[发明专利]量子器件的电介质保持器

说明书

设备包括由第一材料形成的第一衬底，该第一材料表现出导热率的阈值水平。导热率的阈值水平是在量子电路工作的低温温度范围内实现的。在一个实施例中，该设备还包括设置在第一衬底的凹槽中的第二衬底，该第二衬底由表现出导热率的第二阈值水平的第二材料形成，导热率的第二阈值水平是在量子电路工作的低温温度范围内实现的。在一实施例中，至少一个量子位设置在第二衬底上。在一个实施例中，该设备还包括传输线，该传输线被配置为在第一衬底和第二衬底之间传送微波信号。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于量子器件布局的设备，制造方法和计算机程序产品。更具体地，本发明涉及用于量子器件的电介质保持器的设备，制造方法和计算机程序产品。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则短语中的“Q”前缀指示该词或短语在量子计算上下文中的引用。

分子和亚原子粒子遵循量子力学定律，这是物理学的一个分支，探索物理世界如何在最基本的层级上工作。在此级别上，粒子以奇异的方式运行，同时处于多个状态，并且与其他很远的粒子进行交互。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们今天使用的计算机被称为经典计算机(在本文中也称为“常规”计算机或常规节点或“CN”)。常规计算机使用采用半导体材料和技术制造的常规处理器，半导体存储器以及磁或固态存储设备，这就是所谓的冯·诺依曼体系结构。特别地，常规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)使用纠缠的量子位器件(在本文中简称为“量子位”，多个“量子位”)的奇异性质来执行计算任务。在量子力学运行的特定领域中，物质粒子可以以多种状态存在-例如“开”状态，“关”状态以及“开”和“关”状态同时存在。在使用半导体处理器进行的二进制计算仅限于仅使用开和关状态(在二进制代码中等于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。量子器件使用一组量子电路来执行计算任务。例如，量子器件可以包括至少两个量子电路，每个量子电路包括至少一个量子位。

常规计算机以位为单位对信息进行编码。每个位可以取值为1或0。这些1和0充当开/关的开关，最终驱动计算机功能。另一方面，量子计算机是基于量子位的，量子位是根据量子物理学的两个关键原理进行操作的：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0。纠缠是指叠加中的量子位可以以非经典的方式相互关联；也就是说，一个的状态(无论是1还是0或两者都可以)取决于另一个的状态，纠缠在一起的两个量子位比它们被单独对待时有更多的信息可以确定。

使用这两个原理，量子位用作更复杂的信息处理器，使量子计算机能够以允许它们解决使用传统计算机难以解决的难题的方式运行。

IBM已成功构建并演示了使用超导量子位的量子处理器的可操作性(IBM是International Business Machines Corporation在美国和其他国家/地区的注册商标)。

超导量子位包括约瑟夫森结。约瑟夫森结是通过用非超导材料分隔两个薄膜超导金属层而形成的。当超导层中的金属变得超导时-例如通过将金属温度降低到指定的低温温度，电子对可以从一个超导层通过非超导层隧穿到另一超导层。在一个量子位中，作为分散非线性电感器的约瑟夫森结与一个或多个构成非线性微波振荡器的电容性器件并联电耦合。振荡器的谐振/跃迁频率由量子位电路中的电感和电容值确定。除非明确区分，否则对术语“量子位”的任何引用都是对采用约瑟夫森结的超导量子位电路的引用。

由量子位处理的信息以微波频率范围内的微波信号/光子的形式被携带或传输。微波信号被捕获，处理和分析，以解密其中编码的量子信息。读出电路是与量子位耦合以捕获，读取和测量量子位的量子状态的电路。读出电路的输出是可由q-处理器用于执行计算的信息。