一种含直流引线结构的3d微波谐振腔的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微波电路器件，特别涉及一种包含直流引线结构的3D微波谐振腔。
【背景技术】
[0002]半导体量子芯片是在传统半导体工业的基础上，充分利用量子力学效应，实现高效率并行量子计算的核心部件。量子比特，可以是量子点，也可以是超导量子干涉仪等装置，是量子芯片上的基本单元，可以储存和操作量子信息。但是要完成量子计算过程，还需要实现量子比特之间的耦合和数据交换，以及量子信息的探测读出。普通的电子线路无法传递量子信息，因此我们需要一些特殊的电子元件为我们实现这一功能。微波谐振腔可以激发和传递能够携带量子信息的微波光子，实现这一功能，而3D微波谐振腔是一种高效率的微波谐振腔。我们希望获得一种能够与量子比特实现良好的耦合，具有合适的品质因素(即Q值)，同时又能加入直流引线结构实现对量子比特进行精确调控，同时也可以作为一种有效的探测器，读出量子比特的信息。
【实用新型内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本实用新型针对上述要求，设计了一种含直流引线结构的3D谐振腔装置，能够满足量子比特探测和相互之间通信的要求。
[0005]( 二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提出一种3D微波谐振腔，包括腔体、电路板、输入端口和输出端口，其中，所述腔体为长方体，包括壳体和壳体内部开出的空腔，所述空腔的延伸方向与所述腔体的长度方向一致；所述输入端口和输出端口从腔体的上部穿入壳体以与所述空腔连通，腔体从其一个侧面沿着所述空腔的延伸方向朝向空腔开有一个狭槽；所述电路板包括外接部分和内插部分，外接部分的宽度较宽，内插部分的宽度较窄且呈长条状，使得电路板整体类似一个“T”形；所述内插部分能够经由所述腔体的狭槽插入腔体的空腔中；且该内插部分包括沿其插入方向延伸的金属引线、位于插入部分末端的量子比特设备安装位、以及连接该金属引线与量子比特设备安装位的等电位连接线。
[0007]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述腔体由前后两部分组成，两部分结构对称并能通过机械结构结合在一起。
[0008]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述输入端口及输出端口的接入位置对称地分布于所述腔体的上表面。
[0009]根据本实用新型的【具体实施方式】，当所述电路板内插部分全部插入所述腔体时，所述量子比特设备安装位正好位于所述腔体的空腔的中心。
[0010]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述腔体的外部还具有一个固定部，该固定部位于电路板的一侧并与腔体形成一个整体，当电路板的内插部分全部插入腔体时，电路板的外接部分可以固定在该固定部。
[0011]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述电路板2的内插部分的伸入方向与所述输入端口、输出端口的伸入方向垂直。
[0012]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述腔体的外壳为纯铝制成。
[0013]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述腔体的空腔位于所述壳体的中心。
[0014]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述电路板为PCB板。
[0015](三)有益效果
[0016]采用本实用新型使用的技术方案，完全能够满足量子芯片的应用要求，具体表现在:
[0017]1.本实用新型的输入输出端口位于3D腔外壁的同一侧，并且对称分布，使3D腔内部的电场分布具有高度的对称性；
[0018]2.本实用新型在3D微波谐振腔的腔体一侧开有狭槽，位置均经过多次模拟验证，电磁波并不会从缝隙泄露造成损耗，也不会通过缝隙引入外部的噪声，电路板通过缝隙插入3D腔内后也不会造成电场强度的明显衰减；
[0019]3.本实用新型使用了刻有特制金属引线结构的电路板，在电路板插入3D微波谐振腔后，金属引线的方向使其也不会造成电场强度的明显衰减，相反，在局部还能增强电场强度，达到更好的耦合效果；
[0020]4.本实用新型使用位于电路板上的金属引线，以及等电位连接线，将量子比特设备上的电极连通到外界，与测量设备连接，从而实现了对量子比特的精确调控。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的一个实施例的3D微波谐振腔的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型的上述实施例中采用的腔体的结构示意图；
[0023]图3是本实用新型的上述实施例中采用的电路板的结构示意图；
[0024]图4是本实用新型的上述实施例的电路板完全插入腔体时的示意图；
[0025]图5是为使用本实用新型实施例的3D微波谐振腔对砷化镓双量子点进行探测的一个实例的示意图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型提出一种3D微波谐振腔，包括腔体、电路板、输入端口和输出端口，腔体为长方体，包括壳体和壳体内部开出的空腔，空腔一般位于壳体的中心，且的延伸方向与腔体的长度方向一致。输入端口和输出端口从腔体的上部穿入壳体以与空腔连通。腔体从其一个侧面沿着空腔的延伸方向向空腔开有一个狭槽。
[0027]电路板包括外接部分和内插部分，外接部分的宽度较宽，内插部分的宽度较窄，呈长条状，使得电路板整体类似一个“T”形。所述内插部分能够经由所述腔体的狭槽插入腔体的空腔中。所述电路板的内插部分刻有沿其插入方向延伸的金属引线、位于插入部分末端的量子比特设备安装位和连接金属引线与量子比特设备安装位的等电位连接线(bondingwires)。金属引线以及等电位连接线共同构成本实用新型的直流引线结构。
[0028]本实用新型的腔体可以采用现有的3D微波谐振腔，其外壳通常为纯铝制成。输入端口及输出端口的接入位置通常对称地分布于腔体的上表面，它们的目的分别是为3D微波谐振腔提供输入的微波信号，以及测量输出信号的强度。铝制外壳的腔体的目的是在极低温下形成超导的理想边界，用来减少内部微波通过边界反射产生的损耗。内部特定尺寸的空槽可以构造特定的驻波模式，每一种驻波模式的频率即微波在腔内的谐振频率。铝的超导临界温度较高(1.198K)，在量子比特工作的及低温下，呈现超导特性，使3D腔的边界变成理想边界，从而极大地减少因为耗散产生的能量损耗。同时因为在极低温下热噪声很小，所以这种谐振腔可以维持在腔内只有数个甚至单个光子的状态，从而准确地传递所需的量子信息。
[0029]腔体可以是由前后两部分组成，两部分结构对称并能通过机械结构结合在一起。由此，当前后两部分分离后，即打开腔体后，可以在腔体的正中心放入量子比特设备。输入端口及输出端口的伸入方向一般与腔体的前后表面平行。当3D腔闭合，并且在极低温下工作时，量子比特设备由于处于正中心，感受到的微波强度最大，从而能达到最大耦合。量子比特设备安装在电路板的量子比特设备安装位上，当电路板的内插部分完全伸入腔体时，使得量子比特设备放置到腔体的空腔的中心。
[0030]量子比特设备粘附在电路板的量子比特设备安装位上，通过等电位连接线
(bonding wires)--连接量子比特设备上的电极与电路板上的对应金属引线。为了在工作时使量子比特设备位于腔体的空腔的正中心，本实用新型中设定电路板的内插部分的长度及腔体的狭槽的位置，使得当所述内插部分全部插入腔体时，量子比特设备安装位正好位于腔体的空腔的中心。
[0031]为了使引线的方向不影响腔体内部电磁场的分布，电路板的的内插部分的伸入方向与输入端口、输出端口的伸入方向垂直。
[0032]根据本实用新型的优选实施方式，腔体的外部还可具有一个固定部，该固定部位于电路板的一侧并与腔体形成一个整体，当电路板的内插部分全部插入腔体时，电路板的外接部分可以固定在该腔体的固定部。
[0033]在本实用新型中，电路板上的金属引线结构的目的是连接粘附于电路板末端的量子比特设备上的电极，以实现对量子比特的精确调控。金属引线的分布方向是经过详细的模拟，沿着插入方向排布，金属引线不仅不会减弱腔内电场强度，反而会在局部放大电场强度，达到更好的耦合效果。金属引线结构延伸至电路板外部，与外界测量设备连接。
[0034]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
[0035]图1是本实用新型的一个实施例的3D微波谐振腔的结构示意图。参见附图1，本实用新型的3D微波谐振腔包括腔体1、电路板2、输入端口 3和输出端口 4。输入端口 3和输出端口 4位于腔体的上方，电路板2从腔体I的一个侧面伸入腔体的内