[發(fā)明專利]低溫微波源、低溫微波源芯片及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710685503.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107393941B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭國(guó)平;段鵬;孔偉成;賈志龍;薛光明;郭光燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/18
• 分類號(hào): H01L27/18;H01L39/22;H01L39/24
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 田雪姣;王寶筠

本發(fā)明公開了一種低溫微波源、低溫微波源芯片及其制作方法，該芯片包括襯底以及位于襯底表面上的透射腔、偏置結(jié)、電壓偏置線、以及直流偏置線；透射腔包括SQUID鏈，用于發(fā)射微波光子；偏置結(jié)與透射腔電連接，用于產(chǎn)生微波光子；電壓偏置線用于為偏置結(jié)施加偏置電壓，使偏置結(jié)中的電子庫(kù)珀對(duì)通過受激發(fā)射的方式，轉(zhuǎn)化為微波光子；直流偏置線用于為透射腔施加磁場(chǎng)；其中透射腔的諧振頻率由SQUID鏈的總電容和總電感決定；SQUID鏈的總電感隨磁場(chǎng)大小的變化而變化，磁場(chǎng)的大小隨直流偏置線中電流大小的變化而變化。本發(fā)明提供的低溫微波源芯片是通過受激發(fā)射的方式產(chǎn)生微波光子，保證了發(fā)射出去的微波光子的頻率、幅值、相位的穩(wěn)定性，滿足了微波源的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波電路元件，更為具體的說(shuō)，涉及一種低溫微波源、低溫微波源芯片及其制作方法。

背景技術(shù)

在固態(tài)量子計(jì)算領(lǐng)域中，只有將量子芯片放置在極低溫的環(huán)境中，才能充分凸顯出量子比特的量子特性，而且還需要抑制環(huán)境噪聲對(duì)量子相干性的影響。但是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)量子比特進(jìn)行操控時(shí)使用的測(cè)量技術(shù)，全部是采用經(jīng)典儀器來(lái)進(jìn)行的，如操控量子比特時(shí)所使用的微波源，很難滿足當(dāng)前固態(tài)量子芯片操控和量子計(jì)算的需求。

現(xiàn)有技術(shù)中操控量子比特時(shí)所使用的微波源，一方面存在噪聲大的問題，另一方面，由于是通過室溫線路施加的微波源，微波信號(hào)從室溫到極低溫量子芯片之前，還需要進(jìn)行繁雜的濾波、衰減等優(yōu)化設(shè)計(jì)，但往往經(jīng)過優(yōu)化后的微波信號(hào)仍不能達(dá)到固態(tài)量子芯片操控和量子計(jì)算的需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低溫微波源、低溫微波源芯片及其制作方法，該低溫微波源芯片的制作工藝與量子芯片的工藝兼容，可直接將該低溫微波源芯片集成到量子芯片上，從而可以直接對(duì)量子比特進(jìn)行原位操控，解決了現(xiàn)有技術(shù)中微波源的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種低溫微波源芯片，包括襯底以及位于襯底表面上的透射腔、偏置結(jié)、電壓偏置線、以及直流偏置線；

其中，所述透射腔用于發(fā)射微波光子，所述透射腔包括SQUID鏈，所述SQUID鏈包括多個(gè)SQUID結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)SQUID結(jié)構(gòu)相互串聯(lián)；

所述偏置結(jié)與所述透射腔電連接，用于產(chǎn)生微波光子；

所述電壓偏置線用于為所述偏置結(jié)施加偏置電壓，使所述偏置結(jié)中的電子庫(kù)珀對(duì)通過受激發(fā)射的方式，轉(zhuǎn)化為微波光子；

所述直流偏置線用于為所述透射腔施加磁場(chǎng)；

其中，所述透射腔的諧振頻率由所述SQUID鏈的總電容和總電感決定；所述SQUID鏈的總電感隨所述磁場(chǎng)大小的變化而變化，所述磁場(chǎng)的大小隨所述直流偏置線中電流大小的變化而變化。

優(yōu)選的，所述透射腔的總電感大于所述偏置結(jié)的總電感，以使所述電子庫(kù)珀對(duì)在恒壓偏置的情況下，通過產(chǎn)生或吸收一個(gè)光子，即可隧穿通過所述偏置結(jié)。

優(yōu)選的，所述微波光子從所述透射腔中發(fā)射出去時(shí)的發(fā)射速率，小于所述電子庫(kù)珀對(duì)隧穿通過所述偏置結(jié)的隧穿速率，以使所述微波光子在發(fā)射出去之前，再次被所述電子庫(kù)珀對(duì)吸收，以促進(jìn)所述電子庫(kù)珀對(duì)的下一次隧穿，以持續(xù)產(chǎn)生微波光子。

優(yōu)選的，所述SQUID結(jié)構(gòu)為兩個(gè)并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)構(gòu)成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)；

所述約瑟夫森結(jié)包括依次位于所述襯底表面的第一超導(dǎo)層、絕緣層和第二超導(dǎo)層。

優(yōu)選的，所述直流偏置線包括長(zhǎng)條狀的電極條，所述電極條的長(zhǎng)邊與所述SQUID鏈平行設(shè)置。

優(yōu)選的，所述襯底表面除所述透射腔、偏置結(jié)、電壓偏置線、以及直流偏置線之外，還包括金屬層，所述金屬層包圍所述透射腔、偏置結(jié)、電壓偏置線、以及直流偏置線，且所述金屬層、所述電壓偏置線及所述直流偏置線在同一光刻過程中形成；