[发明专利]低温微波源、低温微波源芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种低温微波源、低温微波源芯片及其制作方法，该芯片包括衬底以及位于衬底表面上的透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线；透射腔包括SQUID链，用于发射微波光子；偏置结与透射腔电连接，用于产生微波光子；电压偏置线用于为偏置结施加偏置电压，使偏置结中的电子库珀对通过受激发射的方式，转化为微波光子；直流偏置线用于为透射腔施加磁场；其中透射腔的谐振频率由SQUID链的总电容和总电感决定；SQUID链的总电感随磁场大小的变化而变化，磁场的大小随直流偏置线中电流大小的变化而变化。本发明提供的低温微波源芯片是通过受激发射的方式产生微波光子，保证了发射出去的微波光子的频率、幅值、相位的稳定性，满足了微波源的要求。

技术领域

本发明涉及微波电路元件，更为具体的说，涉及一种低温微波源、低温微波源芯片及其制作方法。

背景技术

在固态量子计算领域中，只有将量子芯片放置在极低温的环境中，才能充分凸显出量子比特的量子特性，而且还需要抑制环境噪声对量子相干性的影响。但是现有技术中对量子比特进行操控时使用的测量技术，全部是采用经典仪器来进行的，如操控量子比特时所使用的微波源，很难满足当前固态量子芯片操控和量子计算的需求。

现有技术中操控量子比特时所使用的微波源，一方面存在噪声大的问题，另一方面，由于是通过室温线路施加的微波源，微波信号从室温到极低温量子芯片之前，还需要进行繁杂的滤波、衰减等优化设计，但往往经过优化后的微波信号仍不能达到固态量子芯片操控和量子计算的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低温微波源、低温微波源芯片及其制作方法，该低温微波源芯片的制作工艺与量子芯片的工艺兼容，可直接将该低温微波源芯片集成到量子芯片上，从而可以直接对量子比特进行原位操控，解决了现有技术中微波源的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种低温微波源芯片，包括衬底以及位于衬底表面上的透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线；

其中，所述透射腔用于发射微波光子，所述透射腔包括SQUID链，所述SQUID链包括多个SQUID结构，所述多个SQUID结构相互串联；

所述偏置结与所述透射腔电连接，用于产生微波光子；

所述电压偏置线用于为所述偏置结施加偏置电压，使所述偏置结中的电子库珀对通过受激发射的方式，转化为微波光子；

所述直流偏置线用于为所述透射腔施加磁场；

其中，所述透射腔的谐振频率由所述SQUID链的总电容和总电感决定；所述SQUID链的总电感随所述磁场大小的变化而变化，所述磁场的大小随所述直流偏置线中电流大小的变化而变化。

优选的，所述透射腔的总电感大于所述偏置结的总电感，以使所述电子库珀对在恒压偏置的情况下，通过产生或吸收一个光子，即可隧穿通过所述偏置结。

优选的，所述微波光子从所述透射腔中发射出去时的发射速率，小于所述电子库珀对隧穿通过所述偏置结的隧穿速率，以使所述微波光子在发射出去之前，再次被所述电子库珀对吸收，以促进所述电子库珀对的下一次隧穿，以持续产生微波光子。

优选的，所述SQUID结构为两个并联的约瑟夫森结构成的环状结构；

所述约瑟夫森结包括依次位于所述衬底表面的第一超导层、绝缘层和第二超导层。

优选的，所述直流偏置线包括长条状的电极条，所述电极条的长边与所述SQUID链平行设置。

优选的，所述衬底表面除所述透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线之外，还包括金属层，所述金属层包围所述透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线，且所述金属层、所述电压偏置线及所述直流偏置线在同一光刻过程中形成；