一种量子芯片的封装装置及其制造方法和一种量子器件与流程

1.本发明属于量子计算机技术领域，特别是一种量子芯片的封装装置及其制造方法和一种量子器件。


背景技术：

2.量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。量子芯片作为量子计算机的核心部件，是量子计算机的重要组成部分，量子芯片是一种较为脆弱的元器件，极易受到周围环境中杂波的影响，导致量子芯片上信号的传输以及性能受到影响，因此在实际使用时，需将量子芯片进行封装后再使用。
3.现有的量子芯片的封装装置屏蔽串扰的性能较差，在量子芯片处于工作状态时，各个量子比特的传输信号在封装装置内部传输过程中，容易相互串扰，导致信号传输稳定性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种量子芯片的封装装置及其制造方法和一种量子器件，以解决现有技术中的不足，它提供了一种能够屏蔽串扰的量子芯片的封装装置及其制造方法和一种量子器件。
5.本技术的一个实施例提供了一种量子芯片的封装装置，包括：
6.第一基板；
7.第一共面波导传输线，所述第一共面波导传输线形成于所述第一基板上，所述第一共面波导传输线包括第一中心导带及位于所述第一中心导带两侧的第一接地导带；
8.第一导电层，所述第一导电层形成于所述第一接地导带上，且所述第一导电层与位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内。
9.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，所述第一导电层包括：
10.位于所述第一接地导带上的第一子层；以及
11.位于所述第一中心导带两侧的所述第一子层上的第二子层。
12.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，所述第一子层和所述第一接地导带之间形成有第一粘附介质层，所述第一子层和所述第二子层之间形成有第二粘附介质层。
13.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，还包括第二基板，所述第二基板和所述第一基板层叠，且所述第二子层形成于所述第二基板在所述第一基板一侧的第一表面。
14.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，所述第一基板、所述第二基板均为陶瓷基板。
15.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，所述第一导电层一体成型的跨接所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带。
16.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，所述第一基板具有相对的第一基板表面和第二基板表面，且所述第一基板表面和所述第二基板表面均形成有所述第一共面波导传输线。
17.如上所述的量子芯片的封装装置，其中，还包括：
18.第二共面波导传输线，所述第二共面波导传输线形成在所述第二基板背离所述第一基板一侧的表面,所述第二共面波导传输线包括第二中心导带及位于所述第二中心导带两侧的第二接地导带；
19.第二导电层，所述第二导电层形成于所述第二接地导带上，且所述第二导电层与位于所述第二中心导带两侧的所述第二接地导带形成第二屏蔽腔，所述第二中心导带位于所述第二屏蔽腔内。
20.本技术的另一个实施例提供了一种量子器件，一种量子器件，包括:
21.量子芯片，所述量子芯片上形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导带及位于所述中心导带两侧的接地导带；
22.如上所述的量子芯片的封装装置，所述中心导带与所述第一中心导带电连接，所述接地导带与所述第一接地导带电连接。
23.本技术的第三个实施例提供了一种量子器件，包括:
24.量子芯片，所述量子芯片上形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导带及位于所述中心导带两侧的接地导带；
25.如上所述的量子芯片的封装装置，所述中心导带与所述第一中心导带和/或所述第二中心导带电连接，所述接地导带与所述第二接地导带和/或所述第二接地导带电连接。
26.本技术的第四个实施例提供了一种量子芯片的封装装置的制造方法，包括：
27.提供第一基板；
28.形成第一共面波导传输线于所述第一基板上，所述第一共面波导传输线包括第一中心导带及位于所述第一中心导带两侧的第一接地导带；
29.形成第一导电层于所述第一接地导带上，所述第一导电层与位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内。
30.如上所述的量子芯片的封装装置的制造方法，其中，所述形成第一导电层于所述第一接地导带上的步骤，包括：
31.形成第一子层于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带上；
32.提供第二基板；
33.形成第二子层于所述第二基板在所述第一基板一侧的第一表面；
34.焊接所述第一子层与所述第二子层。
35.与现有技术相比，本发明提出的量子芯片的封装装置，在其内部形成有具有屏蔽串扰功能的第一导电层，所述封装装置内形成有用于传递量子芯片上量子比特的传输信号的第一共面波导传输线，所述第一导电层与第一共面波导传输线的第一接地导带形成第一屏蔽腔，第一共面波导传输线的第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内，从而实现隔离屏蔽量子芯片上各个量子比特的传输信号的目的，有效防止量子芯片上各个量子比特的传输信号相互串扰，大大提高了信号传输的稳定性。
附图说明
36.图1为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置中第一基板的俯视图；
37.图2为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置的内部结构立体图；
38.图3为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图；
39.图4为本发明另一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图；
40.图5为本发明又一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图；
41.图6为本发明另一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的内部结构立体图。
42.附图标记说明：1
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第一基板，2
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量子芯片，3
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第一共面波导传输线，4
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键合线，5
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第一子层，6
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第二基板，7
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第二子层。
具体实施方式
43.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
44.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
45.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
46.图1为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置中第一基板的俯视图。
47.图2为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置的内部结构立体图。
48.图3为本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图。
49.结合附图1
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3所示，本发明实施例提供的一种量子芯片的封装装置，包括：
50.第一基板1，所述第一基板1可以用于承载量子芯片2，示例性的，一种具体的方式为，在第一基板1的表面开设用于安装量子芯片的凹槽，所述量子芯片2置于所述凹槽内；
51.第一共面波导传输线3，所述第一共面波导传输线3形成于所述第一基板1上，所述第一共面波导传输线3包括第一中心导带及位于所述第一中心导带两侧的第一接地导带，所述第一共面波导传输线3由超导材料制成，示例性的，所述第一共面波导传输线3由覆盖在第一基板1上的氮化钽薄膜或铝膜等材料制成，所述氮化钽薄膜或铝膜在低温下表现出超导性能，所述第一基板1的材质可以根据需要选择，例如，所述第一基板1为陶瓷基板或硅基板等；
52.第一导电层，所述第一导电层形成于所述第一接地导带上，且所述第一导电层与
位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内，所述量子芯片2上量子比特的传输信号通过第一中心导带传输，在信号传输过程中，利用第一屏蔽腔可以有效防止量子芯片上各个量子比特的传输信号相互串扰。
53.本发明提出的量子芯片的封装装置，在其内部形成有具有屏蔽串扰功能的第一导电层，所述封装装置内形成有用于传递量子芯片上量子比特的传输信号的第一共面波导传输线3，所述第一导电层与所述第一共面波导传输线3的第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一共面波导传输线3的第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内，所述量子芯片2上各个量子比特的信号分别通过第一中心导带传递，利用所述第一导电层与位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，可以实现隔离屏蔽各个量子比特的传输信号的目的，有效防止所述量子芯片2上各个量子比特的传输信号相互串扰，大大提高了信号传输的稳定性。
54.在本发明的一些实施例中，所述第一导电层包括位于所述第一接地导带上的第一子层5，以及位于所述第一中心导带两侧的所述第一子层5上的第二子层7，所述第一子层5由超导材料制成，示例性的，一种具体的方式为，所述第一子层5为焊接于所述第一接地导带上的锡柱，所述锡柱对称位于所述第一中心导带的两侧，锡在超低温下可以表现出超导性能，所述第二子层7由超导材料制成，示例性的，所述第二子层7由氮化钽薄膜或铝膜等材料制成。
55.本实施例中，利用第一子层5、第二子层7于所述第一接地导带上构建第一导电层，所述第一中心导带位于所述第一导电层内，利用第一子层5、第二子层7将所述第一共面波导传输线3的所述第一中心导带封闭隔离，在各个量子比特的传输信号通过第一中心导带传输时，可以防止各个量子比特的传输信号相互串扰。
56.在本发明的一些实施例中，所述第一子层5和所述第一接地导带之间形成有第一粘附介质层，所述第一子层5和所述第二子层7之间形成有第二粘附介质层，示例性的，一种具体的方式为，所述第一粘附介质层、所述第二粘附介质层的材质为金或银等金属。
57.通过在所述第一子层5和所述第一接地导带之间形成第一粘附介质层，有助于将第一子层5的一端牢牢焊接在所述第一接地导带上，同样的，通过在第一子层5和所述第二子层7之间形成第二粘附介质层，有助于将第一子层5的另一端牢牢焊接在所述第二子层7上，通过设置所述第一粘附介质层、所述第二粘附介质层，有助于提高第一子层5与所述第一接地导带、所述第二子层7的连接强度。
58.在本发明的一些实施例中，所述量子芯片的封装装置还包括第二基板6，所述第二基板6和所述第一基板1层叠，所述第二基板6与所述第一基板1相互平行，且所述第二子层7形成于所述第二基板6在所述第一基板1一侧的第一表面，示例性的，一种具体的方式为，所述第二基板6的材质与所述第一基板1相同，均为陶瓷基板，所述第二基板6与第一基板1连接，所述第二基板6与第一基板1之间形成有用于容置所述量子芯片2的空腔，所述第二基板6朝向第一基板1的一面形成有第二子层7。
59.通过将第二子层7形成在所述第二基板6朝向第一基板1的一面，利用第二基板6为第二子层7提供支撑，可以提高第二子层7的强度，同时，利用第二基板6、第一基板1形成用于容置所述量子芯片2的空腔，起到保护量子芯片2的作用。
60.图6为本发明另一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的内部结构立体图。
61.请参阅图6，在本发明的一些实施例中，所述第一导电层一体成型的跨接所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带。
62.在本实施例中，所述第一导电层一体成型，第一导电层与所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，使第一中心导带位于所述第一导电层内，一体成型的第一导电层内部无衔接缝隙，提高了第一屏蔽腔的屏蔽效果，进一步避免各个量子比特的传输信号之间相互串扰。
63.图4为本发明另一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图。
64.请参阅图4，在本发明的一些实施例中，所述第一基板1具有相对的第一基板表面和第二基板表面，且所述第一基板表面和所述第二基板表面均形成有所述第一共面波导传输线3，所述第一共面波导传输线3包括第一中心导带和位于所述第一中心导带两侧的第一接地导带，所述第一基板表面和所述第二基板表面均形成有第一子层，且所述第一导电层与位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内。
65.随着量子芯片技术的发展，量子芯片上量子比特的数量逐渐增加，当量子芯片上量子比特的数量较多时，仅在第一基板1的一面形成第一共面波导传输线3容易导致传输线路过于拥挤，难以满足量子芯片的信号传输需求，通过在第一基板1相对的第一基板表面和第二基板表面上分别形成所述第一共面波导传输线3，使得本实施例提供的封装装置可以用于封装量子比特数量更多的量子芯片，提高了量子芯片的封装装置的适用范围。
66.图5为本发明又一实施例提供的一种量子芯片的封装装置的剖视图。
67.请参阅图5，在本发明的一些实施例中，所述量子芯片的封装装置还包括：
68.第二共面波导传输线，所述第二共面波导传输线形成在所述第二基板6背离所述第一基板1一侧的表面,所述第二共面波导传输线由覆盖在所述第二基板6上的氮化钽薄膜或铝膜等材料制成，所述氮化钽薄膜或铝膜在低温下表现出超导性能，所述第二共面波导传输线包括第二中心导带及位于所述第二中心导带两侧的第二接地导带；
69.第二导电层，所述第二导电层形成于所述第二接地导带上，且所述第二导电层与位于所述第二中心导带两侧的所述第二接地导带形成第二屏蔽腔，所述第二中心导带位于所述第二屏蔽腔内。
70.需要特别说明的是，本实施例中，对第二基板6、第二导电层的数量不做限定，当所述量子芯片2上量子比特的数量较多时，仅在第一基板1的一面形成第一共面波导传输线3容易导致传输线路过于拥挤，难以满足量子芯片的信号传输需求，可根据所述量子芯片2所包含的量子比特数量，在所述第一基板1上交替层叠设置多层具有第二共面波导传输线的第二基板6、第二导电层，以满足量子比特的信号传输需求，使得本实施例提供的封装装置可以用于封装量子比特数量更多的量子芯片，进一步提高了量子芯片的封装装置的适用范围。
71.本发明实施例还提供了一种量子器件，包括:
72.量子芯片2，所述量子芯片2上形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导带及位于所述中心导带两侧的接地导带；
73.如上述实施例所述的量子芯片的封装装置，所述中心导带与所述第一中心导带电
连接，所述接地导带与所述第一接地导带电连接，示例性的，所述第一中心导带与所述中心导带通过键合线4电连接，所述第一接地导带与所述接地导带通过键合线4电连接，在量子芯片工作过程中，所述量子芯片2上量子比特的信号通过所述中心导带、所述第一中心导带传输。
74.本发明实施例还提供了一种量子器件，包括:
75.量子芯片，所述量子芯片上形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导带及位于所述中心导带两侧的接地导带；
76.如上述实施例所述的量子芯片的封装装置，所述中心导带与所述第一中心导带和/或所述第二中心导带电连接，所述接地导带与所述第二接地导带和/或所述第二接地导带电连接，示例性的，所述第一中心导带、所述第二中心导带分别与所述中心导带通过键合线4电连接，所述第一接地导带、所述第二接地导带分别与所述接地导带通过键合线4电连接，在量子芯片2工作过程中，所述量子芯片2上量子比特的信号可以通过第一中心导带、所述第二中心导带传输。
77.本实施例所述的一种量子器件，通过采用上述实施例所述的量子芯片的封装装置封装量子芯片2，可以有效防止所述量子芯片2上各个量子比特的传输信号相互串扰，大大提高了信号传输的稳定性。
78.本发明实施例还提供了一种量子芯片的封装装置的制造方法，所述量子芯片2上形成有共面波导传输线，所述共面波导传输线包括中心导带及位于所述中心导带两侧的接地导带，所述制造方法包括：
79.s100、提供第一基板1，所述第一基板1可以用于承载量子芯片，示例性的，一种具体的方式为，在第一基板1的表面开设用于安装量子芯片的凹槽，所述量子芯片置于凹槽内；
80.s200、形成第一共面波导传输线3于所述第一基板1上，所述第一共面波导传输线3包括第一中心导带及位于所述第一中心导带两侧的第一接地导带，所述第一中心导带与所述中心导带电连接，所述第一接地导带与所述接地导带电连接，示例性的，所述第一中心导带与所述中心导带通过键合线4电连接，所述第一接地导带与所述接地导带通过键合线4电连接，所述第一共面波导传输线3由超导材料制成，示例性的，一种具体的方式为，所述第一共面波导传输线3由覆盖在第一基板1上的氮化钽薄膜或铝膜等材料制成，所述氮化钽薄膜或铝膜在低温下表现出超导性能，所述第一基板1的材质可以根据需要选择，例如，所述第一基板1为陶瓷基板或硅基板等。
81.s300、形成第一导电层于所述第一接地导带上，所述第一导电层与位于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带形成第一屏蔽腔，所述第一中心导带位于所述第一屏蔽腔内，示例性的，一种具体的方式为，所述第一导电层为一体成型的拱形结构，所述第一导电层的材质为锡。
82.在其中一实施方式中，采用溅射工艺或原子层沉积工艺，在陶瓷基板上形成氮化钽薄膜，在氮化钽薄膜上刻蚀形成第一共面波导传输线3。
83.在本发明的一些实施例中，所述形成第一导电层于所述第一接地导带上的步骤，包括：
84.形成第一子层5于所述第一中心导带两侧的所述第一接地导带上，示例性的，一种
具体的方式为，所述第一子层5为焊接于所述第一接地导带上的锡柱，所述锡柱对称位于所述第一中心导带的两侧，锡在超低温下可以表现出超导性能，所述第一子层5和所述第一接地导带之间形成有第一粘附介质层，所述第一粘附介质层为金或银等金属，以提高第一子层5与第一接地导带的连接强度；
85.提供第二基板6，所述第二基板6与所述第一基板1的材质相同，示例性的，所述第二基板6、所述第一基板1均为陶瓷基板；
86.形成第二子层7于所述第二基板6在所述第一基板1一侧的第一表面，所述第二子层7由超导材料制成，示例性的，所述第二子层7由氮化钽薄膜或铝膜等材料制成；
87.焊接所述第一子层5与所述第二子层7，所述第一子层5和所述第二子层7之间形成有第二粘附介质层，所述第二粘附介质层为金或银等金属，以提高第一子层5与第一接地导带的连接强度。
88.本发明提出的一种量子芯片的封装装置的制造方法，于所述封装装置内部形成有具有屏蔽串扰功能的第一导电层，利用本发明提出的制造方法制得的量子芯片的封装装置，能够实现隔离屏蔽量子芯片上各个量子比特的传输信号的目的。
89.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。