【摘 要】
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超导量子计算在近年来发展迅猛,在诸多领域得到了广泛的应用。随着超导量子比特的量子位和规模的不断拓展,超导量子计算在解决某些特定问题的上,已经体现出了量子优越性。基于此,超导量子比特与其他系统的混合体系也得到了广泛的关注。声是吉赫兹频段适合在固体中传输信息的优秀载体,相比于微波信号,低波速短波长的声信号可以单独寻址高度集成超导量子芯片上的单个量子比特而很少有信号串扰到不希望操作的其它量子比特。所以声
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超导量子计算在近年来发展迅猛,在诸多领域得到了广泛的应用。随着超导量子比特的量子位和规模的不断拓展,超导量子计算在解决某些特定问题的上,已经体现出了量子优越性。基于此,超导量子比特与其他系统的混合体系也得到了广泛的关注。声是吉赫兹频段适合在固体中传输信息的优秀载体,相比于微波信号,低波速短波长的声信号可以单独寻址高度集成超导量子芯片上的单个量子比特而很少有信号串扰到不希望操作的其它量子比特。所以声表面波和体波调控超导量子信息处理有望解决微波动量子计算中难以避免的串扰问题,声子与超导量子电路结合在量子计算中具有独特的优势。声—超导量子电路杂化系统正成为量子信息技术的新前沿,为声学提供了新的研究领域,也为基于声子调控超导的量子信息处理开拓了新实现平台。本文从四个方面去阐述超导量子比特与声子耦合体系的制备和实现过程。首先从声体系入手,我们探究了声表面波谐振腔的基本原理设计以及工艺方法,在铌酸锂衬底上通过变参数常温测试以及低温测试的反馈,我们验证了声表面波谐振腔的基本性质并筛选出高频高品质因子的声表面波谐振腔。为了可以提高量子态测量的分辨率,本文接着主要从设计以及工艺的角度去研究参量放大器,通过改进设计增加阻抗变换器并重新设计工艺流程,我们成功地将窄带放大器拓展到宽带。随后我们重点介绍了超导量子比特的设计原理、工艺制备流程以及工艺改进方案:使用正胶显影液刻蚀谐振腔改进刻蚀工艺简化工艺流程并且增加样品良率;通过研究氧化时间与气压和临界电流密度的关系降低约瑟夫森结的频率涨落将临界电流的涨落控制到0.8%;通过优化表面处理、增加刻蚀角以及重新设封装方式将超导量子比特退相干时间提升了一个数量级。最后我们提出了两种新型的耦合方案将处在不同芯片上的超导量子比特和声表面波谐振腔集成封装到同一个样品盒中,测试结果验证了其可行性。这些方案都具备一定的拓展性,为今后的大规模、高集成度量子声学芯片奠定一定的基础。
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