【摘要】：超導量子計算是量子計算的一種固態(tài)技術(shù)方案,超導量子比特是其基本單元,超導量子比特具有易集成、低損耗、且可以通過物理結(jié)構(gòu)來控制電路參數(shù)等特點,使得超導量子計算從被提出至今,一直是國內(nèi)外研究的熱點。然而超導量子比特電路也存在很多的需要突破的地方,一方面,超導量子比特易與周圍復雜的電磁環(huán)境耦合,從而縮短其從激發(fā)態(tài)退化到基態(tài)的時間,即退相干時間較短;另一方面,隨著人們對超導量子比特研究的不斷深入,目前超導量子比特集成規(guī)模已經(jīng)從兩三個量子比特發(fā)展到十幾個量子比特耦合,多量子比特之間耦合、集成和封裝等關(guān)鍵問題日趨明顯。本文以三維傳輸子量子比特(3D-transmon)作為模型,結(jié)合實驗測量系統(tǒng),設(shè)計出3D-transmon的結(jié)構(gòu),研究了 Al/AlOx/Al結(jié)構(gòu)的約瑟夫森結(jié)的制備工藝,成功制備出3D-transmon樣品,退相干時間T1約566ns,對退相干時間T1較短的原因進行了分析,并根據(jù)分析結(jié)果對后期樣品制備工藝進行了改進;同時對超導多量子比特集成和封裝工藝進行了初步探索,用低熔點錫為電極材料,初步研究了金襯底上電極制備工藝。具體工作如下:1、3D-transmon的分析與設(shè)計對多種超導量子比特進行了介紹,分析了 3D-transmon結(jié)構(gòu)中的物理參數(shù)對電路的影響。并結(jié)合實驗測量系統(tǒng),設(shè)計出了 3D-transmon。2、3D-transmon的制備與測量采用電子束光刻技術(shù)在高阻Si襯底上制備在出亞微米雙層膠懸空掩模,重點解決了電子束曝光劑量和下層膠顯影時間的問題,再通過電子束斜蒸發(fā)與垂直蒸發(fā)相結(jié)合來制備Al/AlOx/Al超導隧道結(jié)。將隧道結(jié)與三維諧振腔耦合,實現(xiàn)3D-transmon,并在20mK下測量了 3D-transmon的量子特性,包括基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)能級躍遷頻率、拉比震蕩、能量弛豫時間T1等。對測試結(jié)果進行了分析,同時對制備工藝進行了改進,打通了 3D-transmon的制備工藝。3、對多量子比特集成工藝進行了初步研究使用低熔點焊錫作為電極材料,分別在Si襯底和鍍金Si襯底上旋涂AZ1500光刻膠,再采用深紫外曝光技術(shù)制備出電極圖形,將樣品放入液錫中,使液錫充滿整個光刻圖形,再從液錫中拿出,對殘留在光刻膠表面的液錫進行去除,最后剝離光刻膠,得到了較好的電極樣品。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O413;TP38
【圖文】：

約瑟夫森結(jié)（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＪＪ）是超導量子比特電路中最關(guān)鍵的元器逡逑件，它是由“三明治”結(jié)構(gòu)組成（三層結(jié)構(gòu)包括超導－絕緣層－超導結(jié)構(gòu)，也稱逡逑Ｓ１Ｓ結(jié)構(gòu)），兩側(cè)是超導體（ａ和ｂ），中間是很薄的絕緣層，。如圖１－１所示。逡逑邐Ａ逡逑圖１－１約瑟夫森結(jié)示意圖逡逑１９６２年，Ｂｒｉａｎ邋Ｄａｖｉｄ邋Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ提出了約瑟夫森效應＿，當絕緣層的厚度逡逑很薄，厚度與超導體的相干長度相似時，絕緣層兩側(cè)的超導超導體（ａ和ｂ）之逡逑間會產(chǎn)生耦合作用，這種耦合作用十分微弱，此時電子在電極間轉(zhuǎn)移的方式是逡逑庫伯對的形式，而不是自由電子的形式，這種耦合作用稱之為弱連接作用。在逡逑弱連接作用下，超導體電極（ａ和ｂ）的波函數(shù)的相位既不獨立，也不完全相同，逡逑這就是約瑟夫森效應。約瑟夫森效應可以用以下兩個公式表示：逡逑Ｉｓ邋＝邋Ｉｃ邋ｓｉｎ邋５邐（１－１）逡逑４逡逑

１）電荷量子比特逡逑ＣＰＢ的關(guān)鍵部分是兩個很小尺寸的超導島（ｉｓｌａｎｄ），超導島由Ｊ約瑟夫森逡逑結(jié)連接。ＣＰＢ結(jié)構(gòu)如圖１－３所示，棕色部分為超導島，藍色部分為約瑟夫森結(jié)。逡逑可以看到其中一個超導島通過柵極電容Ｃｇ與柵極電壓Ｋｇ邋—極相連，另一個超逡逑導島接地，＆和Ｇ分別為約瑟夫森耦合能和電感，《邋＝邋ＣｇＦｇ／２ｅ是超導島上存逡逑在的Ｃｏｏｐｅｒ?qū)Φ臄?shù)目。通常超導島的面積會很小，且乓邋＞＞N希康氖俏爍義蝦玫那執(zhí)嬖謨誄嫉荷系模茫錚錚穡澹蚨緣氖�。ＣＰＢ的量转q嗔誄嫉荷襄義希茫錚錚穡澹蚨緣氖浚澹鑠澹競停澹睿卞澹盡ｅ義希跺義

本文編號：2796426