[发明专利]一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件

权利要求书

1.一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于，所述耦合器件包括：制备于AlN压电薄膜上的透射型声表面波谐振腔，及制备于蓝宝石衬底上的超导Transmon量子比特、微波读出谐振腔、磁通偏置线及微波馈线电路；

所述透射型声表面波谐振腔包括两个间隔设置的叉指换能器、分布于该两个叉指换能器两侧的两个布拉格反射光栅及外围微波激励电路，所述外围微波激励电路连接于其中一个所述叉指换能器；

所述超导Transmon量子比特通过设置于所述蓝宝石衬底上的第一耦合电容与所述透射型声表面波谐振腔中的另一个所述叉指换能器连接；

所述微波读出谐振腔通过第二耦合电容与所述超导Transmon量子比特连接；

所述磁通偏置线设置于所述超导Transmon量子比特的侧边，以调节所述超导Transmon量子比特的频率；

所述微波馈线电路分别与所述微波读出谐振腔及所述磁通偏置线连接。

2.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于，所述耦合器件制备于以所述蓝宝石衬底及所述AlN压电薄膜为叠层的结构上，其中，对所述AlN压电薄膜进行刻蚀露出所述蓝宝石衬底，并将相应结构制备于所述蓝宝石衬底上。

3.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述透射型声表面波谐振腔的材料为铝。

4.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述第一耦合电容包括平行板电容或并联叉指电容。

5.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述超导Transmon量子比特包括两个相同的超导约瑟夫森结并联构成的环路及连接于该环路两端的并联叉指电容，该并联叉指电容的一端与所述第二耦合电容的一端共用，该并联叉指电容的另一端与所述第一耦合电容的一端共用。

6.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：两个所述叉指换能器的中心间距为(n₁+1/2)λ，所述透射型声表面波谐振腔的总腔长为(n₂+1/4)λ，每个所述叉指换能器与其邻近的所述布拉格反射光栅间距为((n₂-n₁)/2-N_T/4+1/8)λ，其中，n₂、n₁为整数且n₂＞n₁，N_T为每个所述叉指换能器的电极数，λ为所述透射型声表面波谐振腔的声学波波长。

7.根据权利要求6所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：每个所述叉指换能器的电极数N_T为61，每个所述布拉格反射光栅的电极数N_g为400～600之间，每个所述布拉格反射光栅的电极宽度为150λ。

8.根据权利要求5所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述透射型声表面波谐振腔的声学波波长为1μm，两个相同的所述超导约瑟夫森结并联构成的环路尺寸为10×10μm²，所述磁通偏置线与所述超导Transmon量子比特之间的互感系数为2.2pH，所述超导Transmon量子比特的最大工作频率为6GHz。

9.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述微波读出谐振腔为电容耦合的半波长共面波导谐振腔，包括电感及与该电感并联的电容。

10.根据权利要求1所述的基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，其特征在于：所述磁通偏置线包括电感。