[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

说明书

本发明提供一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，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，通过将透射型声表面波谐振腔与超导Transmon量子比特分别制备在AlN压电薄膜及蓝宝石衬底上，采用低损耗的蓝宝石衬底消除了压电材料对超导Transmon量子比特的弛豫，并通过第一耦合电容将透射型声表面波谐振腔与超导Transmon量子比特连接，实现两者之间的强耦合和高相干的效果，突破了体压电材料的高损耗限制，从而达到在实现声子与超导量子比特的强耦合的同时提高超导Transmon量子比特退相干时间，为最终实现微波与光量子转换的超导量子网络连接提供了可行性。

技术领域

本发明涉及超导电子装置，特别是涉及一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件。

背景技术

声表面波是在压电材料表面一个波长尺度范围内传播的机械振动模式。声表面波器件具有优良的电-声转换性能，在实际应用中声表面波通过沉积在压电材料表面的叉指换能器激发，其传播速度较光速慢5个数量级。对于GHz频段激发的声表面波，其传播波长与光波长非常接近，因此可应用于高效率地声-光调制。近年来，基于声表面波的微波-光转换被认为是实现超导量子比特远程光互连的理想技术方案，得到了研究者的极大关注。基于声表面波实现微波与光频段的转换必须先满足超导量子比特与声表面波谐振腔的强耦合条件。最近研究者通过在体压电材料上集成超导Transmon量子比特与声表面波谐振腔，在不同材料体系中初步实现了超导量子比特与声表面波谐振腔的强耦合。但在这类方案中研究者发现超导量子比特与声子耦合系统中超导量子比特退相干时间都很短，最长不超过1μs，这严重制约了声表面波材料在微波-光相干转换的应用前景。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，用于解决现有技术中超导量子比特与声子耦合系统中超导量子比特退相干时间较短，制约声表面波材料在微波-光相干转换的应用前景等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于压电薄膜的声表面波与超导量子比特耦合器件，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。

可选地，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。

可选地，所述透射型声表面波谐振腔的材料为铝。

可选地，所述第一耦合电容包括平行板电容或并联叉指电容。

可选地，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。