КВАНТОВАЯ СХЕМА, КВАНТОВАЯ МИКРОСХЕМА И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР Российский патент 2024 года по МПК G06N10/40 

[0001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №202110868313.9 с названием «КВАНТОВАЯ МИКРОСХЕМА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР», поданной 30 июля 2021 г. в патентное ведомство Китая, испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №202110941249.2 с названием «КВАНТОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СХЕМА И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР», поданной 17 августа 2021 г. в патентное ведомство Китая, испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №202110991984.4 с названием «СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КВАНТОВАЯ МИКРОСХЕМА И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР», поданной 27 августа 2021 г. в патентное ведомство Китая, и испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №202122267316.5 с названием «КВАНТОВАЯ МИКРОСХЕМА И КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР», поданной 17 августа 2021 г. в патентное ведомство Китая, которые ссылками полностью включены в настоящий документ.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

[0002] Настоящее раскрытие относится к области квантовой информации, а более конкретно, к технической области квантовых компьютеров. В частности, настоящее раскрытие относится к квантовой схеме, к квантовой микросхеме и к квантовому компьютеру.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[0003] Квантовый компьютер является физическим устройством, которое использует законы квантовой механики для выполнения на высокой скорости математических и логических операций, хранения и обработки квантовой информации. Квантовый компьютер в основном характеризуется быстрой скоростью работы, высокой производительностью обработки информации, широким диапазоном применения и тому подобным. В сравнении с обычными компьютерами при обработке больших объемов информации более эффективно выполнять вычисления на квантовом компьютере, также на них можно добиться большей точности вычислений.

[0004] Для сверхпроводящих квантовых компьютеров кубиты можно подготовить на подложке с использованием технологии изготовления микронаноструктур, которая дает превосходные результаты по интеграции и масштабированию. В последние годы быстро развивались сверхпроводящие квантовые компьютеры. В структуру современного кубита обычно входит один заземленный конденсатор и сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик (СКВИД), одна сторона которого заземлена, а вторая сторона подсоединена к конденсатору. Однако имеется некоторая степень пространственного ограничения при проектировании и изготовлении квантовой схемы с использованием такой структуры, что непосредственно влияет на проектирование и компоновку других структур схемы.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0005] В настоящем раскрытии предложены квантовая схема, квантовая микросхема и квантовый компьютер для устранения недостатков в предшествующем уровне техники, и для упрощения проектирования и компоновки других структур схемы.

[0006] Согласно первому аспекту некоторых вариантов осуществления настоящего раскрытия предложена квантовая схема, включающая в себя кубиты, причем соседние кубиты являются связанными, и каждый из кубитов включает в себя: первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена; второй конденсатор, причем первая сторона второго конденсатора и первая сторона первого конденсатора совместно заземлены; и первое устройство, включающее в себя первый СКВИД и третий конденсатор, которые соединены параллельно, причем параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне первого конденсатора, а параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне второго конденсатора.

[0007] В квантовой схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, кубит включает в себя множество конденсаторов, и ангармоничность системы уровней энергии кубита зависит от множества конденсаторов. В сравнении с квантовой схемой согласно предшествующему уровню техники в схеме кубита согласно настоящему раскрытию выбор и комбинирование конденсаторов являются относительно гибкими, и когда определены ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, параметры, по меньшей мере, одного из множества конденсаторов можно отрегулировать так, как требуется. Эта структура устраняет пространственные ограничения, возникающие, когда кубит в квантовой схеме предшествующего уровня техники включает в себя конденсатор с одной заземленной стороной и СКВИД, подсоединенный параллельно конденсатору. Следовательно, решение, предложенное согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, упрощает проектирование и компоновку других структур схемы.

[0008] Согласно некоторым вариантам осуществления первый конденсатор включает в себя первую емкостную пластину, второй конденсатор включает в себя вторую емкостную пластину, а третий конденсатор сформирован между первой емкостной пластиной и второй емкостной пластиной;

[0009] параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора являются подсоединенными ко второй стороне первого конденсатора, причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена к первой емкостной пластине; и

[0010] параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора являются подсоединенными ко второй стороне второго конденсатора, причем вторая сторона первого СКВИДа подсоединена ко второй емкостной пластине.

[0011] Согласно некоторым вариантам осуществления первая емкостная пластина включает в себя первый выступ и второй выступ, которые пересекаются друг с другом; а вторая емкостная пластина включает в себя третий выступ и четвертый выступ, которые пересекаются друг с другом.

[0012] Согласно некоторым вариантам осуществления первая сторона первого СКВИДа является подсоединенной к первой емкостной пластине, причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена к пересечению первого выступа и второго выступа; и/или вторая сторона первого СКВИД является подсоединенной ко второй емкостной пластине, причем вторая сторона первого СКВИДа подсоединена к пересечению третьего выступа и четвертого выступа.

[0013] В квантовой схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, кубит включает в себя первую емкостную пластину, у которой есть пересекающиеся друг с другом первый выступ и второй выступ, вторую емкостную пластину, у которой есть пересекающиеся друг с другом третий выступ и четвертый выступ, и первый СКВИД, одна сторона которого подсоединена к первой емкостной пластине, а другая сторона подсоединена ко второй емкостной пластине. Кубит такой структуры упрощает пространственное расположение элементов по двум измерениям. Два кубита в соседних положениях в массиве с двухмерным расположением образуют между собой связь, то есть, любой кубит связан с четырьмя соседними к нему кубитами для реализации передачи данных, так что можно реализовать увеличение количества кубитов на подложке.

[0014] Первый СКВИД согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия может не иметь прямого физического контакта с заземляющей плоскостью (GND). Следовательно, операции с заземляющей плоскостью (GND) во время изготовления и испытаний квантовой микросхемы не могут вызвать повреждений первого СКВИДа. Более того, в сравнении со структурой с единственным заземленным конденсатором первая емкостная пластина и вторая емкостная пластина, которые образуют конденсатор с заземляющей плоскостью (GND), имеют увеличенные физические размеры, и резервируемое на подложке место для проводников увеличено при двухмерном пространственном расположении, так что можно разместить там структуры, например, резонансную полость считывания и линию сигналов управления.

[0015] Согласно некоторым вариантам осуществления первый выступ перпендикулярен второму выступу, а третий выступ перпендикулярен четвертому выступу.

[0016] Согласно некоторым вариантам осуществления соседние кубиты являются связанными друг с другом, причем один из первого выступа и второго выступа одного из кубитов связан с одним из третьего выступа и четвертого выступа одного соседнего кубита.

[0017] Согласно некоторым вариантам осуществления значение C₁ емкости первого конденсатора, значение C₂ емкости второго конденсатора и значение С₃ емкости третьего конденсатора удовлетворяют соотношениям:

[0018] C₁=C₂, и

[0019] Согласно некоторым вариантам осуществления кубиты расположены в массиве на подложке; и базовые блоки, расположенные в этом массиве, образуют битовые блоки, и кубиты, лежащие на одной прямой линии в одном битовом блоке из битовых блоков, образуют битовую одномерную цепочку.

[0020] Согласно некоторым вариантам осуществления, по меньшей мере, 3 из кубитов образуют битовую одномерную цепочку, соседние кубиты в битовой одномерной цепочке являются связанными, и множество битовых одномерных цепочек являются последовательно связанными и соединенными конец к концу для образования битового блока.

[0021] Согласно некоторым вариантам осуществления битовый блок, образованный битовыми одномерными цепочками, имеет форму четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника.

[0022] Согласно некоторым вариантам осуществления четырехугольник, образованный битовыми одномерными цепочками, имеет квадратную форму или ромбическую форму.

[0023] Согласно некоторым вариантам осуществления квантовая схема дополнительно включает в себя резонансные полости считывания и схему управления, причем резонансные полости считывания расположены во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления, по меньшей мере, частично расположена во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и резонансные полости считывания и схема управления связаны с кубитами.

[0024] В квантовой схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, битовый блок включает в себя множество битовых одномерных цепочек, которые являются последовательно связанными и соединенными конец к концу, битовая одномерной цепочка включает в себя, по меньшей мере, три кубита, соседние кубиты связаны и соединены, резонансные полости считывания расположены во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления, по меньшей мере, частично расположена во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и резонансные полости считывания и схема управления связаны и соединены с кубитами. Следовательно, при использовании квантовой схемы, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, внутреннее пространство и внешнее пространство битового блока можно отрегулировать с учетом количества и/или физических размеров кубитов, входящих в битовую одномерную цепочку, так что можно зарезервировать больше пространства для упрощения проектирования и компоновки структур, в частности, резонансной полости считывания и линии передачи сигналов измерения и управления. Например, резонансную полость считывания и линию управления, связанные с кубитом, можно сформировать во внутреннем пространстве и во внешнем пространстве, благодаря этому решается проблема предшествующего уровня техники, заключающаяся в трудности выделения достаточного пространства для расположения структур, в частности, резонансной полости считывания и линии передачи сигналов измерения и управления в случае интеграции и увеличения числа кубитов, что помогает реализовать интеграцию и расположение большого количества кубитов на подложке.

[0025] Согласно некоторым вариантам осуществления резонансные полости считывания, связанные с кубитами в той же самой битовой одномерной цепочки, расположены с той же самой стороны той же самой битовой одномерной цепочки.

[0026] Согласно некоторым вариантам осуществления все резонансные полости считывания расположены во внутреннем пространстве.

[0027] Согласно некоторым вариантам осуществления подложка включает в себя первую базу и вторую базу; и резонансные полости считывания являются расположенными во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления является расположенной, по меньшей мере, частично во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и резонансные полости считывания и схема управления являются связанными с кубитами, причем:

[0028] первая часть схемы управления расположена на первой базе;

[0029] битовый блок, резонансные полости считывания и вторая часть схемы управления расположены на второй базе; и

[0030] первая часть связана с кубитами, а вторая часть электрически подсоединена к первой части.

[0031] Согласно некоторым вариантам осуществления вторая часть схемы управления, которая расположена на второй базе, включает в себя:

[0032] сквозное отверстие, которое создано во второй базе, и вторая часть расположена в сквозном отверстии.

[0033] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура дополнительно формируется между двумя соседними кубитами.

[0034] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура связана с одним из первого выступа и второго выступа одного из кубитов, и также связана с одним из третьего выступа и четвертого выступа другого кубита, соседнего к одному из кубитов.

[0035] Согласно некоторым вариантам осуществления частота связывающей структуры является настраиваемой.

[0036] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура включает в себя четвертый конденсатор, у которого одна сторона заземлена, и второй СКВИД, подсоединенный параллельно четвертому конденсатору.

[0037] Согласно некоторым вариантам осуществления первый СКВИД включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона; и/или

[0038] второй СКВИД включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона.

[0039] Согласно некоторым вариантам осуществления количество переходов Джозефсона во втором СКВИДе является нечетным числом.

[0040] Согласно некоторым вариантам осуществления переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

[0041] Согласно некоторым вариантам осуществления квантовая схема дополнительно включает в себя схему считывания, и схема считывания связана с кубитами.

[0042] Согласно некоторым вариантам осуществления схема считывания включает в себя пятый конденсатор, у которого одна сторона заземлена, и индуктивность параллельно подсоединена к пятому конденсатору.

[0043] Согласно некоторым вариантам осуществления схема считывания емкостным образом связана с кубитами.

[0044] Согласно второму аспекту некоторых вариантов осуществления настоящего раскрытия предложена квантовая схема, включающая в себя кубиты, причем соседние кубиты связаны, и каждый из кубитов включает в себя:

[0045] первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена; и

[0046] первое устройство, включающее в себя первый СКВИД; причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена ко второй стороне первого конденсатора, а вторая сторона первого СКВИДа заземлена.

[0047] Согласно некоторым вариантам осуществления первый конденсатор включает в себя: первую емкостную пластину, и

[0048] первая сторона первого СКВИДа является подсоединенной ко второй стороне первого конденсатора, причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена к первой емкостной пластине.

[0049] Согласно некоторым вариантам осуществления первая емкостная пластина включает в себя электроды, которые имеют одинаковое пересечение; и

[0050] соседние кубиты являются связанными друг с другом, причем соединение связи образуется между соседними кубитами с помощью одного из электродов.

[0051] Квантовая схема, предложенная согласно настоящему раскрытию, включает в себя множество кубитов. Каждый из кубитов включает в себя первую заземленную емкостную пластину, и первый СКВИД, одна сторона которого подсоединена к первой емкостной пластине, а другая сторона подсоединена к земле. Первая емкостная пластина включает в себя множество электродов, которые имеют одинаковое пересечение, и кубиты, расположенные в соседних положениях, образуют соединение связи с помощью одного из множества электродов. Количество электродов у первой емкостной пластины увеличено, так что увеличивается количество кубитов, которые образуют соединение связи с помощью электродов первой емкостной пластины, благодаря чему улучшается связываемость между кубитами в квантовой микросхеме, и преодолеваются ограничения, присущие структуре предшествующего уровня техники.

[0052] Согласно некоторым вариантам осуществления первая сторона первого СКВИДа является подсоединенной к первой емкостной пластине, причем:

[0053] одна сторона первого СКВИДа подсоединена к пересечению.

[0054] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура дополнительно сформирована между двумя соседними кубитами; причем связывающая структура связана с одним из электродов одного из кубитов, и также связана с одним из электродов другого кубита, который является соседним к одному из кубитов.

[0055] Согласно некоторым вариантам осуществления частота связывающей структуры является настраиваемой.

[0056] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура включает в себя заземленную четвертую емкостную пластину, третий СКВИД, у которого одна сторона подсоединена к четвертой емкостной пластине, а другая сторона заземлена, и линию регулировки магнитного потока, связанную с третьим СКВИДом.

[0057] Согласно некоторым вариантам осуществления четвертая емкостная пластина включает в себя первую часть, вторую часть и третью часть, которая соединяет первую часть и вторую часть,

[0058] и один из электродов одного из кубитов, и один из электродов другого кубита, который является соседним к одному из кубитов, соответственно расположены на двух сторонах третьей части и оба расположены между первой частью и второй частью.

[0059] Согласно третьему аспекту некоторых вариантов осуществления настоящего раскрытия предложена квантовая микросхема, включающая в себя квантовую схему согласно первому аспекту или второму аспекту.

[0060] Согласно четвертому аспекту некоторых вариантов осуществления настоящего раскрытия предложен квантовый компьютер, включающий в себя квантовую схему согласно первому аспекту или второму аспекту.

Краткое описание фигур

[0061] Для обеспечения более понятного описания технических решений согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия ниже кратко описаны приложенные фигуры, используемые для объяснения вариантов осуществления. Очевидно, что приложенные фигуры в последующем описании относится только к некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, и на основании приложенных фигур другие фигуры могут быть получены специалистами обычной квалификации в этой области техники без каких-либо творческих усилий.

[0062] На фиг. 1А упрощенно показана квантовая схема согласно предшествующему уровню техники;

[0063] На фиг. 1В показана упрощенная схема структуры кубитов и квантовой микросхемы согласно предшествующему уровню техники;

[0064] На фиг. 2 показана упрощенная схема структуры квантовой схемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0065] На фиг. 3 показана упрощенная схема структуры квантовой микросхемы согласно настоящему раскрытию;

[0066] На фиг. 4 показана увеличенная часть области А схемы структуры с фиг. 3;

[0067] На фиг. 5 показана увеличенная часть области В схемы структуры с фиг. 3;

[0068] На фиг. 6 показана блок-схема способа изготовления квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0069] На фиг. 7 показана упрощенная схема распределения компонентов сверхпроводящей квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0070] На фиг. 8 показана упрощенная схема структуры сверхпроводящей квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0071] На фиг. 9 показана упрощенная схема структуры первой микросхемы 82 с фиг. 8;

[0072] На фиг. 10 показана упрощенная схема структуры второй микросхемы 83 с фиг. 8;

[0073] На фиг. 11 показана упрощенная схема связывающей структуры 2 с настраиваемой частотой согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0074] На фиг. 12 показана упрощенная схема структуры квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0075] На фиг. 13 показана упрощенная схема структуры кубита согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0076] На фиг. 14 показана упрощенная схема структуры другой квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[0077] На фиг. 15 показана упрощенная схема структуры другого кубита согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия; и

[0078] На фиг. 16 показана упрощенная схема связывающей структуры согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

[0079] Условные числовые обозначения на фигурах:

[0080] 1: кубит, 2: связывающая структура,

[0081] 11: первая емкостная пластина, 12: вторая емкостная пластина, 13: первый СКВИД, 14: линия импульсной модуляции, 15: первая линия модуляции магнитного потока, 16: резонансная полость считывания,

[0082] 111: первый выступ, 112: второй выступ, 121: третий выступ, 122: четвертый выступ,

[0083] 21: третья емкостная пластина, 22: второй СКВИД, 23: вторая линия модуляции магнитного потока,

[0084] 81: сверхпроводящая квантовая микросхема, 811: первая битовая одномерная цепочка, 812: вторая битовая одномерная цепочка, 813: третья битовая одномерная цепочка, 814: четвертая битовая одномерная цепочка,

[0085] 82: первая микросхема, 821: первая база, 822: первая схема управления, 823: соединительная часть управления, 824: первая схема считывания, 825: соединительная часть считывания,

[0086] 83: вторая микросхема, 831: вторая база, 833: вторая схема управления, 836: вторая схема считывания, 837: третья схема считывания, 8351: четвертый конденсатор, 8353: линия сигналов модуляции магнитного потока,

[0087] 9111: первый электрод, 9112: второй электроды, 9113: третий электрод, 9114: четвертый электроды, 9121: первый переход Джозефсона,

[0088] 921: четвертая емкостная пластина, 922: третий СКВИД,

[0089] 9211: первая часть, 9212: вторая часть, 9213: третья часть, 9221: второй переход Джозефсона

Описание вариантов осуществления

[0090] Приведенное ниже подробное описание является только пояснительным и не предназначено для ограничения объема вариантов осуществления и/или областей применения или использования вариантов осуществления. Кроме того, нет никакого намерения быть связанными любой явно выраженной или подразумеваемой информацией, представленной в предыдущих разделах «Предшествующий уровень техники настоящего изобретения» и «Краткое раскрытие настоящего изобретения» или в разделе «Подробное раскрытие настоящего изобретения».

[0091] Для более понятного изложения целей, технических решений и преимуществ вариантов осуществления настоящего раскрытия один или несколько вариантов осуществления настоящего раскрытия описаны ниже со ссылками на приложенные фигуры, причем подобные условные числовые обозначения используются для указания подобных элементов во всем описании. В последующем описании для лучшего объяснения упоминаются многочисленные конкретные подробности, чтобы обеспечить более полное понимание одного или нескольких вариантов осуществления. Однако очевидно, что в различных случаях один или несколько вариантов осуществления может быть реализованы на практике без этих конкретных деталей. Варианты осуществления могут быть объединены друг с другом, и они ссылаются друг на друга без каких-либо противоречий.

[0092] Следует отметить, что термины «первый» и «второй» и тому подобные в описании и в пунктах формулы настоящего раскрытия и в вышеупомянутых фигурах используются для различения подобных объектов, а не для описания конкретного порядка или последовательного порядка. Следует понимать, что используемые таким образом данные являются взаимозаменяемыми при определенных обстоятельствах, так что описанные в настоящем документе варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть реализованы в последовательности выполнения, отличной от последовательностей выполнения, проиллюстрированных или описанных в настоящем документе. Кроме того, термины «включает в себя» и «имеет» и любые другие их варианты предназначены для охватывания неэксклюзивных включений. Например, процесс, способ, система, изделие или устройство, которое предусматривает ряд стадий или включает в себя ряд блоков, не ограничено перечисленными стадиями или блоками, а может предусматривать или включать в себя другие стадии или блоки, которые не были явным образом перечислены или являются присущими для такого процесса, способа, изделия или устройства.

[0093] Кроме того, следует понимать, что когда слой (или пленка), область, шаблон или структура, указывается как являющаяся находящейся «на» подложке, слое (или пленке), области и/или шаблоне, она может непосредственно находится на другом слое или подложке, и/или между ними может быть промежуточный слой. Кроме того, следует понимать, что когда слой указывается как являющийся находящимся «под» другим слоем, он может непосредственно находится под другим слоем, и/или между ними может быть один или несколько промежуточных слоев. Кроме того, для ситуаций «на» слое и «под» слоем может быть сделана ссылка на фигуры.

[0094] Согласно различным физическим системам, используемым для создания квантового бита, кубит включает в себя сверхпроводящую квантовую схему, сверхпроводящую квантовую точку, ионную ловушку, вакансию в алмазе, топологический кубит, фотон и тому подобное в физической реализации.

[0095] Сверхпроводящая квантовая схема в настоящее время является самым быстрым и лучшим методом для реализации полупроводниковых квантовых компьютеров. Поскольку структурой энергетических уровней сверхпроводящей квантовой схемы можно управлять внешним электромагнитным сигналом, проектирование и оптимизации схемы являются в очень высокой степени управляемыми. Наряду с этим, благодаря существующей хорошо развитой технологии изготовления интегральных схем, квантовые микросхемы и квантовые компьютеры на основе сверхпроводящих квантовых схем обладают масштабируемостью, которая является непревзойденной для большинства квантовых физических систем. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия квантовая схема может также называться квантовой вычислительной схемой.

[0096] На фиг. 1А упрощенно показана квантовая схема согласно предшествующему уровню техники.

[0097] Как показано на фиг. 1А, в настоящее время в традиционной квантовой вычислительной схеме схема кубита обычно является схемой структуры, включающий в себя конденсатор C_q с одной заземленной стороной и СКВИД, подсоединенный параллельно конденсатору C_q. Конденсатор C_q влияет на ангармоничность кубита. На этапе проектирования квантовой схемы после определения ангармоничных параметров кубита определяется конденсатор C_q. Поскольку каждый элемент должен занимать определенное пространство, при проектировании и компоновке квантовой схемы при использовании только такой структуры схемы имеется пространственное ограничение определенной степени, и невозможно зарезервировать достаточно пространства для других структур или элементов схемы, что влияет на проектирование и компоновку других структур схемы.

[0098] Согласно вышеупомянутой квантовой вычислительной схеме в терминах реализации структуры кубита, конденсатор C_q в структуре кубита обычно является конденсатором с параллельными пластинами крестообразный формы. Как показано на фиг. 1В, емкостная пластина C_q крестообразной формы окружена заземляющей плоскостью (GND), и при этом имеется зазор между емкостной пластиной C_q крестообразной формы и заземляющей плоскостью (GND). Одна сторона СКВИДа подсоединена к емкостной пластине C_q крестообразной формы, а другая сторона подсоединена к заземляющей плоскости (GND). Поскольку у емкостной пластины C_q крестообразной формы первая сторона обычно выполнена с возможностью подсоединения кубита, а вторая сторона выполнена с возможностью связи с резонансной полостью считывания, необходимо зарезервировать некоторое пространство вблизи первой стороны и второй стороны для проводников. Например, вблизи первой стороны нужно зарезервировать пространство для расположения линии сигналов ху и линии сигналов z. Две другие стороны емкостной пластины C_q крестообразной формы выполнены с возможностью связи с соседними кубитами. Кубит с такой структурой упрощает пространственное расположение в виде одномерной цепочки. Однако когда кубиты расположены в виде одномерной цепочки на квантовой микросхеме, каждый кубит имеет связь только с двумя кубитами, соседними к нему слева и справа, связываемость между кубитами не является хорошей, и у такой структуры имеются определенные ограничения.

[0099] В связи с этим согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытии предложены квантовая схема, квантовая микросхема и квантовый компьютер для устранения недостатков в предшествующем уровне техники. В квантовой схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, кубит имеет структуру, в которой одна сторона первого конденсатора и одна сторона второго конденсатора заземлены, параллельно соединенные стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора соединены с другой стороной первого конденсатора, а другие параллельно соединенные стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора соединены с другой стороной второго конденсатора. В такой структуре комбинирование конденсаторов кубита является относительно гибким, и когда определены ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, параметры, по меньшей мере, одного из множества конденсаторов можно отрегулировать так, как требуется. В сравнении с вариантом структуры квантовой схемы согласно предшествующему уровню техники, предложенное согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия решение может устранить пространственные ограничения, имеющиеся в квантовой схеме согласно предшествующему уровню техники, и упростить проектирование и компоновку других структур схемы. Согласно некоторым вариантам осуществления, предложенным в настоящем раскрытии, для выделения особенностей реализации структуры кубита в такой схеме кубит также называется кубитной цепью.

[00100] К тому же, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена структура реализации кубита на основании вышеупомянутой кубитной цепи. На фиг. 2 показана упрощенная схема квантовой вычислительной схемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия предложена квантовая вычислительная схема, включающая в себя множество кубитных цепей. Соседние кубиты имеют связь, и соседние кубиты могут быть связаны или могут иметь связь с резонансной схемой. Кубитная цепь включает в себя:

[00101] первый конденсатор C₁, причем первая сторона первого конденсатора C₁ заземлена;

[00102] второй конденсатор С₂, причем первая сторона второго конденсатора С₂ и первая сторона первого конденсатора C₁ являются совместно заземленными; и

[00103] первое устройство, включающее в себя в первый СКВИД Sq1 и третий конденсатор С₃, которые соединены параллельно, причем параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа Sq1 и третьего конденсатора С₃ подсоединены ко второй стороне первого конденсатора C₁, а параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора С₃ подсоединены ко второй стороне второго конденсатора С₂.

[00104] В квантовой вычислительной схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, кубит включает в себя множество конденсаторов, и ангармоничность системы уровней энергии кубита зависит от множества конденсаторов. В сравнении с квантовой вычислительной схемой согласно предшествующему уровню техники, в кубитной цепи настоящего раскрытия выбор и комбинирование конденсаторов являются относительно гибкими, и когда определены ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, параметры, по меньшей мере, одного из множества конденсаторов в кубитной цепи можно отрегулировать так, как требуется. Например, регулируются параметры конденсатора. В квантовой вычислительной схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, можно зарезервировать достаточно пространства для других структур или элементов схемы, что устраняет пространственные ограничения, возникающие, когда кубит в квантовой вычислительной схеме предшествующего уровня техники включает в себя конденсатор с одной заземленной стороной и СКВИД, соединенный параллельно конденсатору, благодаря чему упрощается проектирование и компоновка других структур схемы.

[00105] Как показано на обеих фигурах фиг. 2 и фиг. 1А в случае, когда ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия являются такими же, как ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, показанного на фиг. 1А, первый конденсатор C₁, второй конденсатор С₂ и третий конденсатор С₃ согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия должны только удовлетворять соотношению В сравнении со структурой кубита, показанного на фиг. 1А, кубит согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия включает в себя множество конденсаторов. На этапе проектирования квантовой микросхемы каждый конденсатор может быть спроектирован и расположен согласно фактической ситуации (например, с учетом факторов, в частности, размера резонансной полости считывания), при условии, что эквивалентный конденсатор, составленный из первого конденсатора C₁, второго конденсатора С₂ и третьего конденсатора С₃, равен по емкости конденсатору C_q. Например, значение емкости C₁ первого конденсатора, значение емкости С₂ второго конденсатора и значение емкости С₃ третьего конденсатора удовлетворяют условиям C₁=С₂=2C_q и В этом случае, в сравнении с показанным на фиг. 1А конденсатором C_q, квантовая вычислительная схема сконструирована на подложке (например, диэлектрической подложке, в частности, кремниевой или сапфировой) согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия на основании структуры, в которой можно увеличить физические размеры пластин, соответствующих первому конденсатору C₁ и второму конденсатору С₂, благодаря чему резервируется увеличенное пространство и упрощается проектирование и компоновка других структур схемы. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия подложка также называется базой.

[00106] Квантовая вычислительная схема сконструирована на подложке (например, диэлектрической подложке, в частности, кремниевой или сапфировой) на основании структуры согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия. Например, на основании существующей хорошо развитой технологии изготовления интегральных схем на подложке формируются первая емкостная пластина, вторая емкостная пластина и первый СКВИД, причем первая емкостная пластина и вторая емкостная пластина не являются непосредственно подсоединенными к заземляющей плоскости (GND), а имеют надлежащие зазоры с заземляющей плоскостью (GND). Физические размеры зазоров проектируются и определяются на основании параметров работоспособности квантовой вычислительной схемы. Следует отметить, что первый конденсатор C₁ формируется между первой емкостной пластиной и заземляющей плоскостью (GND), второй конденсатор С₂ формируется между второй емкостной пластиной и заземляющей плоскостью (GND), и третий конденсатор С₃ формируется между первой емкостной пластиной и второй емкостной пластиной. Значения емкостей первого конденсатора C₁, второго конденсатора С₂ и третьего конденсатора С₃ вычисляются и определяются на основании параметров работоспособности квантовой вычислительной схемы, и затем вычисляются и определяются физические размеры первой емкостной пластины и второй емкостной пластины. Первый СКВИД расположен между первой емкостной пластиной и второй емкостной пластиной, и у первого СКВИДа одна сторона подсоединена к первой емкостной пластине, а другая сторона подсоединена ко второй емкостной пластине. Первая емкостная пластина, вторая емкостная пластина и первый СКВИД окружены заземляющей плоскостью (GND) и отделены от заземляющей плоскости (GND) зазором, который открывает поверхность подложки. В качестве подложки может использоваться диэлектрическая подложка, в частности, кремниевая или сапфировая. Например, первая емкостная пластина, вторая емкостная пластина, первый СКВИД и заземляющая плоскость (GND) формируются на кремниевой подложке. Первая емкостная пластина, вторая емкостная пластина и заземляющая плоскость (GND) могут быть сформированы из сверхпроводящего материала, который проявляет сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, в частности, из алюминия, ниобия или нитрида титана, но они не ограничены такими материалами для конкретной реализации. Все материалы, которые проявляют сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, могут использоваться для формирования первой емкостной пластины, второй емкостной пластины и заземляющей плоскости (GND).

[00107] Согласно некоторым вариантам осуществления, предложенным в настоящем раскрытии, первый конденсатор в альтернативном варианте может быть эквивалентным конденсатором, составленным из множества емкостных элементов, соединенных последовательно или параллельно, или частично соединенных последовательно и частично соединенных параллельно. Аналогичным образом второй конденсатор в альтернативном варианте может быть эквивалентным конденсатором, составленным из множества емкостных элементов, соединенных последовательно или параллельно, или частично соединенных последовательно и частично соединенных параллельно. Взаимосвязь количества и электрического соединения емкостных элементов может быть определена, как требуется.

[00108] Согласно некоторым вариантам осуществления соседние кубитные цепи в квантовой вычислительной схеме соединяются с помощью цепи связи с настраиваемой частотой. Цепь связи с настраиваемой частотой упрощает управление величиной связи между соседними кубитными цепями и помогает реализовать вариант изготовления двухкубитного квантового логического вентиля. Например, кубитная цепь q1 и кубитная цепь q2 находятся в соседних положениях, и цепь связи связана с кубитной цепью q1 и с кубитной цепью q2 соответственно, благодаря чему создается косвенная связь между кубитной цепью q1 и кубитной цепью q2. Кроме того, с помощью регулировки частоты цепи связи можно регулировать величину связи между кубитной цепью q1 и кубитной цепью q2. Например, цепь связи включает в себя четвертый конденсатор С₄, у которого одна сторона заземлена, и второй СКВИД, подсоединенный параллельно четвертому конденсатору С₄. Согласно некоторым примерам второй СКВИД Sq2 включает в себя, по меньшей мере, два перехода Джозефсона, и переходы Джозефсона соединены параллельно. Частоту цепи связи можно регулировать с помощью подачи внешнего магнитного потока. Согласно некоторым примерам для получения второго СКВИДа Sq2 с несимметричной структурой, чтобы получить в спектре цепи связи, по меньшей мере, две точки, не чувствительные к магнитному потоку, число переходов Джозефсона во втором СКВИДе Sq2 должно быть нечетным числом. Аналогичным образом первый СКВИД Sq1 подобен второму СКВИДу и включает в себя два перехода Джозефсона, и переходы Джозефсона соединены параллельно. Для получения первого СКВИДа Sq1 с несимметричной структурой, чтобы получить в спектре цепи связи, по меньшей мере, две точки, не чувствительные к магнитному потоку, число переходов Джозефсона в первом СКВИДе Sq1 также может быть нечетным числом.

[00109] При подаче внешнего магнитного потока на кубитную цепь q1 и кубитную цепь q2 внешний магнитный поток непосредственно влияет на энергию Джозефсона в кубитной цепи, благодаря чему изменяется частота кубитной цепи. Следовательно, частоту кубитной цепи можно просто регулировать с помощью регулировки магнитного потока в первом СКВИДе Sq1. В цепи связи с настраиваемой частотой частоту связывающей структуры можно изменить с помощью изменения магнитного поля, создаваемого токами, протекающими через переходы Джозефсона во втором СКВИДе Sq2. С помощью этого можно достичь косвенной связи между кубитной цепью q1 и кубитной цепью q2 в соседних положениях, закладывая тем самым фундамент для реализации двухкубитного логического вентиля.

[00110] Согласно некоторым вариантам осуществления переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

[00111] Согласно некоторым вариантам осуществления квантовая вычислительная схема дополнительно включает в себя схему считывания, и схема считывания связана с кубитной цепью. Квантовым состоянием кубитной цепи после начала управления является считывание с помощью схемы считывания. Например, схема считывания включает в себя пятый конденсатор C₅, у которого одна сторона заземлена, и индуктивность параллельно подсоединена к пятому конденсатору С₅. Согласно некоторым примерам схема считывания связана с кубитной цепью. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия каждая кубитная цепь включает в себя схему считывания, с которой она имеет связь, а другие стороны множества схем считывания связаны с общей линией передачи сигналов считывания. Линия передачи сигналов считывания получает информацию о квантовом состоянии с помощью схемы считывания, соответствующей каждому кубиту.

[00112] В квантовой вычислительной схеме, предложенной согласно настоящему раскрытию, кубитная цепь включает в себя множество конденсаторов, и ангармоничность системы уровней энергии кубита зависит от множества конденсаторов. В сравнении с квантовой вычислительной схемой согласно предшествующему уровню техники, в кубитной цепи настоящего раскрытия выбор и комбинирование конденсаторов являются относительно гибкими, и когда определены ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, параметры, по меньшей мере, одного из множества конденсаторов можно отрегулировать так, как требуется. Эта структура устраняет пространственные ограничения, возникающие, когда кубит в квантовой вычислительной схеме предшествующего уровня техники включает в себя конденсатор с одной заземленной стороной и СКВИД, соединенный параллельно конденсатору. Следовательно, решение, предложенное согласно настоящему раскрытию, упрощает проектирование и компоновку других структур схемы. Например, достаточное пространство резервируется для упрощения проектирования и компоновки схемы считывания и схемы управления (в частности, схемы управления магнитным потоком или схемы импульсного управления, что не показано на фигуре) кубитной цепью.

[00113] Ниже в качестве (иллюстративного) примера приведено описание конкретной реализации структуры вышеупомянутой квантовой схемы.

[00114] Как показано на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5, квантовая микросхема, предложенная согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, включает в себя:

[00115] множество кубитов 1. Множество кубитов пространственно расположено в виде массива на подложке. Каждый из кубитов включает в себя первую емкостную пластину 11, вторую емкостную пластину 12 и первый СКВИД 13. У первого СКВИДа 13 одна сторона подсоединена к первой емкостной пластине 11, а другая сторона подсоединена ко второй емкостной пластине 12.

[00116] Первая емкостная пластина 11 включает в себя первый выступ 111 и второй выступ 112, которые пересекаются. Вторая емкостная пластина 12 включает в себя третий выступ 121 и четвертый выступ 122, которые пересекаются. То есть согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия первый выступ 11 и второй выступ 112 имеют одинаковую сторону, и третий выступ 121 и четвертый выступ 122 имеют одинаковую сторону. Один из первого выступа 11 и второго выступа 112 одного из кубитов 1, который пространственно расположен в массиве, имеет связь с одним из третьего выступа 121 и четвертого выступа 122 другого кубита, который является соседним одному из кубитов 1.

[00117] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, кубит 1 в квантовой микросхеме включает в себя первую емкостную пластину 11, у которой имеются пересекающиеся друг с другом первый выступ 111 и второй выступ 112, вторую емкостную пластину 12, у которой имеются пересекающиеся друг с другом третий выступ 121 и четвертый выступ 122, и первый СКВИД 13, одна сторона которого подсоединена к первой емкостной пластине 11, а другая сторона подсоединена ко второй емкостной пластине 12. Имеющий такую структуру кубит 1 упрощает пространственное расположение элементов по двум измерениям. Два кубита 1 в соседних положениях в массиве с двухмерным пространственным расположением образуют между собой связь. То есть, любой кубит 1 связан с другим кубитом, соседним к кубиту 1, для реализации передачи данных, так что можно реализовать увеличение количества кубитов на подложке.

[00118] Кроме того, следует отметить, что согласно некоторым вариантам осуществления первый СКВИД 13 может не иметь прямого физического контакта с заземляющей плоскостью (GND). Следовательно, операции с заземляющей плоскостью (GND) во время изготовления и испытаний квантовой микросхемы не могут вызвать повреждений первого СКВИДа 13. Более того, в сравнении со структурой с единственный заземленным конденсатором, первая емкостная пластина 11 и вторая емкостная пластина 12, которые образуют конденсатор с заземляющей плоскостью (GND), имеют увеличенные физические размеры, и резервируемое на подложке место для проводников увеличено при двухмерном пространственном расположении, так что можно разместить там структуры, например, резонансную полость считывания и линию сигналов управления.

[00119] Как показано на фиг. 3, для упрощения описания некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия обозначения Q1, Q2, Q3 и Q4 используется для представления соответствующих кубитов 1 в базовых блоках, пространственно расположенных в виде массива. Каждый кубит из группы, содержащей кубит Q1, кубит Q2, кубит Q3 и кубит Q4, включает в себя первую емкостную пластину 11 и вторую емкостную пластину 12. Первая емкостная пластина 11 и вторая емкостная пластина 12 не являются непосредственно подсоединенными к заземляющей плоскости (GND), а имеют надлежащие зазоры с заземляющей плоскостью (GND). Физические размеры зазоров проектируются и определяются на основании параметров работоспособности квантовой микросхемы. Следует отметить, что вышеописанный первый конденсатор C₁ формируется между первой емкостной пластиной 11 и заземляющей плоскостью (GND), вышеописанный второй конденсатор С₂ формируется между второй емкостной пластиной 12 и заземляющей плоскостью (GND), и вышеописанный третий конденсатор С₃ формируется между первой емкостной пластиной 11 и второй емкостной пластиной 12. Значения емкостей конденсатора C₁, конденсатора С₂ и конденсатора С₃ вычисляются и определяются на основании параметров работоспособности квантовой микросхемы, и затем вычисляются и определяются физические размеры первой емкостной пластины 11 и второй емкостной пластины 12. Можно соответственно определить физические размеры первого выступа 111 и второго выступа 112, а также третьего выступа 121 и четвертого выступа 122.

[00120] Как показано на обеих фигурах фиг. 3 и фиг. 1В в случае, когда ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия являются такими же, как ангармоничные параметры системы уровней энергии кубита, показанного на фиг. 1В, конденсатор C₁, конденсатор С₂ и конденсатор С₃ согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия должны только удовлетворять соотношению В сравнении со структурой кубита, показанного на фиг. 1В, кубит согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия включает в себя множество конденсаторов. На этапе проектирования квантовой микросхемы значение емкости каждого конденсатора может быть выбрано согласно фактической ситуации (например, с учетом факторов, в частности, размера резонансной полости считывания). Например, если конденсатор С₃ является небольшим, выбирается C₁=C₂=2C_q. Следовательно, в сравнении с показанной на фиг. 1В емкостной пластиной, структура согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения позволяет увеличить физические размеры первой емкостной пластины и второй емкостной пластины, чтобы зарезервировать больше пространства для проводников.

[00121] Согласно некоторым вариантам осуществления на подложке сформированы первая емкостная пластина 11, вторая емкостная пластина 12, первый СКВИД 13 и заземляющая плоскость (GND), кубит Q1, кубит Q2, кубит Q3, и кубит Q4, которые пространственно расположены в виде массива, могут быть окружены заземляющей плоскостью (GND), и первая емкостная пластина 11 и вторая емкостная пластина 12 могут быть отделены от заземляющей плоскости (GND) зазором, который открывает поверхность подложки. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия в качестве подложки может использоваться диэлектрическая подложка, в частности, кремниевая или сапфировая. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия на кремниевой подложке формируются кубит Q1, кубит Q2, кубит Q3, кубит Q4 и заземляющая плоскость (GND). Первая емкостная пластина 11, вторая емкостная пластина 12 и заземляющая плоскость (GND) могут быть сформированы из сверхпроводящего материала, который проявляет сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, в частности, из алюминия, ниобия или нитрида титана, но они не ограничены такими материалами для конкретной реализации. Все материалы, которые проявляют сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, могут использоваться для формирования первой емкостной пластины 11, второй емкостной пластины 12 и заземляющей плоскости (GND).

[00122] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия для изготовления квантовой микросхемы кубитам 1, которые пространственно расположены в виде массива на подложке, требуется множество слоев для формирования первого СКВИДа 13. Согласно некоторым вариантам осуществления первый СКВИД 13 включает в себя два соединенных параллельно перехода Джозефсона. Каждый переход Джозефсона имеет многослойную структуру из сверхпроводящего слоя - изолирующего слоя - сверхпроводящего слоя. Первый слой сверхпроводящего материала может быть нанесен для формирования первого сверхпроводящего слоя перехода Джозефсона, а затем часть первого сверхпроводящего слоя окисляется для формирования изолирующего слоя. Затем может быть нанесен второй слой сверхпроводящего материала для формирования второго сверхпроводящего слоя перехода Джозефсона, для того, чтобы получить многослойную структуру из сверхпроводящего слоя - изолирующего слоя - сверхпроводящего слоя. Например, с целью упрощения одновременного изготовления множества переходов Джозефсона на квантовой микросхеме и снижения технологической сложности процесса, все переходы Джозефсона на квантовой микросхеме имеют одинаково направленную структуру. То есть все направления удлинения первых сверхпроводящих слоев, изолирующих слоев и вторых сверхпроводящих слоев множества переходов Джозефсона являются одинаковыми, и порядок наложения друг на друга первых сверхпроводящих слоев, изолирующих слоев и вторых сверхпроводящих слоев множества переходов Джозефсона также является одинаковым.

[00123] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия для выполнения требования максимального увеличения пространства, зарезервированного на подложке для расположения проводников, у первого СКВИДа 13 одна сторона подсоединена к пересечению первого выступа 111 и второго выступа 112, а другая сторона подсоединена к пересечению третьего выступа 121 и четвертого выступа 122. Как показано на фиг. 3, сторона, на которой пересекаются первый выступ 111 и второй выступ 112, обозначается как первая сторона пересечения, а сторона, на которой пересекаются третий выступ 121 и четвертый выступ 122, обозначается как вторая сторона пересечения. Следовательно, первый СКВИД 13 расположен между первой стороной пересечения и второй стороной пересечения. Следует отметить, что первый выступ 111 и второй выступ 112 могут быть перпендикулярными или не перпендикулярными, и третий выступ 121 и четвертый выступ 122 могут быть перпендикулярными или не перпендикулярными.

[00124] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия базовые блоки кубитов 1, пространственно расположенные в виде массива, имеют квадратную форму или ромбическую форму, так что проводники могут быть сформированы в базовых блоках, которые имеют квадратную форму или ромбическую форму, это может никак не ограничиваться в конкретной реализации согласно настоящему документу.

[00125] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия на подложке дополнительно формируются резонансная полость 16 считывания и линия сигналов управления, которые связаны с кубитом 1, и линия сигналов управления включает в себя линию 14 импульсной модуляции и линию 15 модуляции первого магнитного потока. Согласно настоящему раскрытию формы базовых блоков, пространственно расположенных в виде массива, могут быть отрегулированы согласно размерам резонансной полости 16 считывания и линии сигналов управления, а первый выступ 111 и второй выступ 112, также как третий выступ 121 и четвертый выступ 122 могут быть перпендикулярными или не перпендикулярными, чтобы получить достаточное пространство для проводников.

[00126] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия первый СКВИД 13 включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона, и переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

[00127] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия между двумя соседними кубитами 1 дополнительно формируется связывающая структура 2, которая может соответствовать, например, цепи связи согласно вышеописанным вариантам осуществления. Связывающая структура 2 связана с одним из первого выступа 111 и второго выступа 112 одного из кубитов 1, и она также имеет связь с одним из третьего выступа 121 и четвертого выступа 122 другого кубита, который является соседним одному из кубитов. Например, как показано на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5, связывающая структура 2 связана со вторым выступом 112 одного из кубитов 1, и она также имеет связь с третьим выступом 121 другого кубита, который является соседним одному из кубитов. Связывающая структура 2 связана с двумя кубитами 1 с целью достижения косвенной связи между соседними кубитами 1.

[00128] Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура 2 может иметь в себе структуры, в частности, конденсаторы и резонансные полости, или может иметь в себе структуру связи с настраиваемой частотой. Например, структура связи с настраиваемый частотой включает в себя третью емкостную пластину 21 и второй СКВИД 22, и у второго СКВИДа 22 одна сторона подсоединена к третьей емкостной пластине 21, а другая сторона подсоединена к заземляющей плоскости (GND). Следовательно, между третьей емкостной пластиной 21 и заземляющей плоскостью (GND) формируется заземленный конденсатор, который может соответствовать, например, четвертому конденсатору С 4 согласно вышеупомянутым вариантам осуществления. Заземленный конденсатор соединен параллельно со вторым с СКВИДом 22, и второй СКВИД 22 имеет сверхпроводящую кольцевую структуру, составленную из переходов Джозефсона. Использование связывающей структуры 2 в такой форме упрощает управление величиной связи между соседними кубитами 1, и упрощает реализацию на квантовой микросхеме двухкубитного квантового логического вентиля.

[00129] Согласно некоторым вариантам осуществления сверхпроводящая кольцевая структура включает в себя, по меньшей мере, три перехода Джозефсона. После того, как два перехода Джозефсона соединены параллельно для образования кольцевой структуры, кольцевая структура затем подсоединяется параллельно к другому переходу Джозефсона. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия частоту связывающей структуры можно изменить с помощью изменения магнитного поля, создаваемого токами, протекающими через переходы Джозефсона. Таким образом, достигается косвенная связь между соседними кубитами 1, пространственно расположенными в виде массива. Вместе с этим также удобно использовать связывающую структуру для управления величиной связи между кубитами, а частоту связывающей структуры 2 можно регулировать с помощью подачи внешнего магнитного потока. Например, магнитный поток второго СКВИДа 22 можно отрегулировать с помощью линии 23 модуляции второго магнитного потока для регулировки частоты связывающей структуры 2.

[00130] Как показано на фиг. 3, связывающая структура 2 связана с кубитом Q1 и с кубитом Q4 соответственно, благодаря чему создается косвенная связь между кубитом Q1 и кубитом Q4. Кроме того, с помощью регулировки частоты связывающей структуры 2 можно регулировать величину связи между кубитом Q1 и кубитом Q4.

[00131] Например, связывающая структура 2 включает в себя второй СКВИД 22 и конденсатор, соединенный параллельно второму СКВИДу 22. Например, связывающая структура 2 включает в себя третью емкостную пластину 21 и второй СКВИД 22, и у второго СКВИДа 22 одна сторона подсоединена к третьей емкостной пластине 21, а другая сторона подсоединена к заземляющей плоскости (GND). Следовательно, между третьей емкостной пластиной 21 и заземляющей плоскостью (GND) формируется заземленный конденсатор, и заземленный конденсатор соединен параллельно второму СКВИДу 22.

[00132] На фиг. 6 показана блок-схема способа изготовления квантовой микросхемы согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия;

[00133] Как показано на фиг. 6 вместе с фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен способ изготовления квантовой микросхемы. Квантовая микросхема включает в себя множество кубитов, причем множество кубитов пространственно расположено в виде массива. В способе изготовления предусмотрены следующие стадии.

[00134] На стадии S501 на подложке формируются первая емкостная пластина и вторая емкостная пластина каждого кубита, причем первая емкостная пластина включает в себя первый выступ и второй выступ, которые пересекаются друг с другом; а вторая емкостная пластина включает в себя третий выступ и четвертый выступ, которые пересекаются друг с другом, и один из первого выступа и второго выступа одного из кубитов имеет связь с одним из третьего выступа и четвертого выступа кубита, соседнего к одному из кубитов.

[00135] На стадии S502 на подложке формируется СКВИД, причем у СКВИДа одна сторона подсоединена к первой емкостной пластине, а другая сторона подсоединена ко второй емкостной пластине.

[00136] Квантовая микросхема может содержать в себе структуры, в частности, битовые блоки, схему управления и резонансные полости считывания. Если множество кубитов пространственно расположено на подложке квантовой микросхемы в виде массива, базовые блоки, расположенные в этом массиве, могут образовывать битовые блоки, а кубиты, лежащие на одной прямой линии в одном битовом блоке из битовых блоков, могут образовывать битовую одномерную цепочку. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия предложена другая квантовая микросхема, и структура ее реализации показано на фигурах с фиг. 7 по фиг. 10.

[00137] Показанная на фиг. 8 сверхпроводящая квантовая микросхема 81 включает в себя первую микросхему 81 и вторую микросхему 83, которая расположена на первой микросхеме 82. Для того чтобы различить их друг от друга, части компонентов первой микросхемы 82, которые накрыты и заблокированы второй микросхемы 83, показаны пунктирными линиями на фиг. 7.

[00138] Как показано на фиг. 7 вместе с фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия предложена сверхпроводящая квантовая микросхема 81, включающая в себя битовые блоки, схему управления и резонансные полости 16 считывания.

[00139] Битовые блоки включает в себя множество битовых одномерных цепочек, которые последовательно связаны и соединены конец к концу. Например, битовые блоки в сверхпроводящей квантовой микросхеме 81 включают в себя первую битовую одномерную цепочку 811, вторую битовую одномерную цепочку 812, третью битовую одномерную цепочку 813 и четвертую битовую одномерную цепочку 814. Первая битовая одномерная цепочка 811, вторая битовая одномерная цепочка 812, третья битовая одномерная цепочка 813 и четвертая битовая одномерная цепочка 814 последовательно связаны и соединены конец к концу для образования четырехугольника. Количество битовых одномерных цепочек ничем не ограничено в настоящем документе. В конкретной реализации количество битовых одномерных цепочек может в альтернативных вариантах равняться трем, пяти, шести или тому подобному.

[00140] Каждая из битовых одномерных цепочек включает в себя, по меньшей мере, три кубита 1, и соседние кубиты 1 связаны. Можно понимать, что битовые одномерные цепочки формируются при пространственном расположении кубитов 1 вдоль одномерного направления, замкнутая структура формируется с помощью последовательной связи и соединения множество одномерных битовых цепочек конец к концу для образования битового блока. Битовый блок может быть изготовлен на поверхности подложки при использовании существующей технологии изготовления интегральных схем. В качестве подложки может использоваться диэлектрическая подложка, в частности, кремниевая или сапфировая. Битовый блок разделяет поверхность подложки, на которой расположен битовый блок, на внутреннее пространство и на внешнее пространство. Например, показанный на фиг. 7 кубит имеет структуру, которая включает в себя заземленный конденсатор и СКВИД, одна сторона которого заземлена, а вторая сторона подсоединена к конденсатору. Согласно другим вариантам осуществления настоящего раскрытия показанный на фиг. 7 кубит может в альтернативном варианте иметь структуру кубита, показанную на фигурах с фиг. 2 по фиг. 6.

[00141] Резонансные полости 16 считывания расположены во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления, по меньшей мере, частично расположена во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и схема управления и резонансные полости 16 считывания вместе связаны с кубитами 1.

[00142] Согласно этому варианту осуществления битовый блок разделяет поверхность подложки (диэлектрическая подложка, в частности, кремниевая или сапфировая) на которой расположен битовый блок, на внутреннее пространство С и на внешнее пространство, и размер внутреннего пространства С соответствует количеству кубитов 1, входящих в битовую одномерную цепочку и/или физическим размером кубитов. На этапе проектирования и изготовления сверхпроводящей квантовой микросхемы размеры внутреннего пространства С и внешнего пространства могут быть отрегулированы согласно требованиям компоновки компонентов (например, схемы управления и резонансным полостям 16 считывания), так что резонансные полости 16 считывания расположены во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления, по меньшей мере, частично расположена во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и схема управления и резонансные полости 16 считывания вместе связаны с кубитами 1.

[00143] В сравнении с предшествующим уровнем техники, в сверхпроводящей квантовой микросхеме 81, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, размеры внутреннего пространства С и внешнего пространства могут быть отрегулированы согласно количеству и/или физическим размерам кубитов 1, входящих в битовую одномерную цепочку, для упрощения проектирования и компоновки структур, в частности, резонансной полости 16 считывания и линии передачи сигналов измерения и управления (в частности, схемы управления и схемы считывания), благодаря чему решается проблема предшествующего уровня техники, заключающаяся в трудности выделения достаточного пространства для расположения структур, например, резонансной полости 16 считывания и линии передачи сигналов измерения и управления в случае интеграции и увеличения числа кубитов, что помогает реализовать интеграцию и расположение большого количества кубитов на подложке. Например, размеры внутреннего пространства и внешнего пространства битового блока можно отрегулировать с помощью регулировки длины вылета конденсатора в кубите 1 между соседними кубитами 1. Длина вылета является физическим размером конденсатора вдоль одномерного направления расположения кубитов 1 в битовой одномерной цепочке, а ширина вылета является физическим размером конденсатора перпендикулярно к одномерному направлению расположения кубитов 1 в битовой одномерной цепочке. Можно понять, что для получения определенного внутреннего пространства и внешнего пространства отношение длины вылета к ширине вылета может быть ограничено. Например, отношение длины вылета к ширине вылета может составлять 5:1 или больше, для того, чтобы зарезервировать большое пространство. Например, резонансная полость 16 считывания и схема управления, связанные с кубитом 1, формируются во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве.

[00144] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия резонансные полости 16 считывания, соответственно связанные и подсоединенные к кубитам 1 в той же самой битовой одномерной цепочки, расположены с той же самой стороны той же самой битовой одномерной цепочки. То есть, резонансные полости 16 считывания, которые соответствуют множеству кубитов 1 в каждой битовой одномерной цепочке, расположены с той же самой стороны битовой одномерной цепочки. Например, как показано на фиг. 7 и фиг. 8, все резонансные полости 16 считывания, которые соответствуют трем кубитам 1 во второй битовой одномерной цепочке, расположены над второй одномерной цепочкой. Можно понять, что резонансные полости 16 считывания, которые расположены с той же самой стороны, могут совместно использовать схему считывания для экономии пространства и упрощения расположения проводников. Согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего раскрытия для предоставления возможности всем резонансным полостям 16 считывания из того же самого битового блока совместно использовать схему считывания, все резонансные полости 16 считывания расположены во внутреннем пространстве.

[00145] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия множество битовых одномерных цепочек последовательно связаны и подсоединены к битовому блоку для образования четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника. Согласно конкретной реализации, четырехугольный, пятиугольные или шестиугольный битовый блок может использоваться в качестве базового блока для построения массива на поверхности подложки (в частности, кремниевой или сапфировой) для достижения интеграции и увеличения количества кубитов на подложке.

[00146] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия схема управления включает в себя первую часть и вторую часть, первая часть является первой схемой 822 управления, расположенной на первой базе 821, вторая часть является второй схемой 833 управления, расположенной на второй базе 831, а битовый блок и резонансная полость 16 считывания также расположены на второй базе 831. Диэлектрические подложки, в частности, кремниевая или сапфировая, могут использоваться как для первой базы 821, так и для второй базы 831, вторая схема 833 управления имеет связь с кубитом 1, а первая схема 822 управления электрически подсоединена ко второй схеме 833 управления. Например, первая схема 822 управления электрически подсоединена к соединительной части 823 управления, расположенной на первой базе 821. Соединительная часть 823 управления может иметь структуру, например, площадки или точки для соединения пайкой. Вторая схема 833 управления электрически подсоединена к соединительной части 823 управления, которая реализует электрическое соединение между первой схемой 822 управления и второй схемой 833 управления. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия сверхпроводящая квантовая микросхема 81 включает в себя первую микросхему 82 и вторую микросхему 83, так что компоненты, сконцентрированные на одной подложке согласно предшествующему уровню техники, теперь разделены и пространственно расположены на первой базе 821 и второй базе 831 соответственно.

[00147] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия в первой базе 821 создается сквозное отверстие. Например, сквозное отверстие является сквозным отверстием в кремниевой подложке, сформированным с помощью технологии переходного сквозного отверстия в кремнии (Through-Silicon Via - TSV), и вторая часть схемы управления (см. вторую схему 833 управления на фиг. 9) расположена в сквозном отверстии. Например, вторая часть схемы управления может быть сформирована с помощью заполнения сквозного отверстия сверхпроводящим или диэлектрическим материалом при использовании технологии заполнения с помощью трехмерной печати или других технологических процессов.

[00148] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия схема считывания включает в себя первую схему 824 считывания, вторую схему 836 считывания и третью схему 837 считывания. Первая схема 824 считывания сформирована на поверхности первой базы 821, вторая схема 836 считывания сформирована на поверхности второй базы 831, и вторая схема 836 считывания имеет связь с соответствующей резонансной полостью 16 считывания. Второе сквозное отверстие дополнительно создается во второй базе 831, третья схема 837 считывания расположена во втором сквозном отверстии, а первая схема 824 считывания и вторая схема 836 считывания электрически соединены с помощью третьей схемы 837 считывания. Например, первая схема 824 считывания электрически подсоединена к соединительной части 825 считывания, расположенной на первой базе 821. Соединительная часть 825 считывания может иметь структуру, например, площадки или точки для соединения пайкой. На этапе металлизации второго сквозного отверстия формируется электрическое соединение третьей схемы 837 считывания и соединительной части 825 считывания, благодаря чему реализуется электрическое соединение между первой схемой 824, второй схемой 836 считывания и третьей схемой 837 считывания. Например, третья схема 837 считывания может быть сформирована с помощью заполнения второго сквозного отверстия сверхпроводящим или диэлектрическим материалом при использовании технологии заполнения с помощью трехмерной печати или других технологических процессов.

[00149] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия между двумя соседними кубитами 1 дополнительно формируется связывающая структура 2, которая может соответствовать, например, цепи связи согласно вышеописанным вариантам осуществления. Связывающая структура 2 связана с двумя соседними кубитами 1 с целью достижения связи между двумя кубитами 1. Связывающая структура 2 может иметь структуру с фиксированной частотой, в частности, структуру конденсатора или резонансной полости, или структуру с настраиваемой частотой. На фиг. 11 показана упрощенная схема связывающей структуры 2 с настраиваемой частотой согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия. Соседние кубиты 1 соединены с помощью связывающей структуры 2 с настраиваемой частотой. Связывающая структура 2 упрощает управление величиной связи между соседними кубитными цепями 1 и помогает реализовать вариант изготовления двухкубитного квантового логического вентиля. Например, два кубита 1 в соседних положениях обозначаются как кубит q1 и кубит q2 соответственно, связывающая структура 2 связана с кубитом q1 и с кубитом q2 соответственно, благодаря чему создается косвенная связь между кубитом q1 и кубитом q2. Кроме того, с помощью регулировки частоты связывающей структуры 2 можно регулировать величину связи между кубитом q1 и кубитом q2.

[00150] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия в качестве примера связывающей структуры 2 с настраиваемой частотой, связывающая структура 2 включает в себя заземленный четвертый конденсатор 8351, второй СКВИД 22, и линию 8353 сигналов модуляции магнитного потока, соединенную параллельно четвертому конденсатору. Согласно некоторым вариантам осуществления второй СКВИД 22 включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона. Согласно некоторым примерам второй СКВИД 22 включает в себя, по меньшей мере, два перехода Джозефсона, и переходы Джозефсона соединены параллельно. Частоту связывающей структуры 2 можно регулировать с помощью подачи внешнего магнитного потока с помощью линии 8353 сигналов модуляции магнитного потока. Согласно некоторым примерам для получения второго СКВИДа 22 с несимметричной структурой, чтобы получить в спектре связывающей структуры 2, по меньшей мере, две точки, не чувствительные к магнитному потоку, число переходов Джозефсона во втором СКВИДе 22 должно быть нечетным числом. Переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

[00151] Аналогичным образом, кубит 1 (например, кубит q1 и кубит q2) включает в себя конденсатор с одной заземленной стороной и первый СКВИД, соединенный параллельно конденсатору. Первый СКВИД включает в себя, по меньшей мере, два перехода Джозефсона, и переходы Джозефсона соединены параллельно. Следует отметить, что первый СКВИД в кубите 1 имеет точно такую структуру, как второй СКВИД 22 в связывающей структуре 2 с настраиваемой частотой. Для упрощения описания вариантов осуществления в настоящем раскрытии эти два СКВИДа различаются по названиям. Для получения первого СКВИДа с несимметричной структурой в кубите 1, чтобы получить в спектре кубита 1, по меньшей мере, две точки, не чувствительные к магнитному потоку, число переходов Джозефсона в первом СКВИДе также должно быть нечетным числом. При подаче внешнего магнитного потока на кубит q1 и кубит q2 внешний магнитный поток непосредственно влияет на энергию Джозефсона в кубите, благодаря чему изменяется частота кубита. Следовательно, частоту кубита можно просто регулировать с помощью регулировки магнитного потока в первом СКВИДе. В связывающей структуре 2 с настраиваемой частотой частоту связывающей структуры 2 можно изменить с помощью изменения магнитного поля, создаваемого токами, протекающими через переходы Джозефсона во втором СКВИДе Sq2. С помощью этого можно достичь косвенной связи между кубитом q1 и кубитом q2 в соседних положениях, закладывая тем самым фундамент для реализации двухкубитного логического вентиля.

[00152] В другой квантовой схеме, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, квантовая схема включает в себя кубиты, причем соседние кубиты связаны, и каждый из кубитов включает в себя:

[00153] первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена; и

[00154] первое устройство, включающее в себя первый СКВИД; причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена ко второй стороне первого конденсатора, а вторая сторона первого СКВИДа заземлена.

[00155] Согласно некоторым вариантам осуществления вышеупомянутый первый конденсатор может включать в себя первую емкостную пластину. В этом случае первая сторона первого СКВИДа подсоединена к первой емкостной пластине.

[00156] Согласно некоторым вариантам осуществления первая емкостная пластина может включать в себя множество электродов, которые имеют одинаковое пересечение, и расположенные в соседних положениях кубиты образуют соединение связи с помощью одного из множества электродов.

[00157] Вышеупомянутая квантовая схема, предложенная согласно некоторым вариантам настоящего раскрытия, может также устранить недостатки предшествующего уровня техники, описанная в настоящем документе структура кубита упрощает пространственное расположение кубитов в виде массива, и кубиты в соседних положениях при расположении кубитов в виде массива могут образовать связи. Другими словами, любой кубит можно связать с множеством соседних кубитов для реализации передачи, благодаря чему увеличивается количество кубитов.

[00158] Ниже в качестве примера приведено описание структуры реализации квантовой микросхемы на основе вышеупомянутой квантовой схемы. Как показано на фигурах с фиг. 12 по фиг. 16, структура квантовой микросхемы, реализованной на основе вышеупомянутый квантовой схемы, предложенной в некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия, может включать в себя:

[00159] множество кубитов 1. Кубит 1 включает в себя первую заземленную емкостную пластину 11, и первый СКВИД 13, одна сторона которого подсоединена к первой емкостной пластине 11, а другая сторона подсоединена к земле.

[00160] Первая емкостная пластина 11 включает в себя множество электродов, которые имеют одинаковое пересечение, и кубиты 1, расположенные в соседних положениях, образуют соединение связи с помощью одного из множества электродов.

[00161] Согласно некоторым вариантам осуществления, предложенным в настоящем раскрытии, земля может быть сформированной на подложке заземляющей плоскостью (GND), кубит 1 является сформированной на подложке электрической структурой, и первая емкостная пластина 11 включает в себя множество электродов. Например, первая емкостная пластина 11 включает в себя, по меньшей мере, 3 электрода, которые имеют одинаковое пересечение. Согласно настоящему раскрытию количество электродов у первой емкостной пластины 11 увеличено, так что увеличивается количество кубитов, среди которых один кубит 1 образует соединение связи с помощью электродов первой емкостной пластины 11, благодаря чему улучшается связываемость между кубитами в квантовой микросхеме.

[00162] Согласно некоторым вариантом осуществления настоящего раскрытия одна сторона первого СКВИДа 13 подсоединена к пересечению.

[00163] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия множество электродов имеет одинаковую форму и структуру. Другими словами, физическая структура множества электродов является одинаковой. Например, толщина и номинальные размеры электродов на подложке являются одинаковыми.

[00164] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия первая емкостная пластина 11 включает в себя первый электрод 9111, второй электрод 9112 и третий электрод 9113, которые имеют одинаковое пересечение, или первая емкостная пластина 11 включает в себя первый электрод 9111, второй электрод 9112, третий электрод 9113 и четвертый электрод 9114, которые имеют одинаковое пересечение. Следует понимать, что термин «имеют одинаковое пересечение» означает, что множество электродов первой емкостной пластины 11 сходятся вместе в одном том же самом положении.

[00165] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия первый СКВИД 13 включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона. Например, каждый первый СКВИД 13 включает в себя два перехода Джозефсона 9121, и переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

[00166] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия связывающая структура 2 дополнительно сформирована между двумя соседними кубитами 1; причем связывающая структура 2 связана с одним из электродов одного из кубитов 1, и также связана с одним из электродов другого кубита, который является соседним к одному из кубитов 1. Согласно некоторым вариантам осуществления связывающая структура 2 может иметь в себе структуры, в частности, конденсаторы и резонансные полости, или может иметь в себе структуру связи с настраиваемой частотой. Например, как показано на фиг. 16, структура связи с настраиваемый частотой включает в себя четвертую емкостную пластину 921 и третий СКВИД 922, и у третьего СКВИДа 922 одна сторона подсоединена к четвертой емкостной пластине 921, а другая сторона подсоединена к заземляющей плоскости (GND). Следовательно, между четвертой емкостной пластиной 921 и заземляющей плоскостью (GND) формируется заземленный конденсатор. Заземленный конденсатор соединен параллельно с третьим с СКВИДом 922, и третий СКВИД 922 имеет сверхпроводящую кольцевую структуру, составленную из переходов Джозефсона. Например, третий СКВИД 922 включает в себя два вторых перехода Джозефсона 9221, которые соединены параллельно. Использование связывающей структуры 2 в такой форме упрощает управление величиной связи между соседними кубитами 1, и упрощает реализацию двухкубитного квантового логического вентиля на квантовой микросхеме. Согласно некоторым вариантам осуществления сверхпроводящая кольцевая структура включает в себя, по меньшей мере, три вторых перехода Джозефсона 9221. После того, как два перехода Джозефсона соединены параллельно для образования кольцевой структуры, кольцевая структура затем подсоединяется параллельно к другому переходу Джозефсона.

[00167] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия частоту связывающей структуры 2 можно изменить с помощью изменения магнитного поля, создаваемого токами, протекающими через переходы Джозефсона. Таким образом, достигается косвенная связь между соседними кубитами 1, пространственно расположенными в виде массива. Вместе с этим также удобно использовать связывающую структуру 2 для управления величиной связи между кубитами 1, и частоту связывающей структуры 2 можно регулировать с помощью подачи внешнего магнитного потока. Например, магнитный поток третьего СКВИДа 922 можно отрегулировать с помощью линии регулировки магнитного потока, связанной с третьим СКВИДом 922 для регулировки частоты связывающей структуры 2. Другими словами, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия связывающая структура 2 включает в себя заземленную четвертую емкостную пластину 921; третий СКВИД 922, у которого одна сторона подсоединена к четвертой емкостной пластине 921, а другая сторона подсоединена к земле, и линию регулировки магнитного потока, связанную с третьим СКВИДом 922.

[00168] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия четвертая емкостная пластина 921 включает в себя первую часть 9211, вторую часть 9212 и третью часть 9213, которая соединяет первую часть 9211 и вторую часть 9212, и один из электродов одного из кубитов, и один из электродов другого кубита, который является соседним к одному из кубитов, соответственно расположены на двух сторонах третьей части 9213 и оба расположены между первой частью 9211 и второй частью 9212. Например, один из первого электрода 9111, второго электрода 9112 и третьего электрода 9113 одного из кубитов 1 и один из первого электрода 9111, второго электрода 9112 и третьего электрода 9113 другого кубита, который является соседним к одному из кубитов 1, соответственно расположены на двух сторонах третьей части 9213 и оба расположены между первой частью 9211 и второй частью 9212.

[00169] На основании квантовой микросхемы, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, на подложке могут быть сформированы первая емкостная пластина 11, четвертая емкостная пластина 921, первый СКВИД 13, третий СКВИД 922 и заземляющая плоскость (GND), кубиты, пространственно расположенные в виде массива, могут быть окружены заземляющей плоскостью (GND), и первая емкостная пластина 11 и четвертая емкостная пластина 921 могут быть отделены от заземляющей плоскости (GND) зазором, который открывает поверхность подложки. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия в качестве подложки может использоваться диэлектрическая подложка, в частности, кремниевая или сапфировая. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия на кремниевой подложке формируются кубит 1, связывающая структура 2 и заземляющая плоскость (GND). Первая емкостная пластина 11, четвертая емкостная пластина 921 и заземляющая плоскость (GND) могут быть сформированы из сверхпроводящего материала, который проявляет сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, в частности, из алюминия, ниобия или нитрида титана, но они не ограничены такими материалами для конкретной реализации. Все материалы, которые проявляют сверхпроводящие свойства при температуре, не превышающей критической температуры, могут использоваться для формирования первой емкостной пластины 11, четвертой емкостной пластины 921 и заземляющей плоскости (GND).

[00170] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия для изготовления квантовой микросхемы кубитам 1, которые пространственно расположены в виде массива на подложке, требуется множество слоев для формирования первого СКВИДа 13 и третьего СКВИДа 922. Согласно некоторым вариантам осуществления каждый первый СКВИД 13 и каждый третий СКВИД 922 включают в себя два соединенных параллельно перехода Джозефсона. Каждый переход Джозефсона имеет многослойную структуру из сверхпроводящего слоя - изолирующего слоя - сверхпроводящего слоя. Процесс изготовления и меры предосторожности для переходов Джозефсона с многослойной структурой такие же самые, как для других вариантов осуществления настоящего раскрытия. В настоящем документе не будут повторно описываться никакие подробности.

[00171] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия для выполнения требования максимального увеличения пространства, зарезервированного на подложке для расположения проводников, у первого СКВИДа 13 одна сторона подсоединена к пересечению множества электродов первой емкостной пластины 11, а другая сторона подсоединена к заземляющей плоскости (GND).

[00172] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия на подложке дополнительно формируются резонансная полость 16 считывания и линия сигналов управления, которые связаны с кубитом 1, и линия сигналов управления включает в себя линию импульсной модуляции и линию регулировки первого магнитного потока. Согласно настоящему раскрытию формы базовых блоков, пространственно расположенных в виде массива, а также количество и физический размер электродов первой емкостной пластины 11 могут быть отрегулированы согласно размерам резонансной полости 16 считывания и линии сигналов управления.

[00173] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен способ изготовления квантовой микросхемы. Квантовая микросхема включает в себя множество кубитов. В способе изготовления предусмотрены следующие стадии.

[00174] формирование первой емкостной пластины 11 каждого кубита 1 на подложке, причем первая емкостная пластина 11 включает в себя множество электродов, которые имеют одинаковое пересечение. Согласно настоящему раскрытию первая емкостная пластина 11 включает в себя, по меньшей мере, 3 электрода, которые имеют одинаковое пересечение, и кубиты 1, расположенные в соседних положениях, образуют соединение связи с помощью одного из множества электродов; и

[00175] формирование на подложке первого СКВИДа 13, причем у СКВИДа 13 одна сторона подсоединена к первой емкостной пластине 11, а другая сторона подсоединена к земле. Например, одна сторона первого СКВИДа 13 подсоединена к пересечению. Например, первая емкостная пластина 11 включает в себя первый электрод 9111, второй электрод 9112 и третий электрод 9113, которые имеют одинаковое пересечение, или включает в себя первый электрод 9111, второй электрод 9112, третий электрод 9113 и четвертый электрод 9114, которые имеют одинаковое пересечение, и электроды имеют одинаковую форму и структуру.

[00176] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена квантовая микросхема. Квантовая микросхема предложена вместе, по крайней мере, с квантовой схемой, как описано выше.

[00177] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен квантовый компьютер. Квантовый компьютер предложен вместе, по крайней мере, с квантовой схемой, как описано выше.

[00178] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен квантовый компьютер. Квантовый компьютер предложен вместе, по крайней мере, с квантовой микросхемой, как описано выше.

[00179] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложен квантовый компьютер. Квантовый компьютер предложен вместе, по крайней мере, с квантовой микросхемой, изготовленной по способу изготовления согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия.

[00180] Квантовый компьютер, предложенный согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, является сверхпроводящей системой, и квантовый компьютер предложен вместе с устройством управления и считывания, подсоединенным к квантовой микросхеме. Схема управления, описанная в некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия, включает в себя линию модуляции первого магнитного потока и линию импульсной модуляции. В устройстве управления и считывания используются сигналы управления магнитным потоком с линии модуляции первого магнитного потока для настройки частоты кубита на рабочую частоту. В этом случае сигналы управления квантовым состоянием подаются по линии импульсной модуляции для управления квантовым состоянием кубита в начальном состоянии, и квантовое состояние управляемого кубита считывается с помощью резонансной полости считывания. Устройство управления и считывания подает сигнал обнаружения считывания (например, сигнал СВЧ с частотой от 4 до 8 ГГц) на схему считывания, связанную с резонансной полостью считывания, и анализирует выдаваемый схемой считывания сигнал обратной связи считывания (ответный сигнал на сигнал обнаружения считывания) для определения квантового состояния кубита.

[00181] Здесь следует отметить, что квантовая микросхема и квантовая схема, которые упоминаются в вышеописанных вариантах осуществления квантового компьютера, аналогичны структурам в вышеописанных вариантах осуществления и имеют такие же преимущества, как структуры в вышеописанных вариантах осуществления. Следовательно, никакие подробности не описаны повторно. Что касается технических подробностей, не раскрытых в вариантах осуществления квантового компьютера настоящего раскрытия, специалисты в данной области техники должны посмотреть описание вышеупомянутых вариантов осуществления для лучшего понимания. Для экономии места в настоящем документе не будут повторно отписываться никакие подробности.

[00182] Изготовление квантовой микросхемы, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, может предусматривать нанесение одного или нескольких материалов, например, сверхпроводников, диэлектриков и/или металлов. В зависимости от выбранных материалов эти материалы могут быть нанесены с помощью процесса нанесения, в частности, химического осаждения из газовой фазы или физического осаждения из газовой фазы (например, при испарении или напылении) или эпитаксиальной технологии, или других технологий нанесения. Процессы для изготовления квантовой микросхемы, предложенной согласно некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, могут предусматривать удаление одного или нескольких материалов с устройства в процессе изготовления. В зависимости от удаляемого материала процесс удаления может использовать, например, технологию жидкостного травления, технологию сухого травления или технологию взрывной литографии. Рельеф материалов, формирующих элементы описанной в настоящем документе схемы, может быть создан с использованием известной технологии литографии (например, оптической литографии или электроннолучевой литографии).

[00183] Структура, особенности и преимущества настоящего раскрытия были подробно описаны в настоящем документе со ссылками на варианты осуществления, которые показаны на приложенных фигурах. Выше описаны только предпочтительные варианты осуществления настоящего раскрытия, но объем реализации настоящего раскрытия не ограничивается тем, что показано на приложенных фигурах. Любые изменения, выполненные согласно концепции настоящего раскрытия, или эквивалентные варианты осуществления, которые были преобразованы до эквивалентных вариантов, все еще будут попадать в объем правовой защиты настоящего раскрытия, если они не выходят за пределы существа раскрытия, изложенного в описании и на фигурах.

Изобретение относится к квантовой схеме, квантовой микросхеме и квантовому компьютеру. Технический результат заключается в упрощении компоновки структуры схемы. Квантовая схема включает в себя кубиты, причем соседние кубиты связаны и каждый из кубитов включает в себя первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена; второй конденсатор, причем первая сторона второго конденсатора и первая сторона первого конденсатора являются совместно заземленными; и первое устройство, включающее в себя первый СКВИД и третий конденсатор, которые соединены параллельно, причем параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне первого конденсатора, а параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне второго конденсатора. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Квантовая схема, включающая в себя кубиты, причем соседние кубиты связаны и каждый из кубитов включает в себя:

первый конденсатор, причем первая сторона первого конденсатора заземлена;

второй конденсатор, причем первая сторона второго конденсатора и первая сторона первого конденсатора являются совместно заземленными; и

первое устройство, включающее в себя первый СКВИД и третий конденсатор, которые соединены параллельно, причем параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне первого конденсатора, а параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора подсоединены ко второй стороне второго конденсатора.

2. Квантовая схема по п. 1, отличающаяся тем, что

первый конденсатор включает в себя первую емкостную пластину, второй конденсатор включает в себя вторую емкостную пластину, а третий конденсатор сформирован между первой емкостной пластиной и второй емкостной пластиной;

параллельно соединенные первые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора являются подсоединенными ко второй стороне первого конденсатора, причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена к первой емкостной пластине; и

параллельно соединенные вторые стороны первого СКВИДа и третьего конденсатора являются подсоединенными ко второй стороне второго конденсатора, причем вторая сторона первого СКВИДа подсоединена ко второй емкостной пластине.

3. Квантовая схема по п. 2, отличающаяся тем, что

первая емкостная пластина включает в себя первый выступ и второй выступ, которые пересекаются друг с другом; а вторая емкостная пластина включает в себя третий выступ и четвертый выступ, которые пересекаются друг с другом.

4. Квантовая схема по п. 3, отличающаяся тем, что

первая сторона первого СКВИДа является подсоединенной ко второй стороне первого конденсатора, причем первая сторона первого СКВИДа подсоединена к пересечению первого выступа и второго выступа; и/или

вторая сторона первого СКВИДа является подсоединенной ко второй стороне второго конденсатора, причем вторая сторона первого СКВИДа подсоединена к пересечению третьего выступа и четвертого выступа.

5. Квантовая схема по п. 3, отличающаяся тем, что

первый выступ перпендикулярен второму выступу, а третий выступ перпендикулярен четвертому выступу.

6. Квантовая схема по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что

соседние кубиты являются связанными друг с другом, причем:

один из первого выступа и второго выступа одного из кубитов связан с одним из третьего выступа и четвертого выступа одного соседнего кубита из кубитов.

7. Квантовая схема по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что

значение С1 емкости первого конденсатора, значение С2 емкости второго конденсатора и значение С3 емкости третьего конденсатора удовлетворяют соотношениям: С1=С2 и С₃≤С₂/100.

8. Квантовая схема по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что

кубиты расположены в массиве на подложке, и базовые блоки, расположенные в этом массиве, образуют битовые блоки, и кубиты, лежащие на одной прямой линии в одном битовом блоке из битовых блоков, образуют битовую одномерную цепочку.

9. Квантовая схема по п. 8, отличающаяся тем, что

по меньшей мере три из кубитов образуют битовую одномерную цепочку, соседние кубиты в битовой одномерной цепочке являются связанными и множество битовых одномерных цепочек являются последовательно связанными и соединенными конец к концу для образования битового блока.

10. Квантовая схема по п. 9, отличающаяся тем, что

битовый блок, образованный битовыми одномерными цепочками, имеет форму четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника.

11. Квантовая схема по п. 10, отличающаяся тем, что

четырехугольник, образованный битовыми одномерными цепочками, имеет квадратную форму или ромбическую форму.

12. Квантовая схема по любому из пп. 9-11, причем квантовая схема дополнительно включает в себя:

резонансные полости считывания и схему управления, причем резонансные полости считывания расположены во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления по меньшей мере частично расположена во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и

резонансные полости считывания и схема управления связаны с кубитами.

13. Квантовая схема по п. 12, отличающаяся тем, что

резонансные полости считывания, связанные с кубитами той же самой битовой одномерной цепочки, расположены с той же самой стороны той же самой битовой одномерной цепочки.

14. Квантовая схема по п. 12, отличающаяся тем, что

все резонансные полости считывания расположены во внутреннем пространстве.

15. Квантовая схема по п. 12, отличающаяся тем, что подложка включает в себя первую базу и вторую базу; и

резонансные полости считывания являются расположенными во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, схема управления является расположенной по меньшей мере частично во внутреннем пространстве или во внешнем пространстве битового блока, и резонансные полости считывания и схема управления являются связанными с кубитами, причем:

первая часть схемы управления расположена на первой базе;

битовый блок, резонансные полости считывания и вторая часть схемы управления расположены на второй базе; и

первая часть связана с кубитами, а вторая часть электрически подсоединена к первой части.

16. Квантовая схема по п. 15, отличающаяся тем, что

вторая часть схемы управления, которая расположена на второй базе, включает в себя:

сквозное отверстие, которое создано во второй базе, и вторая часть расположена в сквозном отверстии.

17. Квантовая схема по любому из пп. 3-7, отличающаяся тем, что

связывающая структура дополнительно формируется между двумя соседними кубитами.

18. Квантовая схема по п. 17, отличающаяся тем, что

связывающая структура связана с одним из первого выступа и второго выступа одного из кубитов и также связана с одним из третьего выступа и четвертого выступа другого кубита, соседнего к одному из кубитов.

19. Квантовая схема по п. 17, отличающаяся тем, что частота связывающей структуры является настраиваемой.

20. Квантовая схема по п. 17, отличающаяся тем, что

связывающая структура включает в себя четвертый конденсатор, у которого одна сторона заземлена, и

второй СКВИД, подсоединенный параллельно четвертому конденсатору.

21. Квантовая схема по п. 20, отличающаяся тем, что

первый СКВИД включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона и/или

второй СКВИД включает в себя соединенные параллельно переходы Джозефсона.

22. Квантовая схема по п. 21, отличающаяся тем, что

количество переходов Джозефсона во втором СКВИДе является нечетным числом.

23. Квантовая схема по п. 21, отличающаяся тем, что

переходы Джозефсона являются туннельными переходами, точечными контактами или другими структурами, которые проявляют эффект Джозефсона.

24. Квантовая схема по любому из пп. 1-23, отличающаяся тем, что

квантовая схема дополнительно включает в себя схему считывания и схема считывания связана с кубитами.

25. Квантовая схема по п. 24, отличающаяся тем, что

схема считывания включает в себя пятый конденсатор, у которого одна сторона заземлена, и индуктивность параллельно подсоединена к пятому конденсатору.

26. Квантовая схема по п. 24 или 25, отличающаяся тем, что схема считывания емкостным образом связана с кубитами.

27. Квантовая микросхема, включающая в себя квантовую схему по любому из пп. 1-26.

28. Квантовый компьютер, включающий в себя квантовую схему по любому из пп. 1-26.