一種含直流引線結構的3d微波諧振腔的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波電路器件，特別涉及一種包含直流引線結構的3D微波諧振腔。
【背景技術】
[0002]半導體量子芯片是在傳統(tǒng)半導體工業(yè)的基礎上，充分利用量子力學效應，實現(xiàn)高效率并行量子計算的核心部件。量子比特，可以是量子點，也可以是超導量子干涉儀等裝置，是量子芯片上的基本單元，可以儲存和操作量子信息。但是要完成量子計算過程，還需要實現(xiàn)量子比特之間的耦合和數(shù)據(jù)交換，以及量子信息的探測讀出。普通的電子線路無法傳遞量子信息，因此我們需要一些特殊的電子元件為我們實現(xiàn)這一功能。微波諧振腔可以激發(fā)和傳遞能夠攜帶量子信息的微波光子，實現(xiàn)這一功能，而3D微波諧振腔是一種高效率的微波諧振腔。我們希望獲得一種能夠與量子比特實現(xiàn)良好的耦合，具有合適的品質因素(即Q值)，同時又能加入直流引線結構實現(xiàn)對量子比特進行精確調控，同時也可以作為一種有效的探測器，讀出量子比特的信息。

【發(fā)明內容】

[0003](一 )要解決的技術問題
[0004]本發(fā)明針對上述要求，設計了一種含直流引線結構的3D諧振腔裝置，能夠滿足量子比特探測和相互之間通信的要求。
[0005]( 二)技術方案
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種3D微波諧振腔，包括腔體、電路板、輸入端口和輸出端口，其中，所述腔體為長方體，包括殼體和殼體內部開出的空腔，所述空腔的延伸方向與所述腔體的長度方向一致；所述輸入端口和輸出端口從腔體的上部穿入殼體以與所述空腔連通，腔體從其一個側面沿著所述空腔的延伸方向朝向空腔開有一個狹槽；所述電路板包括外接部分和內插部分，外接部分的寬度較寬，內插部分的寬度較窄且呈長條狀，使得電路板整體類似一個“T”形；所述內插部分能夠經(jīng)由所述腔體的狹槽插入腔體的空腔中；且該內插部分包括沿其插入方向延伸的金屬引線、位于插入部分末端的量子比特設備安裝位、以及連接該金屬引線與量子比特設備安裝位的等電位連接線。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述腔體由前后兩部分組成，兩部分結構對稱并能通過機械結構結合在一起。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述輸入端口及輸出端口的接入位置對稱地分布于所述腔體的上表面。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，當所述電路板內插部分全部插入所述腔體時，所述量子比特設備安裝位正好位于所述腔體的空腔的中心。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述腔體的外部還具有一個固定部，該固定部位于電路板的一側并與腔體形成一個整體，當電路板的內插部分全部插入腔體時，電路板的外接部分可以固定在該固定部。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述電路板2的內插部分的伸入方向與所述輸入端口、輸出端口的伸入方向垂直。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述腔體的外殼為純鋁制成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述腔體的空腔位于所述殼體的中心。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】，所述電路板為PCB板。
[0015](三)有益效果
[0016]采用本發(fā)明使用的技術方案，完全能夠滿足量子芯片的應用要求，具體表現(xiàn)在:
[0017]1.本發(fā)明的輸入輸出端口位于3D腔外壁的同一側，并且對稱分布，使3D腔內部的電場分布具有高度的對稱性；
[0018]2.本發(fā)明在3D微波諧振腔的腔體一側開有狹槽，位置均經(jīng)過多次模擬驗證，電磁波并不會從縫隙泄露造成損耗，也不會通過縫隙引入外部的噪聲，電路板通過縫隙插入3D腔內后也不會造成電場強度的明顯衰減；
[0019]3.本發(fā)明使用了刻有特制金屬引線結構的電路板，在電路板插入3D微波諧振腔后，金屬引線的方向使其也不會造成電場強度的明顯衰減，相反，在局部還能增強電場強度，達到更好的耦合效果；
[0020]4.本發(fā)明使用位于電路板上的金屬引線，以及等電位連接線，將量子比特設備上的電極連通到外界，與測量設備連接，從而實現(xiàn)了對量子比特的精確調控。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的一個實施例的3D微波諧振腔的結構示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的上述實施例中采用的腔體的結構示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的上述實施例中采用的電路板的結構示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的上述實施例的電路板完全插入腔體時的示意圖；
[0025]圖5是為使用本發(fā)明實施例的3D微波諧振腔對砷化鎵雙量子點進行探測的一個實例的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明提出一種3D微波諧振腔，包括腔體、電路板、輸入端口和輸出端口，腔體為長方體，包括殼體和殼體內部開出的空腔，空腔一般位于殼體的中心，且的延伸方向與腔體的長度方向一致。輸入端口和輸出端口從腔體的上部穿入殼體以與空腔連通。腔體從其一個側面沿著空腔的延伸方向向空腔開有一個狹槽。
[0027]電路板包括外接部分和內插部分，外接部分的寬度較寬，內插部分的寬度較窄，呈長條狀，使得電路板整體類似一個“T”形。所述內插部分能夠經(jīng)由所述腔體的狹槽插入腔體的空腔中。所述電路板的內插部分刻有沿其插入方向延伸的金屬引線、位于插入部分末端的量子比特設備安裝位和連接金屬引線與量子比特設備安裝位的等電位連接線(bondingwires)。金屬引線以及等電位連接線共同構成本發(fā)明的直流引線結構。
[0028]本發(fā)明的腔體可以采用現(xiàn)有的3D微波諧振腔，其外殼通常為純鋁制成。輸入端口及輸出端口的接入位置通常對稱地分布于腔體的上表面，它們的目的分別是為3D微波諧振腔提供輸入的微波信號，以及測量輸出信號的強度。鋁制外殼的腔體的目的是在極低溫下形成超導的理想邊界，用來減少內部微波通過邊界反射產(chǎn)生的損耗。內部特定尺寸的空槽可以構造特定的駐波模式，每一種駐波模式的頻率即微波在腔內的諧振頻率。鋁的超導臨界溫度較高(1.198K)，在量子比特工作的及低溫下，呈現(xiàn)超導特性，使3D腔的邊界變成理想邊界，從而極大地減少因為耗散產(chǎn)生的能量損耗。同時因為在極低溫下熱噪聲很小，所以這種諧振腔可以維持在腔內只有數(shù)個甚至單個光子的狀態(tài)，從而準確地傳遞所需的量子信息。
[0029]腔體可以是由前后兩部分組成，兩部分結構對稱并能通過機械結構結合在一起。由此，當前后兩部分分離后，即打開腔體后，可以在腔體的正中心放入量子比特設備。輸入端口及輸出端口的伸入方向一般與腔體的前后表面平行。當3D腔閉合，并且在極低溫下工作時，量子比特設備由于處于正中心，感受到的微波強度最大，從而能達到最大耦合。量子比特設備安裝在電路板的量子比特設備安裝位上，當電路板的內插部分完全伸入腔體時，使得量子比特設備放置到腔體的空腔的中心。
[0030]量子比特設備粘附在電路板的量子比特設備安裝位上，通過等電位連接線
(bonding wires)--連接量子比特設備上的電極與電路板上的對應金屬引線。為了在工作時使量子比特設備位于腔體的空腔的正中心，本發(fā)明中設定電路板的內插部分的長度及腔體的狹槽的位置，使得當所述內插部分全部插入腔體時，量子比特設備安裝位正好位于腔體的空腔的中心。
[0031]為了使引線的方向不影響腔體內部電磁場的分布，電路板的的內插部分的伸入方向與輸入端口、輸出端口的伸入方向垂直。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，腔體的外部還可具有一個固定部，該固定部位于電路板的一側并與腔體形成一個整體，當電路板的內插部分全部插入腔體時，電路板的外接部分可以固定在該腔體的固定部。
[0033]在本發(fā)明中，電路板上的金屬引線結構的目的是連接粘附于電路板末端的量子比特設備上的電極，以實現(xiàn)對量子比特的精確調控。金屬引線的分布方向是經(jīng)過詳細的模擬，沿著插入方向排布，金屬引線不僅不會減弱腔內電場強度，反而會在局部放大電場強度，達到更好的耦合效果。金屬引線結構延伸至電路板外部，與外界測量設備連接。
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0035]圖1是本發(fā)明的一個實施例的3D微波諧振腔的結構示意圖。參見附圖1，本發(fā)明的3D微波諧振腔包括腔體1、電路板2、輸入端口 3和輸出端口 4。輸入端口 3和輸出端口4位于腔體的上方，電路板2從腔體I的一個側面伸入腔體的內部。需要說明的是，腔