超导量子器件的制备与可扩展封装方案的研究

发布时间：2017-12-14 15:33

  本文关键词：超导量子器件的制备与可扩展封装方案的研究

  更多相关文章： 超导量子比特 氮化钛 两比特耦合 集成化 量子计算

【摘要】：超导量子计算是最有希望实现量子计算机的方案之一,也是研究物理前沿问题的有力工具,由于其潜在的应用前景得到广泛的重视和研究。近十多年来,超导量子器件主要基于电路量子电动力学原理设计而成,实现了量子非破坏性测量,从而保护了量子态的退相干时间。到目前为止,超导量子比特没有表现出能够制约其发展的弱点,在实现量子计算机的阶梯上,主流研究已步入对量子态纠错的阶段。综合来说,超导量子器件具有参数可控性、读取与操控方便以及可集成化等显著优势。超导量子比特作为核心器件在量子信息处理中至关重要,对材料的优选与对工艺的优化都可以显著提高其退相干时间。我们结合现有设备发展了一套制备样品的微加工工艺,并结合实例讲述了摸索工艺的方法,最终成功在30kV的电子束曝光上获得了稳定的T型结工艺。超导共面波导谐振腔为量子比特提供读取、操控以及耦合的途径,其性能对量子信息的处理有一定影响。为了降低器件的微波损耗,我们探究了氮化钛薄膜的制备。基于反应磁控溅射方法,系统研究了多种参数对薄膜生长过程的影响,并结合原子力显微镜和X射线衍射对薄膜进行表征,最终获得了只有(200)取向的氮化钛薄膜。利用其制备了超导微波谐振腔,我们测得了极高的Q值,与国际先进水平相比,我们用更简单的方法得到了相近的结果。CNOT门是制备两比特耦合态的重要操作,在量子信息处理中有很重要的作用。我们设计了四比特耦合的器件,利用其中两个比特实现了 CR操作,结合单比特操作实现了CNOT门操作,为量子纠错奠定了基础。以两比特耦合为基础的表面码纠错是目前最有希望实现逻辑比特的方案,它需要实现在最近邻耦合的多比特阵列上。然而比特数量的增加为封装样品带来了困难和挑战,为此我们设计了立体封装方案,解决了Wire bonding技术的弊端。我们在新封装方案中测得量子比特耦合的信号,证明该结构能够支持量子测量,且有潜力实现量子比特的集成化。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O413;TP38

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