螺旋耦合器及超导量子芯片的制作方法

本申请涉及超导量子计算，特别是涉及螺旋耦合器及超导量子芯片。

背景技术：

1、在现有超导量子芯片中，传统的插指（finger）耦合器被广泛应用于实现两个量子电路元件之间的耦合。插指耦合器通过微带线或平面耦合电容，以实现能量在两个量子电路元件之间的传递。

2、然而，相关技术中使用插指耦合器进行两个量子电路元件之间耦合时，插指耦合器的耦合强度受到电容极板宽度、电容极板长度、电容极板间隙、耦合路径长度、微带线间距、电感/电容叠层关系等多种参数的影响，且上述多个参数对耦合强度的影响非线性显著，插指耦合器中存在细而长、多而杂的插指结构，容易出现尖端或拐角处电荷积聚问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请提供了螺旋耦合器及超导量子芯片。

2、第一方面，本申请提供一种螺旋耦合器，包括第一导电元件和第二导电元件，所述第二导电元件与所述第一导电元件在预设平面内间隔设置；其中，所述第一导电元件的第一端和所述第二导电元件的第一端分别绕同一中心沿螺旋轨迹同向延伸，以形成耦合圈层，所述第一导电元件的第二端和所述第二导电元件的第二端分别沿所述耦合圈层的径向向外延伸，用于与量子电路元件耦合。

3、在一些实施例中，沿所述耦合圈层的径向方向，所述第一导电元件与所述第二导电元件依次交错布置。

4、在一些实施例中，所述第一导电元件的第二端和所述第二导电元件的第二端分别设有耦合齿，所述耦合齿用于与所述量子电路元件耦合。

5、在一些实施例中，所述螺旋耦合器还包括耦合调控元件，所述耦合调控元件分别与所述第一导电元件和所述第二导电元件电连接，且所述耦合调控元件设置于所述耦合圈层的中心区域。

6、在一些实施例中，所述螺旋耦合器还包括第三导电元件，所述第一导电元件、所述第二导电元件和所述第三导电元件分别绕同一中心沿螺旋轨迹同向延伸，以共同形成所述耦合圈层，且沿所述耦合圈层的径向方向，在每一圈层中所述第一导电元件、所述第二导电元件和所述第三导电元件均以相同顺序依次间隔布置。

7、在一些实施例中，所述耦合圈层的形状为圆形、椭圆形、矩形或圆角矩形。

8、在一些实施例中，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度和/或所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的间隙被配置为可调，以改变所述螺旋耦合器的耦合电容；或者，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数和所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数被配置为可调，以改变所述螺旋耦合器的耦合电容。

9、在一些实施例中，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度相同，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数与所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数相同。

10、在一些实施例中，所述第一导电元件的宽度大于所述第二导电元件的宽度；和/或，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数大于所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数。

11、第二方面，本申请提供了一种超导量子芯片，包括多个量子电路元件和螺旋耦合器，螺旋耦合器包括多个间隔设置的导电元件，多个所述导电元件的第一端分别绕同一中心沿螺旋轨迹同向延伸，以形成耦合圈层，多个所述导电元件的第二端分别沿所述耦合圈层的径向向外延伸，用于与对应的所述量子电路元件耦合。

12、在一些实施例中，所述超导量子芯片包括第一量子电路元件和第二量子电路元件，所述螺旋耦合器包括第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第二端沿第一弧形轨迹延伸并与所述第一量子电路元件形成电容耦合，所述第二导电元件的第二端沿第二弧形轨迹延伸并与所述第二量子电路元件形成电容耦合，所述第一量子电路元件和所述第二量子电路元件在所述螺旋耦合器的径向上相对设置。

13、在一些实施例中，所述超导量子芯片包括第一量子电路元件和第二量子电路元件，所述螺旋耦合器包括第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第二端包括交叉设置的第一指条和第二指条，所述第一指条向第一方向延伸并通过所述第二指条与所述第一量子电路元件形成电容耦合；所述第二导电元件的第二端包括交叉设置的第三指条和第四指条，所述第三指条向第二方向延伸并通过所述第四指条与所述第二量子电路元件形成电容耦合，所述第一方向与所述第二方向相反。

14、本申请提供了螺旋耦合器及超导量子芯片，该螺旋耦合器包括第一导电元件和第二导电元件，第二导电元件与第一导电元件在预设平面内间隔设置，第一导电元件的第一端和第二导电元件的第一端分别绕同一中心沿螺旋轨迹同向延伸，以形成耦合圈层，第一导电元件的第二端和第二导电元件的第二端分别沿所述耦合圈层的径向向外延伸，用于与量子电路元件耦合。因此，螺旋耦合器通过第一导电元件和第二导电元件相互螺旋环绕形成耦合圈层，耦合圈层为耦合能量提供确定性的空间传输路径，有效约束了非预期方向的电磁场杂散分量，降低了邻近电路元件间的非期望串扰。螺旋环绕的第一导电元件和第二导电元件为圆滑的弧形设计，有利于减少尖端或拐角处电荷积聚的可能性，形成耦合路径均匀的电场能量分布，进而提高螺旋耦合器的性能。

1.一种螺旋耦合器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的螺旋耦合器，其特征在于，沿所述耦合圈层的径向方向，所述第一导电元件与所述第二导电元件依次交错布置。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述第一导电元件的第二端和所述第二导电元件的第二端分别设有耦合齿，所述耦合齿用于与所述量子电路元件耦合。

4.根据权利要求1所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述螺旋耦合器还包括耦合调控元件，所述耦合调控元件分别与所述第一导电元件和所述第二导电元件电连接，且所述耦合调控元件设置于所述耦合圈层的中心区域。

5.根据权利要求1所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述螺旋耦合器还包括第三导电元件，所述第一导电元件、所述第二导电元件和所述第三导电元件分别绕同一中心沿螺旋轨迹同向延伸，以共同形成所述耦合圈层，且沿所述耦合圈层的径向方向，在每一圈层中所述第一导电元件、所述第二导电元件和所述第三导电元件均以相同顺序依次间隔布置。

6.根据权利要求1或5所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述耦合圈层的形状为圆形、椭圆形、矩形或圆角矩形。

7.根据权利要求1所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度和/或所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的间隙被配置为可调，以改变所述螺旋耦合器的耦合电容；或者，

8.根据权利要求7所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述第一导电元件的宽度和所述第二导电元件的宽度相同，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数与所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数相同。

9.根据权利要求7所述的螺旋耦合器，其特征在于，所述第一导电元件的宽度大于所述第二导电元件的宽度；和/或，所述第一导电元件螺旋环绕的圈层数大于所述第二导电元件螺旋环绕的圈层数。

10.一种超导量子芯片，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的超导量子芯片，其特征在于，所述超导量子芯片包括第一量子电路元件和第二量子电路元件，所述螺旋耦合器包括第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第二端沿第一弧形轨迹延伸并与所述第一量子电路元件形成电容耦合，所述第二导电元件的第二端沿第二弧形轨迹延伸并与所述第二量子电路元件形成电容耦合，所述第一量子电路元件和所述第二量子电路元件在所述螺旋耦合器的径向上相对设置。

12.根据权利要求11所述的超导量子芯片，其特征在于，所述超导量子芯片包括第一量子电路元件和第二量子电路元件，所述螺旋耦合器包括第一导电元件和第二导电元件，所述第一导电元件的第二端包括交叉设置的第一指条和第二指条，所述第一指条向第一方向延伸并通过所述第二指条与所述第一量子电路元件形成电容耦合；所述第二导电元件的第二端包括交叉设置的第三指条和第四指条，所述第三指条向第二方向延伸并通过所述第四指条与所述第二量子电路元件形成电容耦合，所述第一方向与所述第二方向相反。