[發明專利]一種基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件

有效

• 申請號: 202111172715.1
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113839644B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 江文兵;林志榮;陳俊鋒;彭煒;王鎮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;G06N10/20
• 代理公司: 上海泰博知識產權代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

1.一種基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于，所述耦合器件包括：制備于AlN壓電薄膜上的透射型聲表面波諧振腔，及制備于藍寶石襯底上的超導Transmon量子比特、微波讀出諧振腔、磁通偏置線及微波饋線電路；

所述透射型聲表面波諧振腔包括兩個間隔設置的叉指換能器、分布于該兩個叉指換能器兩側的兩個布拉格反射光柵及外圍微波激勵電路，所述外圍微波激勵電路連接于其中一個所述叉指換能器；

所述超導Transmon量子比特通過設置于所述藍寶石襯底上的第一耦合電容與所述透射型聲表面波諧振腔中的另一個所述叉指換能器連接；

所述微波讀出諧振腔通過第二耦合電容與所述超導Transmon量子比特連接；

所述磁通偏置線設置于所述超導Transmon量子比特的側邊，以調節所述超導Transmon量子比特的頻率；

所述微波饋線電路分別與所述微波讀出諧振腔及所述磁通偏置線連接。

2.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于，所述耦合器件制備于以所述藍寶石襯底及所述AlN壓電薄膜為疊層的結構上，其中，對所述AlN壓電薄膜進行刻蝕露出所述藍寶石襯底，并將相應結構制備于所述藍寶石襯底上。

3.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述透射型聲表面波諧振腔的材料為鋁。

4.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述第一耦合電容包括平行板電容或并聯叉指電容。

5.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述超導Transmon量子比特包括兩個相同的超導約瑟夫森結并聯構成的環路及連接于該環路兩端的并聯叉指電容，該并聯叉指電容的一端與所述第二耦合電容的一端共用，該并聯叉指電容的另一端與所述第一耦合電容的一端共用。

6.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：兩個所述叉指換能器的中心間距為(n₁+1/2)λ，所述透射型聲表面波諧振腔的總腔長為(n₂+1/4)λ，每個所述叉指換能器與其鄰近的所述布拉格反射光柵間距為((n₂-n₁)/2-N_T/4+1/8)λ，其中，n₂、n₁為整數且n₂＞n₁，N_T為每個所述叉指換能器的電極數，λ為所述透射型聲表面波諧振腔的聲學波波長。

7.根據權利要求6所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：每個所述叉指換能器的電極數N_T為61，每個所述布拉格反射光柵的電極數N_g為400～600之間，每個所述布拉格反射光柵的電極寬度為150λ。

8.根據權利要求5所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述透射型聲表面波諧振腔的聲學波波長為1μm，兩個相同的所述超導約瑟夫森結并聯構成的環路尺寸為10×10μm²，所述磁通偏置線與所述超導Transmon量子比特之間的互感系數為2.2pH，所述超導Transmon量子比特的最大工作頻率為6GHz。

9.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述微波讀出諧振腔為電容耦合的半波長共面波導諧振腔，包括電感及與該電感并聯的電容。

10.根據權利要求1所述的基于壓電薄膜的聲表面波與超導量子比特耦合器件，其特征在于：所述磁通偏置線包括電感。