[发明专利]一种长退相干时间的超导量子比特存储方法与装置

权利要求书

1.一种长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述装置包括：四分之一波长超导谐振腔，一端设有超导量子比特安装槽的介质杆，连接于四分之一波长超导谐振腔一侧的束管，耦合天线，以及两个安装板；其中，所述四分之一波长超导谐振腔呈中空圆柱形，其一端面中心部分开设圆孔和与其共轴的束管无缝连接，另一端面中心部分内嵌形成一共轴中空环形结构；所述中空环形结构与四分之一波长超导谐振腔体一体成型，其在腔内的深度使得所述中空环形结构在腔内侧的端面与束管和腔体连接面的距离为四分之一波长超导谐振腔本征频率所对应波长的四分之一；所述中空环形结构在腔外侧的一端与一安装板相连接，安装板上固定有介质杆；所述介质杆在腔内部的端点处于中空环形结构腔内端面的中心，并在此处设有安装槽，用于安装超导量子比特样品；束管外端与另一安装板相连接，该安装板用于固定耦合天线；所述耦合天线与介质杆均位于四分之一波长超导谐振腔内赤道面的中心轴上；所述介质杆的形状为长圆柱体，其中间部分存在一变径点，所述变径点与介质杆靠近腔内端端面的距离是四分之一波长超导谐振腔本征频率所对应波长的二分之一，介质杆与安装板连接的一端的直径小于四分之一波长超导谐振腔本征频率所对应波长，同时介质杆靠近腔内端的直径是与介质板连接的一端的直径的2倍以上。

2.如权利要求1所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述四分之一波长超导谐振腔采用易于加工成型焊接属，采用铌、铜或铝中的一种，腔壁厚度在2-4mm之间，频率为5~6.5GHz之间。

3.如权利要求1所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述介质杆采用蓝宝石、陶瓷和金刚石中的一种。

4.如权利要求1所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述束管的内径为13mm，所述中空环形结构的内径为13mm。

5.如权利要求1所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述耦合天线采用无氧铜制成的中空耦合天线，并通过安装板外接微波功率源。

6.如权利要求1所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述安装板采用开口法兰或盲板法兰。

7.如权利要求5所述的长退相干时间的超导量子比特存储装置，其特征在于，所述微波功率源的频率与四分之一波长超导谐振腔的谐振频率一致，采用5~6.5GHz，分别对应不同的尺寸的四分之一波长超导谐振腔。

8.一种使用权利要求1所述装置的超导量子比特存储方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)利用电子束蒸发设备，采用斜蒸发法蒸镀Al/Al₂O₃/Al，制备超导量子比特；

2)将超导量子比特放入安装槽中；

3)将四分之一波长超导谐振腔移动至稀释制冷机中，安装连接好低温微波测试线路；

4)微波功率源通过耦合天线在四分之一波长超导谐振腔内激励出电磁场，此时介质杆的安装槽处的电场最强，磁场最弱；超导量子比特位于此处；

5)超导量子比特与电磁场进行耦合，吸收电磁场能量；

6)在10mK量级的温度进行测试，通过耦合天线测量超导量子比特在电磁场中的状态，利用矢量网络分析仪测量计算出超导量子比特的退相干时间，从而实现了量子比特的存储。