本文關(guān)鍵詞：超導(dǎo)量子器件的制備與可擴(kuò)展封裝方案的研究

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【摘要】：超導(dǎo)量子計(jì)算是最有希望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的方案之一,也是研究物理前沿問題的有力工具,由于其潛在的應(yīng)用前景得到廣泛的重視和研究。近十多年來,超導(dǎo)量子器件主要基于電路量子電動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)而成,實(shí)現(xiàn)了量子非破壞性測(cè)量,從而保護(hù)了量子態(tài)的退相干時(shí)間。到目前為止,超導(dǎo)量子比特沒有表現(xiàn)出能夠制約其發(fā)展的弱點(diǎn),在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的階梯上,主流研究已步入對(duì)量子態(tài)糾錯(cuò)的階段。綜合來說,超導(dǎo)量子器件具有參數(shù)可控性、讀取與操控方便以及可集成化等顯著優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)量子比特作為核心器件在量子信息處理中至關(guān)重要,對(duì)材料的優(yōu)選與對(duì)工藝的優(yōu)化都可以顯著提高其退相干時(shí)間。我們結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備發(fā)展了一套制備樣品的微加工工藝,并結(jié)合實(shí)例講述了摸索工藝的方法,最終成功在30kV的電子束曝光上獲得了穩(wěn)定的T型結(jié)工藝。超導(dǎo)共面波導(dǎo)諧振腔為量子比特提供讀取、操控以及耦合的途徑,其性能對(duì)量子信息的處理有一定影響。為了降低器件的微波損耗,我們探究了氮化鈦薄膜的制備�；诜磻�(yīng)磁控濺射方法,系統(tǒng)研究了多種參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)過程的影響,并結(jié)合原子力顯微鏡和X射線衍射對(duì)薄膜進(jìn)行表征,最終獲得了只有(200)取向的氮化鈦薄膜。利用其制備了超導(dǎo)微波諧振腔,我們測(cè)得了極高的Q值,與國(guó)際先進(jìn)水平相比,我們用更簡(jiǎn)單的方法得到了相近的結(jié)果。CNOT門是制備兩比特耦合態(tài)的重要操作,在量子信息處理中有很重要的作用。我們?cè)O(shè)計(jì)了四比特耦合的器件,利用其中兩個(gè)比特實(shí)現(xiàn)了 CR操作,結(jié)合單比特操作實(shí)現(xiàn)了CNOT門操作,為量子糾錯(cuò)奠定了基礎(chǔ)。以兩比特耦合為基礎(chǔ)的表面碼糾錯(cuò)是目前最有希望實(shí)現(xiàn)邏輯比特的方案,它需要實(shí)現(xiàn)在最近鄰耦合的多比特陣列上。然而比特?cái)?shù)量的增加為封裝樣品帶來了困難和挑戰(zhàn),為此我們?cè)O(shè)計(jì)了立體封裝方案,解決了Wire bonding技術(shù)的弊端。我們?cè)谛路庋b方案中測(cè)得量子比特耦合的信號(hào),證明該結(jié)構(gòu)能夠支持量子測(cè)量,且有潛力實(shí)現(xiàn)量子比特的集成化。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O413;TP38

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