[发明专利]用于传输量子位的垂直超导电容器

说明书

一种垂直q电容器(202,302,700,1100,1400,1800)包括穿过超导材料(402)的层(602,1302，1304)的衬底(400)中的沟槽(304，502,902,1202，1204，1602)。超导体沉积在沟槽(304,502,902,1202,1204,1602)中，在沟槽(304,502,902,1202,1204,1602)的第一表面上形成第一膜，在第二表面上形成第二膜，并且在第三表面上形成所述超导体的第三膜。所述第一表面和所述第二表面基本上平行，并且沟槽(304,502,902,1202,1204,1602)中的所述第三表面将所述第一表面和所述第二表面分开。通过蚀刻暴露所述第三膜下方的电介质。在所述第一膜和超导量子逻辑电路中的第一接触之间形成第一耦合，在所述第二膜和所述超导量子逻辑电路中的第二接触之间形成第二耦合。所述第一耦合和所述第二耦合使得所述第一膜和所述第二膜操作为垂直q电容器(202,302,700,1100,1400,1800)，所述垂直q电容器(202,302,700,1100,1400,1800)将所述超导量子逻辑电路中的数据的完整性保持在阈值水平内。

技术领域

本发明一般涉及用于减少超导量子逻辑电路中的电容性器件的占用面积的半导体器件、制造方法和制造系统。更具体地，本发明涉及用于传输量子位(垂直q电容器)的垂直超导电容器的装置、方法和系统。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则短语的词中的“Q”或“q”前缀指示在量子计算上下文中引用该词或短语。

分子和亚原子粒子遵循量子力学的定律，量子力学是探索物理世界如何在最基本的水平上工作的物理分支。在这个水平，粒子以奇怪的方式表现，同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们现在使用的计算机被称为传统计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点，或“CN”)。传统的计算机使用传统的处理器，该处理器使用半导体材料和技术、半导体存储器和磁或固态存储设备来制造，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q处理器)使用纠缠量子位器件(在本文中被简称为“量子位”，多个“量子位”)的奇数性质来执行计算任务。在量子力学工作的特定领域，物质粒子可以以多种状态存在，例如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅使用开和关状态(等效于二进制码中的1和0)的情况下，量子处理器利用这些物质的量子状态来输出可用于数据计算的信号。

常规计算机以比特对信息进行编码。每个位可采用1或0的值。这些1和0用作最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机基于量子位，量子位根据量子物理学的两个关键原理来操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0。纠缠意味着叠加中的量子位可以以非经典方式彼此相关；即，一个的状态(是1或0或两者)可以取决于另一个的状态，并且当两个量子位纠缠时比当它们被单独处理时有更多的信息可以被确定。

使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器来运行，使量子计算机能以允许它们解决使用常规计算机难以处理的难题的方式起作用。IBM已经成功地构建并证明了量子处理器的可操作性(IBM是国际商业机器公司在美国和其它国家的注册商标)。

超导量子位可以包括一个约瑟夫逊结。约瑟夫逊结是通过用非超导材料分离两个薄膜超导金属层而形成的。当超导层中的金属变成超导时，例如通过将金属的温度降低到特定的低温温度，电子对可以从一个超导层通过非超导层隧穿到另一个超导层。在超导量子位中，具有较小电感的约瑟夫逊结与形成非线性谐振器的一个或多个电容性器件并联电耦合。