[发明专利]使用电介质减薄来减少量子设备中的表面损耗和杂散耦合

说明书

一种量子设备包括：衬底；以及布置在所述衬底的表面上的至少三个共面结构，所述至少三个共面结构中的每个共面结构包括超导体，其中在第一共面结构与第二共面结构之间的第一有效电介质常数大于第一阈值，所述第二共面结构是所述第一共面结构的最靠近的相邻者，在所述第一共面结构与第三共面结构之间的第二有效电介质常数小于第二阈值，所述第三共面结构是所述第一共面结构的下一个最靠近的相邻者，以及所述第二阈值小于所述第一阈值。

技术领域

本公开涉及使用电介质减薄来减少量子设备中的表面损耗和杂散耦合。

背景技术

量子计算是一种相对较新的计算方法，这种计算方法运用量子效应，诸如基态叠加和纠缠，比典型数字计算机更有效地执行某些计算。与采用比特(例如，“1”或“0”)形式存储和操纵信息的数字计算机相对照，量子计算体系能够使用量子位来操纵信息。量子位可指能够叠加多个状态(例如，“0”态和“1”态的数据)和/或叠加多个状态数据本身的量子设备。根据常用术语，量子体系中“0”态和“1”态的叠加可以例如被表示为α|0+β|0。数字计算机的“0”态和“1”态相应类似于量子位的|0基态和|1基态。值|α|²表示量子位处于|0态的概率，而值|β|²表示量子位处于|1基态的概率。

发明内容

一般而言，在一些方面，本公开的主题能够体现为一个或多个量子设备，其包括：衬底；以及布置在所述衬底的表面上的至少三个共面结构，所述至少三个共面结构中的每个共面结构包括超导体，其中在第一共面结构与第二共面结构之间的第一有效电介质常数大于第一阈值，所述第二共面结构是所述第一共面结构的最靠近的相邻者，在所述第一共面结构与第三共面结构之间的第二有效电介质常数小于第二阈值，所述第三共面结构是所述第一共面结构的下一个最靠近的相邻者，以及所述第二阈值小于所述第一阈值。

所述一个或多个设备的实施方式能够包括以下特征或本文所述其他特征中的一个或多个。例如，所述第一有效电介质常数能够包括所述衬底的电介质常数和与所述衬底相邻的环境区域的电介质常数的第一加权平均值，以及所述第二电介质常数能够包括所述衬底的电介质常数和与所述衬底相邻的环境区域的电介质常数的第二加权平均值。

在一些实施方式中，所述第一阈值约为8。

在一些实施方式中，所述第二阈值约为2。

在一些实施方式中，所述衬底包括硅。

在一些实施方式中，所述衬底包括蓝宝石。

在一些实施方式中，所述超导体包括铝。

在一些实施方式中，所述超导体包括铌。

在一些实施方式中，所述至少三个共面结构中的至少一个共面结构包括对应的量子位。

在一些实施方式中，所述至少三个共面结构中的至少一个共面结构包括对应的共面波导。

在一些实施方式中，所述至少三个共面结构中的至少一个共面结构包括交指型电容器的对应臂。

在一些实施方式中，所述第一共面结构与所述第二共面结构间隔第一间隙，以及所述第二共面结构与所述第三共面结构间隔第二间隙。

在一些实施方式中，所述至少三个共面结构呈一维阵列排列。

在一些实施方式中，所述至少三个共面结构呈二维阵列排列。

在一些实施方式中，所述环境区域包括真空。

在一些实施方式中，所述衬底包括第一区域，其薄于所述衬底的第二区域。所述第一区域能够与衬底表面上的第一共面结构对齐(例如，直线轴延伸穿过第一共面结构和第一区域)，使得与第一共面结构的电容耦合低于与不同共面结构的电容耦合，这个不同的共面结构与衬底的第二区域对齐(例如，直线轴延伸穿过第二共面结构和第二区域)。