【摘要】：超導(dǎo)量子計(jì)算是量子計(jì)算的一種固態(tài)技術(shù)方案,超導(dǎo)量子比特是其基本單元,超導(dǎo)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(diǎn),使得超導(dǎo)量子計(jì)算從被提出至今,一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而超導(dǎo)量子比特電路也存在很多的需要突破的地方,一方面,超導(dǎo)量子比特易與周圍復(fù)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(shí)間,即退相干時(shí)間較短;另一方面,隨著人們對超導(dǎo)量子比特研究的不斷深入,目前超導(dǎo)量子比特集成規(guī)模已經(jīng)從兩三個(gè)量子比特發(fā)展到十幾個(gè)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(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng),設(shè)計(jì)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(shí)間T1約566ns,對退相干時(shí)間T1較短的原因進(jìn)行了分析,并根據(jù)分析結(jié)果對后期樣品制備工藝進(jìn)行了改進(jìn);同時(shí)對超導(dǎo)多量子比特集成和封裝工藝進(jìn)行了初步探索,用低熔點(diǎn)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(jì)對多種超導(dǎo)量子比特進(jìn)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(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng),設(shè)計(jì)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(diǎn)解決了電子束曝光劑量和下層膠顯影時(shí)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(dǎo)隧道結(jié)。將隧道結(jié)與三維諧振腔耦合,實(shí)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(shí)間T1等。對測試結(jié)果進(jìn)行了分析,同時(shí)對制備工藝進(jìn)行了改進(jìn),打通了 3D-transmon的制備工藝。3、對多量子比特集成工藝進(jìn)行了初步研究使用低熔點(diǎn)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(gè)光刻圖形,再從液錫中拿出,對殘留在光刻膠表面的液錫進(jìn)行去除,最后剝離光刻膠,得到了較好的電極樣品。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(dǎo)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(dǎo)－絕緣層－超導(dǎo)結(jié)構(gòu)，也稱逡逑Ｓ１Ｓ結(jié)構(gòu)），兩側(cè)是超導(dǎo)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(yīng)＿，當(dāng)絕緣層的厚度逡逑很薄，厚度與超導(dǎo)體的相干長度相似時(shí)，絕緣層兩側(cè)的超導(dǎo)超導(dǎo)體（ａ和ｂ）之逡逑間會(huì)產(chǎn)生耦合作用，這種耦合作用十分微弱，此時(shí)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(dǎo)體電極（ａ和ｂ）的波函數(shù)的相位既不獨(dú)立，也不完全相同，逡逑這就是約瑟夫森效應(yīng)。約瑟夫森效應(yīng)可以用以下兩個(gè)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(gè)很小尺寸的超導(dǎo)島（ｉｓｌａｎｄ），超導(dǎo)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(dǎo)島，藍(lán)色部分為約瑟夫森結(jié)。逡逑可以看到其中一個(gè)超導(dǎo)島通過柵極電容Ｃｇ與柵極電壓Ｋｇ邋—極相連，另一個(gè)超逡逑導(dǎo)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(dǎo)島上存逡逑在的Ｃｏｏｐｅｒ?qū)Φ臄?shù)目。通常超導(dǎo)島的面積會(huì)很小，且乓邋＞＞N�，目的是为翣q義蝦玫那執(zhí)嬖謨誄嫉荷系模茫錚錚穡澹蚨緣氖俊＃茫校碌牧孔猶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