[实用新型]基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统

说明书

技术领域

本实用新型提出了一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon(传输子)量子比特系统，并给出了测量该可调Transmon量子比特能谱的基本方法，涉及量子比特测量和极微弱信号检测等领域。

背景技术

量子计算是目前的科学研究的热点，而超导量子计算作为量子计算实现的方案之一，具有制备工艺与半导体相兼容、可扩展性等优点，引起国际上广泛关注。

超导量子比特作为实现超导量子计算的基本单位，主要由约瑟夫森结构成，根据量子态的不同表现形式主要可分为三种基本类型：电荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特。2007年Yale小组提出了Transmon量子比特的概念。2011年Yale小组又将Transmon量子比特置于三维谐振腔中，这种基于三维谐振腔的3DTransmon，其退相干时间长(通常都在几十个微秒)，引起广泛关注。

通常的Transmon量子比特由单个约瑟夫森结构成，由于系统的约瑟夫森能E_J和电荷能E_C固定，其跃迁频率不可原位调节。由于样品制备中的不可控因素，很难严格控制样品的E_J和E_C，因此由单个约瑟夫森结构成的Transmon量子比特，很难实现多个量子比特之间的耦合。

实用新型内容

实用新型目的：

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统以及测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特能谱的方法，用直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)作为可调Transmon量子比特核心结构，替换通常的Transmon量子比特中的单个约瑟夫森结，无氧铜矩形谐振腔装配有超导线圈，通过外加磁场偏置实现Transmon量子比特跃迁频率的原位可调，同时通过低温磁屏蔽筒屏蔽外部环境磁场的干扰。

技术方案：

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供的第一种技术方案是一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，用直流超导量子干涉器件(dc-SQUID)作为可调Transmon量子比特核心结构，替换通常的Transmon量子比特中的单个约瑟夫森结，无氧铜矩形谐振腔装配有超导线圈，通过外加磁场偏置实现Transmon量子比特跃迁频率的可调，同时通过低温磁屏蔽筒屏蔽外部环境磁场的干扰。

一种基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特系统，包括：

可调Transmon量子比特；装配有超导线圈的无氧铜矩形谐振腔；用于屏蔽外部环境磁场的低温磁屏蔽筒；

其中，所述可调Transmon量子比特置于无氧铜矩形谐振腔内腔体的中心，所述可调Transmon量子比特置于低温磁屏蔽筒内。

dc-SQUID是两个相同的高纯铝超导约瑟夫森结并联构成的环路，环路两端连接两个矩形的铝电极，形成偶极子天线。

矩形谐振腔由两个TU0型号(铜纯度>99.99％)无氧铜半腔构成，其中第一无氧铜半腔上通过螺钉连接两个射频SMA接头，两个射频SMA接头探针长度不同，较短的第一射频SMA接头作为信号输入端，较长的第二射频SMA接头作为信号输出端；第二无氧铜半腔上装配有超导线圈，超导线圈由单股NbTi低温超导线材绕制在TU0无氧铜的工字形基座，工字形基座通过螺钉固定在矩形谐振腔的半腔顶部圆柱凹槽内，第二无氧铜半腔侧壁上固定有第三射频SMA接头。

NbTi低温超导线的第一端焊接所述工字形基座上，第二端焊接在第三射频SMA接头上。

无氧铜矩形谐振腔的两个无氧铜半腔内腔壁经过镜面抛光处理。两个无氧铜半腔是通过4个螺钉机械结合的，其中结合面有铟丝密封，并有定位栓孔。

本实用新型提供的第二种技术方案为一种测量基于无氧铜矩形谐振腔的可调Transmon量子比特能谱的方法，包括以下步骤：

(i)利用矢量网络分析仪，测量无氧铜矩形谐振腔修饰态随磁场偏置变化的曲线；

(ii)通过公式拟合所述步骤(i)测量到的矩形谐振腔修饰态随磁场偏置变化的曲线，同时得到可调Transmon量子比特跃迁频率随磁场偏置变化的曲线；

(iii)根据所述步骤(ii)得到的可调Transmon量子比特跃迁频率随磁场偏置变化的曲线，选择所述曲线近似线性变化区域的某一磁场偏置区间，测量多个磁场偏置点的可调Transmon量子比特的一维频谱，得到对应跃迁频率的准确值；