[发明专利]一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法

说明书

本发明公开了一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法。本发明采用高品质因数的三维椭球射频超导薄膜腔，相对于目前所用的矩形腔，有较大优势：品质因数高达10¹⁰；并将超导量子比特与超导腔进行耦合，将超导量子比特的退相干时间提高到百毫秒～秒量级，从而为实现对量子比特的操控、测量以及量子存储扫清障碍；本发明将有利于得到长寿命的超导量子比特，对于量子计算，量子存储，量子信息以及量子通讯等各方面都具有重要意义；本发明首次将三维椭球射频超导薄膜腔应用在超导量子计算中，将成熟的超导腔技术与新兴的超导量子计算相结合，把超导量子计算向前推进一步。

技术领域

本发明涉及超导量子计算，具体涉及一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法。

背景技术

量子比特作为量子计算的基本单元，其物理实现的方式主要包括核磁共振，离子阱，半导体量子点，光量子及超导量子电路等。作为一种固态宏观量子电路，超导量子电路采用超导量子比特为基本单元，超导量子比特以超导约瑟夫森结为代表，其制备工艺与半导体相兼容，工艺成熟，易于集成，具有较强的相互耦合强度与可扩展性，非常有希望成为量子计算的物理实现。制约超导量子计算最主要的因素是超导量子比特的退相干时间较短，近年来，随着各种技术的发展及研究的深入，超导量子比特的相干时间大幅延长，已经达到ms量级。

在超导量子计算中，超导腔(包括二维与三维)是对量子比特进行读取、操纵与耦合的主要途径。耶鲁大学首先对平面传输子(transmon)量子比特进行了升级，提出了三维传输子(3D transmon)量子比特。三维传输子与平面传输子最大的不同在于用三维谐振腔取代平面谐振腔作为量子计算的谐振结构，从而大大减小了介质(主要是指超导量子比特)在谐振电路中所占的比例。电磁场能量主要存储在真空中，减小了介质损耗所占的比例，从而使退相干时间增加。在三维谐振腔的内部可以实现多种模式的共存，工作在不同模式下的超导量子比特可以同时实现读取与存储。而量子比特的态中包含部分光子态，不同量子比特通过同一腔的光子态相互耦合，形成量子态的纠缠。因此基于三维谐振腔的超导量子计算成为世界上各大实验室的重要选择。

超导量子计算最大的限制因素是超导量子比特的退相干时间。现有技术采用矩形腔存储超导量子比特，矩形腔包括两个半腔，先将量子比特放置于一个半腔中，然后扣上另一个半腔，两个半腔采用机械方式压在一起形成矩形腔，中间连接处依靠螺钉压紧密封，所产生微波损耗大。同时现有矩形腔结构及加工未经优化，因此其品质因数仅在10⁶量级，在现有矩形腔的腔形设计及后处理条件下，品质因数进一步提高的可能性不大。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法，将超导量子比特的退相干时间提高到秒量级，实现对超导量子比特更有效的测量以及操控，并同时解决限制超导量子比特的存储问题。

本发明的一个目的在于提出一种超导量子比特的长寿命存储装置。