆積させてもよく、堆積された層３０６は、接地平面２０６、２０８の露出した部分に接触しその上に形成される。層の導電材料３０６は、特にアルミニウム、ニオブ、または窒化チタンなどの超伝導体材料を含んでもよい。その後、図３Ｈに示すように、第２の導電層３０６は、ブリッジ２１４に対応する第２の導電層の部分のみが残り、残りの部分は除去されるようにパターニングされてもよい。パターニングは、たとえば、ウェットまたはドライベースのエッチングプロセスを含んでもよい。図３Ｉに示すように、層３０６をパターニングしてブリッジ２１４を形成した後、ブリッジ２１４の下およびブリッジ２１４の周りの残りの誘電材料３０４を除去する。たとえば、誘電材料３０４を除去することは、ドライ気相エッチングを実行することを含んでもよい。具体的には、誘電材料３０４が二酸化ケイ素である場合は、ドライ気相ＨＦ（ＶＨＦ）エッチングを使用して二酸化ケイ素を選択的に除去してもよい。代替的に、いくつかの実施形態では、誘電体層３０４として使用される特定の材料に応じて、テトラフルオロメタン蒸気、三フッ化窒素蒸気、または二フッ化キセノンによって生成されるプラズマなどのプラズマベースエッチングプロセスを使用して誘電体３０４を選択的に除去してもよい。したがって、誘電体層３０４を除去すると、中央トレース２０４の上を横切り、一方の端部において第１の接地平面２０６によって支持され、別の端部において第２の接地平面２０８によって支持される「エアブリッジ」構造が残る。
図２Ａおよび図２ＢのＴＷＰＡ２００は、エアブリッジ構造２１４を２つの接地平面を結合するために使用される構造として示しているが、いくつかの実施形態では、エアブリッジ構造はその代わりに、中央トレース２０４の一部として形成されてもよい。たとえば、図４Ａは、例示的な進行波パラメトリック増幅器４００の上面図を示す概略図であり、この場合、中央トレース２０４は、第１の接地平面２０６と第２の接地平面２０８との間の結合リンク４０２の上を横切る。図４Ｂは、線Ａ－Ａにおける図４Ａの進行波パラメトリック増幅器の断面図を示す概略図である。
具体的には、例示的なＴＷＰＡ４００では、結合リンク４０２は、第１の接地平面２０６および第２の接地平面２０８を形成する同じ導電材料層の一部として形成されてもよく、したがって、第１の接地平面２０６および第２の接地平面２０８と同じ処理ステップにおいてパターニングすることができる。これに対して、中央トレース２０４の一部４０４は、結合部４０２の上を横切るエアブリッジとして構成される。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、中央トレース２０４のエアブリッジ部４０４は、対応する隙間高さ２０３によって結合部４０２の上方に配置される。中央トレース２０４の残りの部分は、第１の接地平面２０６、第２の接地平面２０８、および結合部４０２と同じ層に形成されてもよい。エアブリッジ部４０４は、接地平面２０６、２０８と同じ層に形成された中央トレース２０４の部分に第１の端部４０１において固着されてもよく、接地平面２０６、２０８と同じ層に形成された中央トレース２０４の別の部分に第２の端部４０３において固着されてもよい。ＴＷＰＡ２００と同様に、エアブリッジと結合部４０２との間の隙間高さ２０３および重なり面積の両方を調整してキャパシタンスを変動させてもよく、このキャパシタンスを使用してＴＷＰＡ４００の全インピーダンスを所定の値に変更することができる。
エアブリッジとして働く部分４０４は、図２Ａのエアブリッジと同様に製造されてもよい。たとえば、製造部４０４は、下方の結合部４０２、第１の接地平面２０６、および第２の接地平面２０８、ならびに中央トレース２０４のいくつかの部分を含む第１の導電層を形成しパターニングすることと、第１の導電層の上方に絶縁層を堆積させパターニングすることと、パターニングされた絶縁層上に第２の導電層を堆積させパターニングしてエアブリッジ構造を画定することと、絶縁層を除去してエアブリッジ構造を形成することとを含んでもよい。
エアブリッジ構造の代わりに、いくつかの実施形態では、積層構造を使用して分路コンデンサを形成してもよい。図５Ａは、積層構造を使用して形成された例示的な進行波パラメトリック増幅器５００の上面図を示す概略図である。図５Ｂは、線Ａ－Ａにおいて図５Ａの進行波パラメトリック増幅器５００の断面図を示す概略図である。図５Ａでは、第１の接地平面２０６、中央トレース２０４、第２の接地平面２０８、および中央トレース２０４の上を横切る超伝導体トレース５０４が、それらのＴＷＰＡ５００における相対的な配置を示すために点線を使用して示されている。
図５Ｂに示すように、超伝導体トレース５０４は、第２の基板５０２上に形成され、接合素子５０６を介して第１の基板２０２に積層される。第２の基板５０２は、たとえば、シリコンまたはサファイアなどの誘電体基板を含んでもよい。超伝導体トレース５０４は、中央トレース２０４の伸長方向に直交する方向に延ばされてもよい。接合素子５０６は、超伝導体トレース５０４の第１の端部と第１の接地平面２０６との間の直接的な物理的および電気的接続、ならびに超伝導体トレース５０４の第２の端部と第２の接地平面２０８との間の直接的な物理的および電気的接続を実現する。接合素子５０６は、電気的接続を実現すること以外に、隙間高さ２０３の設定も行う。接合素子５０６は、たとえば、特にアルミニウム、ニオブ、または窒化チタンなどの超伝導体材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、接合素子５０６と、接合素子５０６が接続される接地平面および／または超伝導体トレース５０４との間に拡散障壁が設けられる。たとえば、場合によっては、障壁層は、窒化チタン、白金、またはタングステンから形成されてもよい。
エアブリッジ構造ではなくバンプ接合を使用して分路コンデンサを確立することの利点は、バンプ接合の場合、いくつかの実施形態では、ウエハごとではなくデバイスごとにＴＷＰＡのキャパシタンスが設定できることである。たとえば、いくつかの実施形態では、スタックの底部（すなわち、ＴＷＰＡの接地平面および中央トレースを含む部分）が製造されてもよく、その後、底部を含むウエハが別々のチップに切り出されてもよい。次いで、フリップチップ接合を使用してスタックの上部（すなわち、中央トレース２０４の上を横切るようになっている超伝導体トレース５０４を含む部分）をスタック底部に接合してもよい。隙間高さ２０３を変更することによって、分路コンデンサのキャパシタンス、したがってＴＷＰＡの全インピーダンスを現場で接合プロセスの間に調整してもよい。したがって、インピーダンスが変動する場合にＴＷＰＡ構造を再設計することが不要になる。本明細書で説明するように、中央トレース２０４および少なくとも１つのジョセフソン接合素子のインダクタンスと共に、進行波パラメトリック増幅器５００に対する所定の全インピーダンスを確立する対応するキャパシタンスを実現するように、超伝導体トレース５０４の高さ２０３および／または中央トレース２０４との重なり面積を事前に定めてもよい。
進行波パラメトリック増幅器の所定の全インピーダンスは、チップ上の第２の構成要素のインピーダンスに厳密に整合するように設定されてもよい。たとえば、ＴＷＰＡ ５００の所定の全インピーダンスは、略５０オームのインピーダンス（標準的なマイクロ波カプラのインピーダンスに相当する場合がある）、たとえば、５０オームのインピーダンスから１オーム以内、２オーム以内、３オーム以内、４オーム以内、または５オーム以内に設定されてもよい。
図６Ａ～図６Ｄは、図５ＡのＴＷＰＡの製造プロセスを示す概略図である。第１のステップでは、図６Ａに示すように、第１の接地平面２０６、中央トレース２０４、および第２の接地平面２０８を含む第１の基板２０２を用意する。接地平面は、対応する開口部３０１によって中央トレースから分離されてもよい。この基板は、本明細書で説明する図３Ａ～図３Ｃと同様に製造されてもよい。さらに、図６Ｂに示すように、超伝導体トレース５０４を含む第２の基板５０２を用意する。超伝導体トレース５０４は、まず基板５０２上に超伝導体材料層を堆積させ、堆積した層を（たとえば、フォトリソグラフィおよびウェットもしくはドライエッチングプロセスまたはリフトオフプロセスを介して）パターニングしてトレース５０４を形成することによって製造されてもよい。その後、図６Ｃに示すように、接合素子５０６を形成してもよい。いくつかの実施形態では、接合素子５０６を接地平面２０６および２０８上に形成してもよい。代替的に、接合素子５０６を超伝導体トレース５０４上に形成してもよい。接合素子５０６は、たとえば熱蒸着などの堆積プロセスを介して形成されてもよく、フォトリソグラフィおよびウェットもしくはドライエッチングプロセスまたはリフトオフプロセスの組合せを使用してパターニングされてもよい。
次いで、図６Ｄに示すように基板同士を接合する。２つの基板は、たとえば圧着を使用して互いに接合されてもよい。圧着は、加熱せずに（たとえば、室温で）実施することができる。接合部を形成するために使用される圧力の例として、６ｍｍ平方チップに１０００個のバンプがある場合は２５ニュートンである。接合を室温（たとえば、略１８℃から略３０℃の範囲）で実施することの利点として、材料界面におけるヒロックおよびボイドの形成を低減させることができる。
接合素子５０６の厚さは、隙間高さ２０３が所望の量だけ離間されるように設定することができる。たとえば、第１のチップの表面と第２のチップの対向する表面との間の高さ２０３は、略０．５μｍから略１００μｍの間（たとえば、略０．５μｍから略２０μｍの間、略０．５μｍから略１５μｍの間、略０．５μｍから略１０μｍの間、略０．５μｍから略５μｍの間、または略０．５μｍから略２．５μｍの間）に設定することができる。
本明細書で説明する量子主題および量子動作の実施形態は、適切な量子回路、またはより一般的には、本明細書に開示する構造およびその構造均等物、またはそれらの構造のうちの１つもしくは複数の組合せを含む量子計算システムに実装することができる。「量子計算システム」という用語は、限定はしないが、量子コンピュータ、量子情報処理システム、量子暗号システム、トポロジカル量子コンピュータ、または量子シミュレータを含んでもよい。
量子情報および量子データという用語は、量子システムによって搬送され、保持され、または量子システムに記憶される情報またはデータを指し、最小の非自明なシステムは量子ビットであり、たとえば、量子情報の単位を定義するシステムである。「量子ビット」という用語は、対応するコンテキスト内の２レベルシステムとして適切に近似される場合があるすべての量子システムを包含することを理解されたい。そのような量子システムは、たとえば２つ以上のレベルを含むマルチレベルシステムを含んでもよい。一例として、そのようなシステムは、原子、電子、光子、イオン、または超伝導量子ビットを含んでもよい。いくつかの実施形態では、計算基本状態は、接地および第１の励起状態によって識別されるが、計算状態がより高いレベルの励起状態によって識別される他の構成が考えられることを理解されたい。量子メモリは、量子データを長期間にわたって忠実かつ効率的に記憶することができるデバイス、たとえば、光が伝送に使用され、物質が重ね合わせまたは量子コヒーレンスなどの量子データの量子機能を記憶し保存するのに使用される光－物質インターフェースであることを理解されたい。
量子回路素子（量子計算回路素子および量子情報処理デバイスとも呼ばれる）は、量子処理動作を実行するための回路素子を含む。すなわち、量子回路素子は、重ね合わせおよびもつれなどの量子－機械現象を使用してデータに対して演算を非確定的に実行するように構成される。量子ビットなどのいくつかの量子回路素子は、情報を複数の状態として表しその情報に同時に作用するように構成することができる。超伝導量子回路素子の例には、特に、量子ＬＣ発振器、量子ビット（たとえば、磁束量子ビット、位相量子ビット、または電荷量子ビット）、および超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）（たとえば、ＲＦ‐ＳＱＵＩＤまたはＤＣ‐ＳＱＵＩＤ）などの回路素子が含まれる。
これに対して、従来の回路素子は一般に、データを確定的に処理する。従来の回路素子は、基本的な算術演算、論理演算、および／または入出力動作をデータに対して実行することによって、コンピュータプログラムの命令を集合的に実行するように構成することができる。この場合、データはアナログ形式またはデジタル形式で表される。いくつかの実施形態では、従来の回路素子を使用して電気的接続または電磁的接続を介して量子回路素子との間でデータの送信および／または受信を行うことができる。従来の回路素子の例には、ＣＭＯＳ回路に基づく回路素子、高速単一磁束量子（ＲＳＦＱ）デバイス、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）デバイス、およびバイアス抵抗器を使用しないＲＳＦＱのエネルギー効率の高いバージョンであるＥＲＳＦＱデバイスが含まれる。
本明細書で説明する量子回路素子および従来の回路素子の製造は、超伝導体、誘電体、および／または金属などの１つまたは複数の材料の堆積を伴うことがある。選択された材料に応じて、これらの材料は、他にも堆積プロセスが数ある中で、化学蒸着、物理蒸着（たとえば、蒸着もしくはスパッタリング）、またはエピタキシャル技法などの堆積プロセスを使用して堆積させることができる。本明細書で説明する回路素子を製造するためのプロセスは、製造時におけるデバイスからの１つまたは複数の材料の除去を伴うことがある。除去すべき材料に応じて、除去プロセスは、たとえば、ウェットエッチング技法、ドライエッチング技法、またはリフトオフプロセスを含むことができる。本明細書で説明する回路素子を形成する材料は、公知のリソグラフィック技法（たとえば、フォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィ）を使用してパターニングすることができる。
本明細書で説明する回路素子などの、超伝導量子回路素子および／または超伝導従来回路素子を使用する量子計算システムの動作時に、超伝導回路素子は、クライオスタット内で超伝導体材料が超伝導特性を示すのを可能にする温度まで冷却される。超伝導体（代替的に、超伝導）材料は、超伝導臨界温度以下で超伝導特性を示す材料として理解することができる。超伝導材料の例には、アルミニウム（超伝導臨界温度は１．２ケルビン）、ニオブ（超伝導臨界温度は９．３ケルビン）、および窒化チタン（超伝導臨界温度は５．６ケルビン）が含まれる。
本明細書は、多数の特定の実装詳細を含むが、これらは、特許請求されることがあるものの範囲に対する制限として解釈すべきではなく、むしろ特定の実施形態に固有でありえる特徴の説明として解釈すべきである。本明細書において別個の実施形態の文脈で説明したいくつかの特徴は、単一の実施形態として組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明した様々な特徴は、複数の実施形態として別個に実施することもでき、または任意の適切な部分的組合せとして実施することもできる。さらに、特徴は、上記ではいくつかの組合せにおいて作用するものとして説明することがあり、最初からそのように特許請求されることがあるが、特許請求される組合せにおける１つまたは複数の特徴は、場合によっては組合せから削除することができ、特許請求される組合せの対象が部分的組合せまたは部分的組合せの変形であってもよい。
同様に、動作を図面において特定の順序で示したが、このことは、所望の結果を実現するために、そのような動作を図示の特定の順序で実行するかもしくは順次に実行する必要があるか、またはすべての図示の動作を実行する必要があるものと理解すべきではない。たとえば、特許請求の範囲に記載された動作は、異なる順序で実施することができ、しかも所望の結果を実現することができる。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。さらに、上述の実施形態における様々な構成要素の分離について、すべての実施形態においてそのような分離が必要であると理解すべきではない。
いくつかの実施形態について説明した。しかしながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な修正が施されてもよいことが理解されよう。たとえば、いくつかの実施形態では、ＴＷＰＡは運動インダクタンスＴＷＰＡであり、運動インダクタンスＴＷＰＡは、マイクロ波周波数範囲、たとえば略３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの間において高い運動インダクタンスＬＫを示す材料から少なくとも部分的に形成されてもよい。本明細書に開示する構造を使用してキャパシタンスを設計することは困難である場合があるので、運動インダクタンスＴＷＰＡは一般に、より高いインピーダンス（たとえば、略２００オーム）で動作させられる。運動インダクタンスＴＷＰＡは、比較的弱い非線形性を示すので、所望の利得を実現するには長さがかなり大きくなる傾向がある。したがって、運動インダクタンスＴＷＰＡは、本明細書で説明するように単位長さ当たりキャパシタンスを増大させるための低損失の方法を有する方が有利である場合がある。本明細書で説明した例に示したように。中央トレースの上を横切る超伝導体トレースは、少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びることなく単位長さ当たりキャパシタンスを増大させる。しかし、いくつかの実施形態では、超伝導体トレースは、事前に設計された単位長さ当たりキャパシタンスを生成するために事前に定義された構造において当該の重なり合いが設計されている限り、少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びることができる。したがって、他の実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれる。
１００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
１０２ 伝送線路
１０４ ジョセフソン接合素子
１０６ コンデンサ
１０８ 接地
２００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
２０１ 距離
２０２ 基板
２０３ 隙間高さ
２０４ 中央トレース
２０６ 第１の接地平面
２０８ 第２の接地平面
２１０ ジョセフソン接合素子
２１２ 隙間
２１４ 超伝導体トレース、ブリッジ
３００ 導電層
３０１ 開口部、穴
３０２ 誘電材料層
３０４ 開口部、誘電材料、誘電体層
３０５ 支持構造
３０６ 第２の導電層
４００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
４０１ 第１の端部
４０２ 結合リンク、結合部
４０３ 第２の端部
４０４ 中央トレースの一部、エアブリッジ部、製造部
５００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
５０２ 第２の基板
５０４ 超伝導体トレース
５０６ 接合素子
１０２ 伝送線路
１０４ ジョセフソン接合素子
１０６ コンデンサ
１０８ 接地
２００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
２０１ 距離
２０２ 基板
２０３ 隙間高さ
２０４ 中央トレース
２０６ 第１の接地平面
２０８ 第２の接地平面
２１０ ジョセフソン接合素子
２１２ 隙間
２１４ 超伝導体トレース、ブリッジ
３００ 導電層
３０１ 開口部、穴
３０２ 誘電材料層
３０４ 開口部、誘電材料、誘電体層
３０５ 支持構造
３０６ 第２の導電層
４００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
４０１ 第１の端部
４０２ 結合リンク、結合部
４０３ 第２の端部
４０４ 中央トレースの一部、エアブリッジ部、製造部
５００ 進行波パラメトリック増幅器（ＴＷＰＡ）
５０２ 第２の基板
５０４ 超伝導体トレース
５０６ 接合素子
Claims (18)
- コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と、
前記コプレーナ導波路に結合された少なくとも１つの分路コンデンサと、を備える進行波パラメトリック増幅器であって、
前記少なくとも１つの分路コンデンサの各分路コンデンサが、前記コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延びる超伝導体トレースを備え、隙間によって前記超伝導体トレースが前記中央トレースの上面から分離され、前記隙間は空気又は真空からなり、前記超伝導体トレースが前記中央トレースの上を通るエアブリッジを形成し、
前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と前記分路コンデンサが、前記進行波パラメトリック増幅器の全インピーダンスを確立する、進行波パラメトリック増幅器。 - 前記進行波パラメトリック増幅器のインピーダンスが各分路コンデンサの隙間の高さの関数である、請求項１に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 前記超伝導体トレースが、前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びずに前記中央トレースの上を通って延びている、請求項１又は２に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 前記超伝導体トレースが、前記中央トレースの伸長方向に直交する方向に延びている、請求項１から３のいずれか一項に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 前記コプレーナ導波路が、前記中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、前記中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを備え、前記エアブリッジの第１の端部が前記第１の接地平面に電気的に接続され、前記エアブリッジの第２の端部が前記第２の接地平面に電気的に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 第１の基板と、
前記第１の基板に接合された第２の基板と、
コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と、
前記コプレーナ導波路に結合された少なくとも１つの分路コンデンサと、を備える進行波パラメトリック増幅器であって、
前記少なくとも１つの分路コンデンサの各分路コンデンサが、前記コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延びる超伝導体トレースを備え、隙間によって前記超伝導体トレースが前記中央トレースの上面から分離され、
前記コプレーナ導波路が前記第１の基板の上面上に配置され、前記超伝導体トレースが前記第２の基板上に配置されていて、
前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と前記分路コンデンサが、前記進行波パラメトリック増幅器の全インピーダンスを確立する、進行波パラメトリック増幅器。 - 前記第１の基板が前記第２の基板にバンプ接合されている、請求項６に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 前記コプレーナ導波路が、
前記中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、
前記中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを備え、
前記超伝導体トレースが、第１の端部において第１のバンプ接合部を介して前記第１の接地平面に電気的に接続され、かつ第２の端部において第２のバンプ接合部を介して前記第２の接地平面に電気的に接続される、請求項７に記載の進行波パラメトリック増幅器。 - 第２の構成要素を備え、前記進行波パラメトリック増幅器の全インピーダンスが、前記第２の構成要素のインピーダンスに整合する、請求項１から８のいずれか一項に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 前記全インピーダンスが５０オームである、請求項１から９のいずれか一項に記載の進行波パラメトリック増幅器。
- 進行波パラメトリック増幅器を製造する方法であって、
第１の基板を用意するステップと、
コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路を前記第１の基板上に形成するステップと、
少なくとも１つの分路コンデンサを形成するように、前記コプレーナ導波路の上方に少なくとも１つの超伝導体トレースを固定するステップとを含み、
前記少なくとも１つの分路コンデンサの各超伝導体トレースが、前記コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延び、隙間によって前記上面から分離され、
前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と前記少なくとも１つの分路コンデンサが、前記進行波パラメトリック増幅器の全インピーダンスを確立し、
各超伝導体トレースについて、前記コプレーナ導波路の上方に前記少なくとも１つの超伝導体トレースを固定するステップが、
前記コプレーナ導波路の上を通る誘電材料の層を設けるステップと、
前記誘電材料の層をパターニングして誘電材料のパッドを形成し、前記コプレーナ導波路の一部を露出させるステップと、
前記誘電材料のパッド上および前記コプレーナ導波路の一部上に超伝導体層を形成するステップと、
前記超伝導体層をパターニングして前記超伝導体トレースを形成するステップと、
前記誘電材料のパッドを除去して前記隙間を形成するステップとを備え、前記超伝導体トレースが、前記中央トレースの上を通るエアブリッジを形成する、方法。 - 前記コプレーナ導波路が、前記中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、前記中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを備え、
前記超伝導体層をパターニングして前記超伝導体トレースを形成するステップが、前記超伝導体トレースの第１の端部と前記第１の接地平面との間に第１の電気接点を形成するステップと、前記超伝導体トレースの第２の端部と前記第２の接地平面との間に第２の電気接点を形成するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。 - 進行波パラメトリック増幅器を製造する方法であって、
第１の基板を用意するステップと、
コプレーナ導波路の中央トレースを中断する少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路を前記第１の基板上に形成するステップと、
少なくとも１つの分路コンデンサを形成するように、前記コプレーナ導波路の上方に少なくとも１つの超伝導体トレースを固定するステップとを含み、
前記少なくとも１つの分路コンデンサの各超伝導体トレースが、前記コプレーナ導波路の中央トレースの上面の上を通って延び、隙間によって前記上面から分離され、
前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子を備えるコプレーナ導波路と前記少なくとも１つの分路コンデンサが、前記進行波パラメトリック増幅器の全インピーダンスを確立し、
前記少なくとも１つの超伝導体トレースの各超伝導体トレースについて、前記コプレーナ導波路の上方に前記超伝導体トレースを固定するステップが、
前記超伝導体トレースを備える第２の基板を設けるステップと、
前記超伝導体トレースが、前記中央トレースの上面の上を通るように配置され、前記隙間によって前記上面から分離されるように前記第１の基板に前記第２の基板を接合するステップとを含む、記載の方法。 - 前記コプレーナ導波路が、前記中央トレースの第１の側に沿って延びる第１の接地平面と、前記中央トレースの第２の側に沿って延びる第２の接地平面とを備え、
前記接合するステップが、
前記超伝導体トレースの第１の端部と前記第１の接地平面との間に第１のバンプ接合部を形成するステップと、
前記超伝導体トレースの第２の端部と前記第２の接地平面との間に第２のバンプ接合部を形成するステップとを含む、請求項１３に記載の方法。 - 前記少なくとも１つの超伝導体トレースの各超伝導体トレースが、前記中央トレースの伸長方向に直交する方向に延びる、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの超伝導体トレースの各超伝導体トレースが、前記少なくとも１つのジョセフソン接合素子の上を通って延びずに前記中央トレースの上を通って延びる、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
- 第２の構成要素を形成するステップを含み、前記全インピーダンスが前記第２の構成要素のインピーダンスに整合する、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記全インピーダンスが５０オームである、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
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