[实用新型]用NbN动态电感实现紧凑可调型微波谐振器的装置

说明书

本实用新型公开了用NbN动态电感实现紧凑可调微波谐振器的装置，包括：直流源、衰减器、无氧铜腔体、超导线圈、第一级放大器、第二级放大器、矢量网络分析仪和控制电脑，利用超导状态下超薄NbN薄膜材料的高动态电感，在微波频段实现小尺寸的可调谐振器，相比于一般薄膜微波谐振器，其尺寸缩短10‑20倍，其可调性反映于将超薄NbN薄膜作为LC谐振电路，谐振器末端连接一个dc‑SQUID，外部磁场的变化引起dc‑SQUID等效电感的变化，从而改变谐振器总电感，对整个谐振电路的谐振频率产生调制作用。本实用新型实现了在低温下利用超薄NbN薄膜的动态电感实现紧凑型微波谐振器，并通过改变外加磁场大小来调制谐振频率。

技术领域

本实用新型属于超导量子电路集成领域，具体涉及一种用NbN动态电感实现紧凑可调型微波谐振器的装置。

背景技术

量子计算是目前科学研究的热点，超导量子电路作为量子计算机的基本元件，其计算能力与电路所搭载的比特数目直接相关。与摩尔定律相比，量子计算机的性能将随比特数目以指数速度发展。而为了实现更高的计算能力，就意味着比特数目需要不断增加，这样整个芯片的面积也会相应的增大，进而影响了量子计算机的实用性，因此其集成度需要得到相应的提高。传统超导量子比特电路的面积大部分被量子比特读出电路——即超导谐振器所占据，其面积一般达到整个电路的90％以上。而真正用于计算的量子比特部分只占据极小的一部分面积，这意味着单个量子比特计算单元大小被读出电路的尺寸所限制。一般的量子比特读出电路采用较厚的Al或Nb薄膜作为其超导材料，其动态电感相比于几何电感可忽视，这意味着在相同谐振频率下，其读出电路的几何尺寸相对于高动态电感材料的几何尺寸较大，一般在微波段(4–8GHz)为10mm 左右，这意味着单个量子比特计算单元尺寸较大，芯片集成度难以得到提高。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是利用超薄NbN薄膜的动态电感实现紧凑型微波谐振器，缩小了超导量子电路中读出电路谐振器的尺寸，同时，利用dc-SQUID(direct current superconducting quantum interferencedevice，直流超导量子干涉器件)实现了在低温下通过改变磁场大小来实时调控NbN谐振器的谐振频率。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的第一种技术方案为一种用NbN动态电感实现紧凑可调型微波谐振器的装置，包括：

直流源、超导线圈、衰减器、无氧铜腔体、第一级放大器、第二级放大器、矢量网络分析仪和控制电脑，其中，所述无氧铜腔体和超导线圈处于30mK的低温下，用于装载NbN谐振器样品和提供磁场；所述衰减器和第一级放大器处于稀释制冷机的低温环境中，所述直流源、第二级放大器、矢量网络分析仪和控制电脑都处在室温环境中；所述直流源用于提供超导线圈产生磁场所需要的电压，所述超导线圈用于提供NbN谐振器样品所需要的外加磁场，所述矢量网络分析仪用于提供微波信号给NbN谐振器样品作为微波输入信号，通过衰减器输入到NbN谐振器样品中，用于驱动LC谐振电路，所述第一级放大器的输入端连接到无氧铜腔体的输出端，在低温下放大输出的微波信号，所述第二级放大器的输入端连接到第一级放大器的输出端，用于接收第一级放大器的输出信号，在常温下做进一步放大，所述矢量网络分析仪用于测量NbN谐振器样品的输入端口到输出端口的正向传输系数S₂₁曲线，并观测磁场对LC谐振电路谐振频率的调制作用；所述控制电脑连接到矢量网络分析仪，用于记录矢量网络分析仪测量得到的数据。

进一步的，所述矢量网络分析仪同时连接衰减器的输入端和第二级放大器的输出端。

进一步的，所述直流源连接到超导线圈提供外加磁场。

进一步的，所述第二级放大器的输出端直接连接到矢量网络分析仪进行测试。