量子比特器件的制备技术研究

论文摘要

超导量子计算是量子计算的一种固态技术方案,超导量子比特是其基本单元,超导量子比特具有易集成、低损耗、且可以通过物理结构来控制电路参数等特点,使得超导量子计算从被提出至今,一直是国内外研究的热点。然而超导量子比特电路也存在很多的需要突破的地方,一方面,超导量子比特易与周围复杂的电磁环境耦合,从而缩短其从激发态退化到基态的时间,即退相干时间较短;另一方面,随着人们对超导量子比特研究的不断深入,目前超导量子比特集成规模已经从两三个量子比特发展到十几个量子比特耦合,多量子比特之间耦合、集成和封装等关键问题日趋明显。本文以三维传输子量子比特（3D-transmon）作为模型,结合实验测量系统,设计出3D-transmon的结构,研究了 Al/AlOx/Al结构的约瑟夫森结的制备工艺,成功制备出3D-transmon样品,退相干时间T1约566ns,对退相干时间T1较短的原因进行了分析,并根据分析结果对后期样品制备工艺进行了改进;同时对超导多量子比特集成和封装工艺进行了初步探索,用低熔点锡为电极材料,初步研究了金衬底上电极制备工艺。具体工作如下:1、3D-transmon的分析与设计对多种超导量子比特进行了介绍,分析了 3D-transmon结构中的物理参数对电路的影响。并结合实验测量系统,设计出了 3D-transmon。2、3D-transmon的制备与测量采用电子束光刻技术在高阻Si衬底上制备在出亚微米双层胶悬空掩模,重点解决了电子束曝光剂量和下层胶显影时间的问题,再通过电子束斜蒸发与垂直蒸发相结合来制备Al/AlOx/Al超导隧道结。将隧道结与三维谐振腔耦合,实现3D-transmon,并在20mK下测量了 3D-transmon的量子特性,包括基态到第一激发态能级跃迁频率、拉比震荡、能量弛豫时间T1等。对测试结果进行了分析,同时对制备工艺进行了改进,打通了 3D-transmon的制备工艺。3、对多量子比特集成工艺进行了初步研究使用低熔点焊锡作为电极材料,分别在Si衬底和镀金Si衬底上旋涂AZ1500光刻胶,再采用深紫外曝光技术制备出电极图形,将样品放入液锡中,使液锡充满整个光刻图形,再从液锡中拿出,对残留在光刻胶表面的液锡进行去除,最后剥离光刻胶,得到了较好的电极样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 量子计算
•   1.2 超导量子比特
•     1.2.1 约瑟夫森结
•     1.2.2 早期超导量子比特
•     1.2.3 新型超导量子比特
•   1.3 本章小结
• 第二章 三维传输子量子比特
•   2.1 平面传输子量子比特
•   2.2 三维传输子量子比特
•   2.3 矩形谐振腔
•   2.4 三维传输子量子比特的设计与制备
•     2.4.1 量子比特的设计
•     2.4.2 悬空掩模的制备
•     2.4.3 PLASSYS斜蒸发制备三维传输子量子比特
•   2.5 本章小结
• 第三章 三维传输子量子比特的基本参数表征
•   3.1 测量理论
•   3.2 超导量子比特基本参数表征
•     3.2.1 跃迁频率
•     3.2.2 拉比振荡
•     3.2.3 能量弛豫时间
•     3.2.5 Purcell效应
•   3.3 本章小结
• 第四章 结果分析与改进
•   4.1 结果分析
•   4.2 工艺改进
•     4.2.1 改进后的T型结
•     4.2.2 一字型结
•     4.2.3 悬空超导量子比特
•   4.3 本章小结
• 第五章 多量子比特集成工艺研究
•   5.1 3D集成
•   5.2 实验设计
•   5.3 锡剥离制备电极
•   5.4 本章小结
• 第六章 论文工作总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文以及参加的学术会议
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘奥谱

导师: 曹春海

关键词: 超导量子比特,约瑟夫森结,三维传输子量子比特,集成

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机硬件技术

单位: 南京大学

分类号: O413;TP38

总页数: 56

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