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公開番号2022115739
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-08-09
出願番号2021012488
出願日2021-01-28
発明の名称発振器
出願人日本電気株式会社
代理人個人
主分類H01L 39/22 20060101AFI20220802BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】クロストークを低減することができる発振器を提供する。
【解決手段】発振器は、SQUID102と、前記SQUID102に接続された伝送線路103aと、グランドプレーン106と、前記発振器の発振時に発生する定在波の電場の節の近傍に設けられ、前記伝送線路103aの両脇に存在する前記グランドプレーン106をつなぐ第一の接続回路107aとを有する。
【選択図】図10A
特許請求の範囲【請求項1】
発振器であって、
SQUIDと、
前記SQUIDに接続された伝送線路と、
グランドプレーンと、
前記発振器の発振時に発生する定在波の電場の節の近傍に設けられ、前記伝送線路の両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ第一の接続回路と
を有する発振器。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記第一の接続回路は、前記伝送線路と前記SQUIDの接続箇所から、前記伝送線路の長さの1/20以下の位置に設けられている
請求項1に記載の発振器。
【請求項3】
前記SQUIDに磁気結合し、制御信号が入力される制御ラインと、
前記制御ラインの両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ第二の接続回路と
を有する請求項1又は2に記載の発振器。
【請求項4】
前記SQUIDに対し、2本の前記伝送線路が接続されており、一方の前記伝送線路は、前記SQUIDの一端に接続され、他方の前記伝送線路は、前記SQUIDの他端に接続され、
前記第一の接続回路は、2本の前記伝送線路のそれぞれに対して設けられており、
前記グランドプレーン及び前記第一の接続回路は、超伝導体であり、
前記発振器は、前記グランドプレーン及び前記第一の接続回路を用いた超伝導ループ回路を備え、
前記超伝導ループ回路は、前記SQUIDを囲む
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発振器。
【請求項5】
前記SQUIDに磁気結合し、制御信号が入力される制御ラインと、
前記制御ラインの両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ超伝導体の第二の接続回路と
を有し、
前記制御ラインの終端側は、前記SQUIDに沿って配線され、前記制御ラインの終端は、当該制御ラインの両脇に存在する前記グランドプレーンの片方と接続しており、
前記超伝導ループ回路は、前記グランドプレーン、前記第一の接続回路、及び前記第二の接続回路を用いた回路である
請求項4に記載の発振器。
【請求項6】
前記SQUIDに磁気結合し、制御信号が入力される制御ラインを有し、
前記制御ラインに流れる前記制御信号により、大きさが略同じであり向きが逆である2種類の磁束が前記超伝導ループ回路を貫くように、前記制御ラインが配置されている
請求項4に記載の発振器。
【請求項7】
前記制御ラインは、超伝導体であり、当該制御ライン上の分岐点から、第一の分岐ラインと第二の分岐ラインに分かれており、
前記第一の分岐ラインは、前記SQUIDに沿って配線されており、
前記第二の分岐ラインは、前記第一の分岐ラインとは逆方向に配線されており、
2本の前記伝送線路のそれぞれに対して設けられ前記第一の接続回路のそれぞれの設置位置は、前記分岐点からの距離が略同じであり、
前記超伝導ループ回路は、前記グランドプレーン、前記第一の接続回路、前記第一の分岐ライン、及び前記第二の分岐ラインを用いた回路である
請求項6に記載の発振器。
【請求項8】
前記制御ラインの両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ第二の接続回路を有し、
前記第二の接続回路から前記分岐点までの前記制御ライン上の距離が、前記制御信号の波長の1/20以上である
請求項7に記載の発振器。
【請求項9】
前記制御ラインは、前記SQUIDの付近で折り返すようにU字状に配線されており、
前記発振器は、U字状の前記制御ラインの往路と復路の2本の両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ超伝導体の第二の接続回路を有し、
前記超伝導ループ回路は、前記グランドプレーン、前記第一の接続回路、及び前記第二の接続回路を用いた回路である
請求項6に記載の発振器。
【請求項10】
前記制御ラインは、一方の前記伝送線路と立体交差して直線状に配線されており、
前記発振器は、前記制御ラインの両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ超伝導体の第二の接続回路を有し、
前記第二の接続回路は、前記制御ラインと前記伝送線路とが立体交差する位置の両脇にそれぞれ設けられており、
前記超伝導ループ回路は、前記グランドプレーン、前記第一の接続回路、及び前記第二の接続回路を用いた回路である
請求項6に記載の発振器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、発振器に関し、特に、超伝導量子回路のクロストークを低減するための技術に関する。
続きを表示(約 4,300 文字)【背景技術】
【0002】
複数の量子ビットが集積されている量子回路のチップにおいて、クロストークを低減することは重要な課題である。ここでクロストークとは、例えば、ある量子ビットに制御信号を入力した際に、何らかの原因でその制御信号が別の量子ビットとカップルしてしまい、別の量子ビットをも意図せず制御してしまうことである。具体的には、例えば、別の量子ビットの共振周波数を変えてしまうことである。実験では、DC(Direct Current:直流電流)の制御信号を量子ビットに入力した場合にも、20 GHzなどの高周波の制御信号を量子ビットに入力した場合にも、クロストークが観測されている。
【0003】
超伝導量子回路のチップは、例えばコプレナウェーブガイドの構造を用いて作製される。特許文献1は、そのような量子回路のチップにおいて、クロストークを低減することができる技術を開示している。この文献に記載された構成では、エアブリッジを用いて、コプレナウェーブガイドの芯線の両側のGND(グランド)を電気的に接続することにより、芯線の両側のGNDを等電位に保つようにしている。これによって、スロットラインモードが抑制され、その結果、クロストークを低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特表2018-524795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、超伝導量子回路は、研究及び開発において、発展の途上の技術であり、クロストークの低減に関する新規な技術の提供が求められている。
【0006】
本開示はこのような問題を解決するためになされたものであり、クロストークを低減することができる発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の第1の態様にかかる発振器は、
SQUIDと、
前記SQUIDに接続された伝送線路と、
グランドプレーンと、
前記発振器の発振時に発生する定在波の電場の節の近傍に設けられ、前記伝送線路の両脇に存在する前記グランドプレーンをつなぐ第一の接続回路とを有する。
【発明の効果】
【0008】
上述の構成によれば、クロストークを低減することができる発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
2 bitの分布定数型の超伝導量子回路のチップレイアウトを示す図である。
2 bitの分布定数型の超伝導量子回路の等価回路図である。
2 bitの分布定数型の超伝導量子回路のチップレイアウトのSQUID付近の拡大図である。
2 bitの分布定数型の超伝導量子回路のチップレイアウトのSQUID付近の拡大図である。
第一の量子ビットの制御ラインから第一の量子ビットに20 GHzの制御信号を入力した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
λ/4線路の全体にわたって、20 GHzに対応する波長の1/10以下の間隔でエアブリッジを設置した場合のチップレイアウトを示す図である。
λ/4線路の全体にわたってエアブリッジを設置した場合に、第一の量子ビットの制御ラインから第一の量子ビットに20 GHzの制御信号を入力したときのシミュレーション結果を示すグラフである。
第一の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトを示す図である。
第一の実施形態の超伝導回路の等価回路図である。
第一の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトの第一の量子ビット付近の拡大図である。
第一の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトのSQUID付近の拡大図である。
第一の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトのSQUID付近の拡大図である。
第一の実施形態の超伝導回路において、第一の量子ビットの制御ラインから第一の量子ビットに20 GHzの制御信号を入力した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
第二の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトを示す図である。
第二の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトの第一の量子ビット付近の拡大図である。
第二の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトの第二の量子ビットのSQUID付近の拡大図である。
第二の実施形態の超伝導回路において、第一の量子ビットの制御ラインから第一の量子ビットに20 GHzの制御信号を入力した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。
図1に示した量子回路における第二の量子ビットのレイアウトを示す図である。
図1に示した量子回路における第二の量子ビットの等価回路図である。
第二の実施形態の第二の量子ビットのレイアウトを示す図である。
第二の実施形態の第二の量子ビットの等価回路図である。
エアブリッジを設置していない第二の量子ビットの共振周波数を設定する場合の動作を説明する図である。
GNDプレーンにクロストークの原因となるDC電流が流れている場合の、エアブリッジを設置していない第二の量子ビットの動作を説明する図である。
第二の実施形態の第二の量子ビットの共振周波数を設定する場合の動作を説明する図である。
GNDプレーンにクロストークの原因となるDC電流が流れている場合の、第二の実施形態の第二の量子ビットの動作を説明する図である。
シミュレーションの対象とした6種類の構成例を示す図である。
6種類の構成に対するシミュレーション結果を示すグラフである。
第二の実施形態の第二の変形例の超伝導回路のチップレイアウトを示す図である。
第二の実施形態の第二の変形例の超伝導回路の等価回路図である。
第三の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトの第一の量子ビットのSQUID付近の拡大図である。
第三の実施形態の超伝導回路の等価回路図である。
第四の実施形態の超伝導回路のチップレイアウトの第一の量子ビットのSQUID付近の拡大図である。
第四の実施形態の超伝導回路の等価回路図である。
集中定数型の超伝導量子ビットの等価回路図である。
集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第五の実施形態にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第五の実施形態にかかる集中定数型の超伝導量子ビットの別のレイアウトを示す図である。
第五の実施形態の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第六の実施形態にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第七の実施形態にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第五の実施形態の第一の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットの等価回路図である。
第五の実施形態の第一の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第五の実施形態の第一の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットの別のレイアウトを示す図である。
第五の実施形態の第二の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットの等価回路図である。
第五の実施形態の第二の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットのレイアウトを示す図である。
第五の実施形態の第二の変形例にかかる集中定数型の超伝導量子ビットの別のレイアウトを示す図である。
第八の実施形態にかかる量子ビットの一部を形成したチップのレイアウトを示す図である。
第八の実施形態にかかる量子ビットの一部を形成した基板のレイアウトを示す図である。
第八の実施形態にかかる量子ビットの一部を形成したチップと基板をフリップチップ接続した構造の断面図である。
制御ラインの両脇のGNDプレーンを接続する場合のチップのレイアウトを示す図である。
制御ラインの両脇のGNDプレーンを接続する場合の基板のレイアウトを示す図である。
U字状の制御ラインが用いられる場合のチップのレイアウトを示す図である。
U字状の制御ラインが用いられる場合の基板のレイアウトを示す図である。
直線状の制御ラインが用いられる場合のチップのレイアウトを示す図である。
直線状の制御ラインが用いられる場合の基板のレイアウトを示す図である。
図41で示したレイアウトに、説明のための描画を追加した図である。
図49で示した基板のGNDプレーンにクロストークの原因となる電流が流れてしまった場合の問題を説明する図である。
第九の実施形態にかかる基板のレイアウトを示す図である。
図51に示す基板のGNDプレーンに電流が流れてしまった場合の影響について説明する図である。
第九の実施形態の第一の変形例にかかる基板のレイアウトを示す図である。
チップと基板を、バンプを用いてフリップチップ接続した構造の断面図である。
第九の実施形態の第二の変形例にかかる基板のレイアウトを示す図である。
第九の実施形態の第三の変形例にかかる基板のレイアウトを示す図である。
第九の実施形態のその他の変形例にかかる基板のレイアウトを示す図である。
第九の実施形態のその他の変形例にかかる基板のレイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下の説明において、ジョセフソン接合とは、第1の超伝導体と第2の超伝導体で薄い絶縁膜を挟んだ構造を有する素子をいう。また、SQUID(超伝導量子干渉計; Superconducting QUantum Interference Device)とは、2つのジョセフソン接合を超伝導線路によりループ状につないだ素子である。また、以下で説明される回路の一部または全部は、例えば、超伝導体により形成した線路(配線)を用いて構成され、超伝導状態を実現するため、例えば10mK(ミリケルビン)程度の温度環境において利用される。
(【0011】以降は省略されています)

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