[发明专利]超导电路芯片及其磁通偏置线布局结构

说明书

本发明公开了一种超导电路芯片及其磁通偏置线布局结构。所述磁通偏置线包括传输线和连接于传输线端部的耦合部件，所述耦合部件包括偶数个环；并且，当向所述磁通偏置线内输入电流时，其中相邻环的磁矩方向相反，使得总磁矩为0。本发明实施例提供的一种超导电路芯片的磁通偏置线布局结构，能够使磁通偏置线的耦合部件与目标超导量子干涉器件具有更合适的耦合强度，且能够有效抑制空间弥散磁场的分布，降低磁场对邻近量子比特的干扰。

技术领域

本发明涉及一种超导量子芯片上磁通偏置线的电路设计，特别涉及一种超导电路芯片及其 磁通偏置线布局结构，属于量子技术领域。

背景技术

量子计算利用了量子的叠加和纠缠等特性，具有显著的并行计算优势。相较于经典计算系 统，量子计算在金融、医药等诸多领域的特定问题分析中极具优势。近年来，研究者对大规模 量子计算的实现体系和途径开展了广泛研究。其中，基于超导电路的量子计算系统具有容易设 计、可利用微纳米制造技术进行集成化制备和规模化加工封装，目前获得研究者极多关注。他 们针对系统中量子相干机理、器件耦合、材料作用以及信息传递等开展研究，不断向实用化的 超导量子电路系统迈进。2017年IBM发布50个超导量子比特的原型机。2019年谷歌发布53 个超导量子比特系统(悬铃木处理器)实现特定问题的快速求解，获得“量子优势”。2021年， 中科大发布了基于超导量子比特系统的祖冲之二号，其处理速度超越谷歌2～3个数量级。2021 年11月，IBM发布了具有127个量子比特的处理器。

在基于超导电路的量子计算芯片中，包含超导量子比特和微波谐振腔等构成超导量子电 路。超导量子比特是利用具有非线性电感特性的约瑟夫森结和电容构成的人造比特。通过设计 成不同形状，实现不同目标的电容电感等电学参数状态。Xmon超导量子比特形状形似“+”形， 由一个十字形的电容以及连着其一个分支末端的由两个约瑟夫森结构成的超导量子干涉器件 (SQUID)组成。在超导量子比特周围存在多种不同功能的控制线路，如XY旋转操作控制线 路、比特读取的谐振器以及用于比特间的耦合控制连接。其中比特Z旋转操作由SQUID附近 的控制信号线完成(磁通偏置线)，控制线布置于SQUID附近并激励电流，通过磁通与 SQUID相互耦合。

随着超导量子芯片的演化更迭，耦合的超导量子比特数量越来越多，其集成度越来越高， 比特与比特之间距离较短，使得磁通偏置线路对其他比特的干扰也越来越严重，导致超导量子 比特的相干时间和操作精确度降低。Barends等[1]针对单层平面超导电路设计了直线型的磁通 偏置线，其与SQUID环相距最近可达到3um。同时其相临近的SQUID环相距大于800um，所 以磁通偏置线可以紧密耦合SQUID，同时产生的弥散磁场对其他结构的串扰影响十分低。但是 对于具有双层或多层电路布局，空间结构更加紧凑的超导量子电路来说，亟须重新考虑前述空 间弥散的磁场对其他SQUID的干扰。此时，SQUID与控制线布线在不同平面，其相对距离较 大。保持相同的耦合强度要求控制线的激励增加，所以空间弥散的磁场增强进而导致串扰增 加。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超导电路芯片及其磁通偏置线布局结构，以克服现有技术 中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例一方面提供了一种超导电路芯片的磁通偏置线布局结构，所述磁通偏置线包 括传输线和连接于传输线端部的耦合部件，所述耦合部件包括偶数个环；并且，当向所述磁通 偏置线内输入电流时，其中相邻环的磁矩方向相反，使得总磁矩为0。

本发明实施例另一方面提供了一种超导电路芯片，包含超导量子干涉器件结构以及磁通偏 置线，其中，所述磁通偏置线具有所述的超导电路芯片的磁通偏置线布局结构。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明实施例提供的一种超导电路芯片的磁通偏置线布局结构，能够使磁通偏置线的耦 合部件与目标超导量子干涉器件具有更合适的耦合强度；