超导量子干涉仪及其制备方法与流程

1.本发明涉及量子信息领域，特别是涉及一种超导量子干涉仪及其制备方法。


背景技术：

2.对量子比特的量子逻辑门操作必须在量子比特退相干之前完成。在量子比特退相干之前，能够实现的量子逻辑门操作越多，量子比特的量子信息处理能力就越强。
3.对比特频率的调制是实现量子逻辑门的重要方式之一。当两个相同的约瑟夫森结并联构成一个环路时，可以通过调整环路内的磁通来改变比特的频率。这样的环路称为超导量子干涉仪，其频率最大点称为sweet point或sweet spot，也称为简并点，该点通常拥有较高的退相干时间。
4.但是现有的超导量子干涉仪虽然简并点的频率比较高，但是非简并点的频率很低，所以一旦偏移简并点，量子比特的退相干时间将大幅下降。然而，大多数时候，量子比特工作频率点并非是处于简并点。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种超导量子干涉仪及其制备方法，以解决现有技术中超导量子干涉仪的非简并点频率很低的问题，能够制备出非简并点的比特频率较高的超导量子干涉仪，从而实现更强的量子信息处理能力。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种超导量子干涉仪的制备方法，其特征在于，包括：
7.提供衬底；
8.在所述衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路，其中，所述第一结电路与所述第二结电路的一端电连接、另一端开路；
9.在所述衬底上形成分别与所述第一结电路和所述第二结电路的另一端电连接的导体元件，以构成超导量子干涉仪；
10.其中，所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结的数量和/或连接关系被配置为使所述第一结电路与所述第二结电路的等效电阻不相等。
11.优选的，所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结的电阻不相等。
12.优选的，所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结的面积和/或势垒层厚度不相等。
13.优选的，所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结的势垒层厚度相等但面积不相等。
14.优选的，所述第一约瑟夫森结和所述第二约瑟夫森结的数量均为一个。
15.优选的，所述在所述衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤包括：
16.在所述衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线；
17.在所述第一超导线和所述第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线以及与所述第二超导线交叠的第四超导线，以在所述第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在所述第二超导线的交叠处形成与所述第一约瑟夫森结面积不同的第二约瑟夫森结；
18.其中，所述第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，所述第二超导线、第四超导线与第二约瑟夫森结构成第二结电路。
19.优选的，所述在所述衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤包括：
20.形成第一光刻胶层于所述衬底上；
21.在所述第一光刻胶层上曝光出相互连通的第一沟道和第二沟道；
22.对所述第一沟道和所述第二沟道进行垂直蒸镀，在所述第一沟道和所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
23.优选的，所述在所述第一超导线和所述第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线以及与所述第二超导线交叠的第四超导线的步骤包括：
24.剥离所述第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于所述衬底上；
25.在所述第二光刻胶层上曝光出与所述第一超导线相交的第三沟道和与所述第二超导线相交的第四沟道；
26.在所述第三沟道内的所述第一超导线以及所述第四沟道内的所述第二超导线表面形成势垒层；
27.对所述第三沟道和所述第四沟道进行垂直蒸镀，在所述第三沟道和所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
28.优选的，所述在所述衬底上形成相互电连接的第一超导线和第二超导线的步骤包括：
29.形成光刻胶层于所述衬底上；
30.在所述光刻胶层上曝光出平行且相互连通的第一沟道和第二沟道，以及与所述第一沟道垂直交叉的第三沟道和与所述第二沟道垂直交叉的第四沟道；
31.沿平行于所述第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第一沟道和所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
32.优选的，所述在所述第一超导线和所述第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线以及与所述第二超导线交叠的第四超导线的步骤包括：
33.在所述第一超导线和第二超导线表面形成势垒层；
34.沿平行于所述第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第三沟道和所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
35.优选的，所述第一约瑟夫森结的数量为一个，所述第二约瑟夫森结的数量为多个。
36.优选的，所述多个第二约瑟夫森结的连接关系为串联。
37.优选的，所述在所述衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以
及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤包括：
38.在所述衬底上形成第一超导线和多条第二超导线，其中，最外侧的第一条所述第二超导线与所述第一超导线连接；
39.在所述第一超导线和所述多条第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成第三超导线和多条第四超导线，其中，所述第三超导线与第一超导线交叠，所述多条第四超导线分别一一对应地与所述多条第二超导线交叠，且各条第二超导线还与与前一条第二超导线交叠的第四超导线交叠，以在所述第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在所述第二超导线的交叠处形成第二约瑟夫森结；
40.其中，所述第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，所述多条第二超导线、多条第四超导线与多个第二约瑟夫森结构成第二结电路。
41.优选的，所述在所述衬底上形成第一超导线和多条第二超导线的步骤包括：
42.形成第一光刻胶层于所述衬底上；
43.在所述第一光刻胶层上曝光出第一沟道和多条第二沟道，其中，最外侧的第一条所述第二沟道与所述第一沟道连通；
44.对所述第一沟道和所述多条第二沟道进行垂直蒸镀，在所述第一沟道和各所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
45.优选的，所述在所述第一超导线和所述多条第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成第三超导线和多条第四超导线的步骤包括：
46.剥离所述第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于所述衬底上；
47.在所述第二光刻胶层上曝光出与所述第一超导线相交的第三沟道和分别一一对应地与所述多条第二超导线相交的多条第四沟道，其中，与各条所述第二超导线相交的第四沟道同时还与后一条第二超导线相交；
48.在所述第三沟道内的所述第一超导线以及所述第四沟道内的所述第二超导线表面形成势垒层；
49.对所述第三沟道和所述第四沟道进行垂直蒸镀，在所述第三沟道和各所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
50.优选的，所述在所述衬底上形成第一超导线和多条第二超导线的步骤包括：
51.形成光刻胶层于所述衬底上；
52.在所述光刻胶层上曝光出第一沟道和多条第二沟道，以及与所述第一沟道垂直交叉的第三沟道和分别一一对应地与所述多条第二沟道垂直交叉的多条第四沟道，其中，所述第一沟道和所述多条第二沟道平行，且最外侧的第一条所述第二沟道与所述第一沟道连通，各所述第二沟道还与与前一条第二沟道交叉的第四沟道垂直交叉；
53.沿平行于所述第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第一沟道和各所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
54.优选的，所述在所述第一超导线和所述多条第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成第三超导线和多条第四超导线的步骤包括：
55.在所述第一超导线和各所述第二超导线表面形成势垒层；
56.沿平行于所述第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第三沟道和各所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
57.优选的，所述多个第二约瑟夫森结的连接关系为并联。
58.优选的，所述在所述衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤包括：
59.在所述衬底上形成相互电连接的第一超导线和第二超导线；
60.在所述第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线和与所述第二超导线交叠的多条第四超导线，以在所述第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在所述第二超导线的交叠处形成第二约瑟夫森结；
61.其中，所述第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，所述第二超导线、多条第四超导线与多个第二约瑟夫森结构成第二结电路。
62.优选的，所述在所述衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤包括：
63.形成第一光刻胶层于所述衬底上；
64.在所述第一光刻胶层上曝光出相互连通的第一沟道和第二沟道；
65.对所述第一沟道和所述第二沟道进行垂直蒸镀，在所述第一沟道和所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
66.优选的，所述在所述第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线和与所述第二超导线交叠的多条第四超导线的步骤包括：
67.剥离所述第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于所述衬底上；
68.在所述第二光刻胶层上曝光出与所述第一超导线相交的第三沟道和分别与所述第二超导线相交的多条第四沟道；
69.在所述第三沟道内的所述第一超导线以及所述第四沟道内的所述第二超导线表面形成势垒层；
70.对所述第三沟道和所述第四沟道进行垂直蒸镀，在所述第三沟道和各所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
71.优选的，所述在所述衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤包括：
72.形成光刻胶层于所述衬底上；
73.在所述光刻胶层上曝光出第一沟道和第二沟道，以及与所述第一沟道垂直交叉的第三沟道和分别与所述第二沟道垂直交叉的多条第四沟道，其中，所述第一沟道和所述第二沟道平行且连通；
74.沿平行于所述第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第一沟道和所述第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
75.优选的，所述在所述第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在所述衬底上形成与所述第一超导线交叠的第三超导线和与所述第二超导线交叠的多条第四超导线的步骤包括：
76.在所述第一超导线和第二超导线表面形成势垒层；
77.沿平行于所述第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在所述第三沟道和各所述第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
78.优选的，所述在所述第三沟道内的所述第一超导线以及所述第四沟道内的所述第二超导线表面形成势垒层的步骤之前，还包括：
79.采用离子束刻蚀工艺去除所述第三沟道内的所述第一超导线以及所述第四沟道内的所述第二超导线表面的自然氧化层。
80.优选的，沿平行于所述第三沟道方向进行的倾斜蒸镀的次数为两次，两次倾斜蒸镀的镀膜角度之和为180度。
81.为解决上述技术问题，本发明还提供一种根据前述任一项所述的制备方法得到的超导量子干涉仪。
82.区别于现有技术的情况，本发明提供的超导量子干涉仪的制备方法通过在衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路，第一结电路与第二结电路的一端电连接、另一端通过导体元件电连接，于是第一结电路和第二结电路形成闭合环路，构成超导量子干涉仪，由于第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的数量和/或连接关系被配置为使第一结电路与第二结电路的等效电阻不相等，从而可以提高超导量子干涉仪的非对称性，也就间接提高非简并点的比特频率。与现有技术相比，本技术能够制备出非简并点的比特频率较高的超导量子干涉仪，从而实现更强的量子信息处理能力。
83.本发明提供的超导量子干涉仪由上述的超导量子干涉仪的制备方法制备得到，因此具有相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
84.图1为本发明实施例提供的超导量子干涉仪的制备方法的流程示意图。
85.图2为是图1所示的制备方法中步骤s2的一种具体流程图。
86.图3为采用直蒸发工艺时，图2中步骤s21a和步骤s22a的具体流程图。
87.图4a至4h为采用直蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和一个第二约瑟夫森结的示意图。
88.图5为采用斜蒸发工艺时，图2中步骤s21a和步骤s22a的具体流程图。
89.图6a至6f为采用斜蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和一个第二约瑟夫森结的示意图。
90.图7为采用斜蒸发工艺时，蒸镀方向的示意图。
91.图8a和8b为沿平行于第三沟道方向进行一次倾斜蒸镀时出现的线条缺陷示意图。
92.图9为图1所示的制备方法中步骤s2在多个第二约瑟夫森结21串联时的具体流程图。
93.图10为采用直蒸发工艺时，图9中步骤s21b和步骤s22b的具体流程图。
94.图11a至11h为采用直蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和多个串联的第二约瑟夫森结的示意图。
95.图12为采用斜蒸发工艺时，图9中步骤s21b和步骤s22b的具体流程图。
96.图13a至13f为采用斜蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和多个串联的第二约瑟夫森结的示意图。
97.图14为图1所示的制备方法中步骤s2在多个第二约瑟夫森结21并联时的具体流程
图。
98.图15为采用直蒸发工艺时，图14中步骤s21c和步骤s22c的具体流程图。
99.图16a至16h为采用直蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和多个并联的第二约瑟夫森结的示意图。
100.图17为采用斜蒸发工艺时，图14中步骤s21c和步骤s22c的具体流程图。
101.图18a至18f为采用斜蒸发工艺时，制备一个第一约瑟夫森结和多个并联的第二约瑟夫森结的示意图。
具体实施方式
102.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
103.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
104.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
105.请参考图1，本发明实施例提供了一种超导量子干涉仪的制备方法。该制备方法包括以下步骤：
106.s1：提供衬底。
107.s2：在衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路，其中，第一结电路与第二结电路的一端电连接、另一端开路。第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的数量和/或连接关系被配置为使第一结电路与第二结电路的等效电阻不相等。
108.其中，第一结电路的一端和第二结电路的一端可以直接连接实现电连接，也可以间接连接实现电连接。第一结电路1的另一端与第二结电路2的另一端均开路，相互没有电连接。
109.s3：在衬底上形成分别与第一结电路和第二结电路的另一端电连接的导体元件，以构成超导量子干涉仪。
110.其中，导体元件与第一结电路的另一端电连接，以及与第二结电路的另一端电连接，第一结电路和第二结电路通过导体元件实现并联，形成闭合环路，从而构成超导量子干涉仪。导体元件可以是焊盘、过孔等电连接结构，且电连接结构可以有多个，例如，导体元件为两个焊盘。
111.本技术发明人在长期研究中发现，量子比特非简并点的比特频率与超导量子干涉仪中两个约瑟夫森结的非对称性d有关，非对称性d的范围为0≤d《1，非对称性d越高，非简并点的比特频率越高，非简并点拥有的退相干时间也就越长。
112.超导量子干涉仪的非对称性d＝(e
j1-e
j2
)/(e
j1
+e
j2
)。其中，ej＝icφ0/2π为约瑟夫森结的能量，e
j1
、e
j2
则分别表示两个约瑟夫森结的能量，φ0＝h/2e为磁通量子，h是普朗克常数，e为元电荷，ic是约瑟夫森结的临界电流，代表了约瑟夫森结能够容纳的最大的超导电流。
113.其中，
114.上式中δ为超导能隙，r
normal
为约瑟夫森结的常态电阻。对于一种典型的约瑟夫森结，其层级结构为al-alox-al，在远低于铝的超导转变温度1.18k时，该约瑟夫森结的临界电流可以使用经验公式来估算，式中r是约瑟夫森结在常温下的电阻值。
115.通过非对称性的计算公式可以看出，超导量子干涉仪的非对称性取决于两个约瑟夫森结的电阻差异。而本技术制备方法制备得到的超导量子干涉仪，第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的数量和/或连接关系被配置为可以改变第一结电路与第二结电路的等效电阻，使两者不相等，进而可以提高超导量子干涉仪的非对称性，从而本技术能够制备出非简并点的比特频率较高的超导量子干涉仪，从而实现更强的量子信息处理能力。
116.在本实施例中，第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的电阻不相等。具体的，由于约瑟夫森结的电阻与面积和势垒层厚度有关，第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的电阻不相等可以体现为第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的面积和/或势垒层厚度不相等。为了方便第一结电路和第二结电路的工艺制备，本技术优选为第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的势垒层厚度相等但面积不相等。
117.在本技术的一些实施例中，第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的数量均为一个。这样的电路结构最简单，不需要考虑第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的连接关系。请参考图2，是图1所示的制备方法中步骤s2的一种具体流程图。在衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤，即步骤s2包括：
118.s21a：在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线。
119.s22a：在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线以及与第二超导线交叠的第四超导线，以在第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在第二超导线的交叠处形成与第一约瑟夫森结面积不同的第二约瑟夫森结。
120.其中，第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，第二超导线、第四超导线与第二约瑟夫森结构成第二结电路。第一结电路和第二结电路得到后，第一超导线和第二超导线各自相互连接的一端就作为第一结电路和第二结电路各自相互电连接的一端，第三超导线的一端和第四超导线的一端就分别作为第一结电路的另一端和第二结电路的另一端。
121.由于第一约瑟夫森结和第二约瑟夫森结的数量为一个，那么第一结电路的等效电阻就等于第一约瑟夫森结的电阻，第二结电路的等效电阻就等于第一约瑟夫森结的电阻，又由于第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的势垒层厚度相等但面积不相等，那么第一约瑟夫森结的电阻与第二约瑟夫森结的电阻不相等，进而第一结电路的等效电阻与第二结电路的等效电阻不相等。而要实现第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的面积不相等，只需要控
制第一超导线、第二超导线、第三超导线和第四超导线的线宽即可。进一步的，为了方便控制第一约瑟夫森结与第二约瑟夫森结的面积，第一超导线与第三超导线垂直交叠，第二超导线与第四超导线垂直交叠。
122.第一超导线、第二超导线、第三超导线和第四超导线可以通过直蒸发或斜蒸发工艺制备。
123.当通过直蒸发工艺制备时，请参考图3，在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤，即步骤s21a包括：
124.s211a：形成第一光刻胶层于衬底上。
125.如图4a所示，是在衬底上形成第一光刻胶层后的示意图。衬底100上形成第一光刻胶层210。
126.s212a：在第一光刻胶层上曝光出相互连通的第一沟道和第二沟道。
127.如图4b所示，是在第一光刻胶层上曝光出第一沟道和第二沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第一光刻胶层210上曝光出相互连通的第一沟道201和第二沟道202。
128.s213a：对第一沟道和第二沟道进行垂直蒸镀，在第一沟道和第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
129.如图4c所示，是形成第一超导线和第二超导线后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第一沟道201内形成第一超导线101，在第二沟道202内形成第二超导线102，由于第一沟道201和第二沟道202相互连通，因此第一超导线101与第二超导线102连接。
130.进一步的，在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线以及与第二超导线交叠的第四超导线的步骤，即步骤s22a包括：
131.s221a：剥离第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于衬底上。
132.如图4d所示，是在衬底上形成第二光刻胶层后的示意图。第一光刻胶层210剥离后，衬底100上形成第二光刻胶层220。
133.s222a：在第二光刻胶层上曝光出与第一超导线相交的第三沟道和与第二超导线相交的第四沟道。
134.如图4e所示，是在第二光刻胶层上曝光出第三沟道和第四沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第二光刻胶层220上曝光出第三沟道203和第四沟道204，第三沟道203与第一超导线101相交，因此会暴露出第一超导线101，第四沟道204与第二超导线102相交，因此会暴露出第二超导线102。
135.s223a：在第三沟道内的第一超导线以及第四沟道内的第二超导线表面形成势垒层。
136.如图4f所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第三沟道203内的第一超导线101表面和第四沟道204内的第二超导线102表面形成势垒层110。
137.s224a：对第三沟道和第四沟道进行垂直蒸镀，在第三沟道和第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
138.如图4g和4h所示，图4g是形成第三超导线和第四超导线后的示意图，图4h是去掉第二光刻胶层后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第三沟道203内形成第三超导线103，在第四沟道204内形成第四超导线104，由于第三沟道203与第一超导线101相交，第四沟道204与第二超导线102相交，因此第一超导线101与第三超导线103交叠、第二超导线
102与第四超导线104交叠，且中间均夹设有势垒层110，那么交叠处分别形成第一约瑟夫森结11和第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，第二超导线102、第四超导线104与第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
139.当通过斜蒸发工艺制备时，请参考图5，在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤，即步骤s21a包括：
140.s211b：形成光刻胶层于衬底上。
141.如图6a所示，是在衬底上形成光刻胶层后的示意图。衬底100上形成光刻胶层230。
142.s212b：在光刻胶层上曝光出平行且相互连通的第一沟道和第二沟道，以及与第一沟道垂直交叉的第三沟道和与第二沟道垂直交叉的第四沟道。
143.如图6b所示，是在光刻胶层上形成第一沟道、第二沟道、第三沟道和第四沟道的示意图。通过曝光显影工艺，在光刻胶层230上曝光出第一沟道201、第二沟道202、第三沟道203和第四沟道204。第一沟道201和第二沟道202平行且相互连通。第一沟道201与第三沟道203垂直交叉，第二沟道202与第四沟道204垂直交叉。
144.s213b：沿平行于第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第一沟道和第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
145.如图6c所示，是形成第一超导线和第二超导线后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第一沟道201方向进行倾斜蒸镀，仅在第一沟道201和第二沟道202内镀膜分别形成第一超导线101和第二超导线102。如图7所示，图中带箭头的实线表示蒸镀方向，虚线表示蒸镀方向的水平投影，根据光刻胶层230的厚度选择合适的蒸镀角度θ，沿平行于第二沟道202方向进行倾斜蒸镀，可以使金属蒸气受到遮挡恰好不能进入第四沟道204内，而蒸镀角度θ无论如何改变，第二沟道202均暴露在金属蒸气中，从而仅在第二沟道202内形成第二超导线102。
146.进一步的，在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线以及与第二超导线交叠的第四超导线的步骤，即步骤s22a包括：
147.s221b：在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层。
148.如图6d所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第一超导线101表面和第二超导线102表面形成势垒层110。
149.s222b：沿平行于第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第三沟道和第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
150.如图6e和6f所示，图6e是形成第三超导线和第四超导线后的示意图，图6f是去除光刻胶层后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第三沟道203方向进行倾斜蒸镀，仅在第三沟道203和第四沟道204内镀膜分别形成第三超导线103和第四超导线104。由于第三沟道203与第一超导线101相交，第四沟道204与第二超导线102相交，因此第一超导线101与第三超导线103交叠、第二超导线102与第四超导线104交叠，且中间均夹设有势垒层110，那么第一超导线101的交叠处形成第一约瑟夫森结11，第二超导线102的交叠处形成第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，第二超导线102、多条第四超导线104与多个第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
151.在本实施例中，沿平行于第三沟道方向进行的倾斜蒸镀的次数为两次，两次倾斜蒸镀的镀膜角度之和为180度。由于第一超导线101和第二超导线102垂直交叠，第三超导线
103和第四超导线104垂直交叠，在倾斜蒸镀时，沿蒸镀方向在交叠处可能会产生爬坡效应，即与蒸镀方向的反面会出现线条缺陷，影响电连接稳定性，如图8a和8b所示，图中虚线椭圆框内出现了线条缺陷，即第四超导线104在远离蒸镀方向的第二超导线102侧壁处出现断连。而沿平行于第四沟道方向进行两次倾斜蒸镀，两次蒸镀方向互为相反，从而能够避免出现线条缺陷。
152.在本技术的一些实施例中，第一约瑟夫森结11的数量为一个，第二约瑟夫森结21的数量为多个。这样的电路结构需要考虑多个第二约瑟夫森结21的连接关系。多个第二约瑟夫森结21的连接关系可以是串联，也可以是并联。
153.请参考图9，是图1所示的制备方法中步骤s2在多个第二约瑟夫森结21串联时的具体流程图。多个第二约瑟夫森结21的连接关系为串联时，在衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤，即步骤s2包括：
154.s21b：在衬底上形成第一超导线和多条第二超导线，其中，最外侧的第一条第二超导线与第一超导线连接。
155.s22b：在第一超导线和多条第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成第三超导线和多条第四超导线，其中，第三超导线与第一超导线交叠，多条第四超导线分别一一对应地与多条第二超导线交叠，且各条第二超导线还与与前一条第二超导线交叠的第四超导线交叠，以在第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在第二超导线的交叠处形成第二约瑟夫森结。
156.其中，第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，多条第二超导线、多条第四超导线与多个第二约瑟夫森结构成第二结电路。第一结电路和第二结电路得到后，第一超导线和最外侧第一条第二超导线各自相互连接的一端就作为第一结电路和第二结电路各自相互电连接的一端，第三超导线的一端作为第一结电路的另一端，只与最外侧最后一条第二超导线交叠的第四超导线的一端作为第二结电路的另一端。
157.由于第一约瑟夫森结只有一个，那么第一结电路的等效电阻等于第一约瑟夫森结的电阻，而多个第二约瑟夫森结串联，那么第二结电路的等效电阻等于多个第二约瑟夫森结的串联后的总电阻。为了尽可能提高超导量子干涉仪的非对称性，第一约瑟夫森结的面积通常大于第二约瑟夫森结的面积。
158.第一超导线、第二超导线、第三超导线和第四超导线可以通过直蒸发或斜蒸发工艺制备。
159.当通过直蒸发工艺制备时，请参考图10，在衬底上形成第一超导线和多条第二超导线的步骤，即步骤s21b包括：
160.s211c：形成第一光刻胶层于衬底上。
161.如图11a所示，是在衬底上形成第一光刻胶层后的示意图。衬底100上形成第一光刻胶层210。
162.s212c：在第一光刻胶层上曝光出第一沟道和多条第二沟道，其中，最外侧的第一条第二沟道与第一沟道连通。
163.如图11b所示，是在第一光刻胶层上形成第一沟道和多条第二沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第一光刻胶层210上曝光出第一沟道201和多条第二沟道202。最外侧的
第一条第二沟道202与第一沟道201连通。在本实施例中，第一沟道201和多条第二沟道202相互平行。
164.s213c：对第一沟道和多条第二沟道进行垂直蒸镀，在第一沟道和各第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
165.如图11c所示，是形成第一超导线和多条第二超导线后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第一沟道201内形成第一超导线101，在第二沟道202内形成第二超导线102，由于第一沟道201和第一条第二沟道202相互连通，因此第一超导线101与第一条第二沟道202内的第二超导线102连接。
166.进一步的，在第一超导线和多条第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成第三超导线和多条第四超导线的步骤，即步骤s22b包括：
167.s221c：剥离第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于衬底上。
168.如图11d所示，是在衬底上形成第二光刻胶层后的示意图。第一光刻胶层210剥离后，衬底100上形成第二光刻胶层220，第二光刻胶层220覆盖衬底100、第一超导线101以及第二超导线102。
169.s222c：在第二光刻胶层上曝光出与第一超导线相交的第三沟道和分别一一对应地与多条第二超导线相交的多条第四沟道，其中，与各条第二超导线相交的第四沟道同时还与后一条第二超导线相交。
170.如图11e所示，是第二光刻胶层上曝光出第三沟道和多条第四沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第二光刻胶层220上曝光出第三沟道203和多条第四沟道204，第三沟道203与第一超导线101相交，因此会暴露出第一超导线101。多条第四沟道204分别一一对应地与多条第二超导线102相交，同时，与各条第二超导线102相交的第四沟道204同时还与后一条第二超导线102相交，因此，最外侧最后一条第二超导线只与一条第四沟道204相交，其他的第二超导线均与两条第四沟道204相交，从而第四沟道204会暴露出第二超导线102。
171.s223c：在第三沟道内的第一超导线以及第四沟道内的第二超导线表面形成势垒层。
172.如图11f所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第三沟道203内的第一超导线101表面和第四沟道204内的第二超导线102表面形成势垒层110。
173.s224c：对第三沟道和第四沟道进行垂直蒸镀，在第三沟道和各第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
174.如图11g和11h所示，图11g是形成第三超导线和多条第四超导线后的示意图，图11h是去掉第二光刻胶层后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第三沟道203内形成第三超导线103，在每条第四沟道204内均形成第四超导线104，因此第一超导线101与第三超导线103交叠，多条第二超导线102分别与多条第四超导线104交叠，同时各第二超导线102还与与前一条第二超导线102交叠的第四超导线104交叠。那么第一超导线101的交叠处形成第一约瑟夫森结11，每条第二超导线的交叠处分别形成第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，多条第二超导线102、多条第四超导线104与多个第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
175.当通过斜蒸发工艺制备时，请参考图12，在衬底上形成第一超导线和多条第二超导线的步骤，即步骤s21b包括：
176.s211d：形成光刻胶层于衬底上。
177.如图13a所示，是在衬底上形成光刻胶层后的示意图。衬底100上形成光刻胶层230。
178.s212d：在光刻胶层上曝光出第一沟道和多条第二沟道，以及与第一沟道垂直交叉的第三沟道和分别一一对应地与多条第二沟道垂直交叉的多条第四沟道，其中，第一沟道和多条第二沟道平行，且最外侧的第一条第二沟道与所述第一沟道连通，各第二沟道还与与前一条第二沟道交叉的第四沟道垂直交叉。
179.如图13b所示，是在光刻胶层上形成第一沟道、多条第二沟道、第三沟道和多条第四沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在光刻胶层230上曝光出第一沟道201、多条第二沟道202、第三沟道203和多条第四沟道204。第一沟道201和最外侧的第一条第二沟道202平行且相互连通。第一沟道201与第三沟道203垂直交叉，多条第四沟道204分别一一对应地与多条第二沟道202垂直交叉，同时各第二沟道202还与与前一条第二沟道202交叉的第四沟道204垂直交叉。
180.s213d：沿平行于第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第一沟道和各第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
181.如图13c所示，是形成第一超导线和多条第二超导线后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第一沟道201方向进行倾斜蒸镀，仅在第一沟道201和第二沟道202内镀膜分别形成第一超导线101和第二超导线102。
182.进一步的，在第一超导线和多条第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成第三超导线和多条第四超导线的步骤，即步骤s22b包括：
183.s221d：在第一超导线和各第二超导线表面形成势垒层。
184.如图13d所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第一超导线101表面和第二超导线102表面形成势垒层110。
185.s222d：沿平行于第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第三沟道和各第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
186.如图13e和13f所示，图13e是形成第三超导线和多条第四超导线后的示意图，图13f是去掉第二光刻胶层后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第三沟道203方向进行倾斜蒸镀，仅在第三沟道203和第四沟道204内镀膜分别形成第三超导线103和第四超导线104。由于第三沟道203与第一超导线101相交，第四沟道204与第二超导线102相交，因此第一超导线101与第三超导线103交叠、第二超导线102与第四超导线104交叠，且中间均夹设有势垒层110，那么第一超导线101的交叠处形成第一约瑟夫森结11，各第二超导线102的交叠处形成第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，多条第二超导线102、多条第四超导线104与多个第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
187.在本实施例中，沿平行于第三沟道方向进行的倾斜蒸镀的次数为两次，两次倾斜蒸镀的镀膜角度之和为180度，进行两次倾斜蒸镀能够避免出现线条缺陷。
188.请参考图14，是图1所示的制备方法中步骤s2在多个第二约瑟夫森结21并联时的具体流程图。多个第二约瑟夫森结21的连接关系为并联时，在衬底上形成由至少一个第一约瑟夫森结组成的第一结电路以及由至少一个第二约瑟夫森结组成的第二结电路的步骤，
即步骤s2包括：
189.s21c：在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线。
190.s22c：在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线和与第二超导线交叠的多条第四超导线，以在第一超导线的交叠处形成第一约瑟夫森结、在第二超导线的交叠处形成第二约瑟夫森结。
191.其中，第一超导线、第三超导线与第一约瑟夫森结构成第一结电路，第二超导线、多条第四超导线与多个第二约瑟夫森结构成第二结电路。第一结电路和第二结电路得到后，第一超导线和第二超导线各自相互连接的一端就作为第一结电路和第二结电路各自相互电连接的一端，第三超导线的一端作为第一结电路的另一端，每条第四超导线同向的一端均作为第二结电路的另一端。
192.由于第一约瑟夫森结只有一个，那么第一结电路的等效电阻等于第一约瑟夫森结的电阻，而多个第二约瑟夫森结并联，那么第二结电路的等效电阻等于多个第二约瑟夫森结的并联后的总电阻。为了尽可能提高超导量子干涉仪的非对称性，第一约瑟夫森结的面积通常小于第二约瑟夫森结的面积。
193.第一超导线、第二超导线、第三超导线和第四超导线可以通过直蒸发或斜蒸发工艺制备。
194.当通过直蒸发工艺制备时，请参考图15，在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤，即步骤s21c包括：
195.s211e：形成第一光刻胶层于衬底上。
196.如图16a所示，是在衬底上形成第一光刻胶层后的示意图。衬底100上形成第一光刻胶层210。
197.s212e：在第一光刻胶层上曝光出相互连通的第一沟道和第二沟道。
198.如图16b所示，是在第一光刻胶层上曝光出第一沟道和第二沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第一光刻胶层210上曝光出相互连通的第一沟道201和第二沟道202。
199.s213e：对第一沟道和第二沟道进行垂直蒸镀，在第一沟道和第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
200.如图16c所示，是形成第一超导线和第二超导线后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第一沟道201内形成第一超导线101，在第二沟道202内形成第二超导线102，由于第一沟道201和第二沟道202相互连通，因此第一超导线101与第二超导线102连接。
201.进一步的，在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线和与第二超导线交叠的多条第四超导线的步骤，即步骤s22c包括：
202.s221e：剥离第一光刻胶层，形成第二光刻胶层于衬底上。
203.如图16d所示，是在衬底上形成第二光刻胶层后的示意图。第一光刻胶层210剥离后，衬底100上形成第二光刻胶层220。
204.s222e：在第二光刻胶层上曝光出与第一超导线相交的第三沟道和分别与第二超导线相交的多条第四沟道。
205.如图16e所示，是在第二光刻胶层上形成第三沟道和多条第四沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在第二光刻胶层220上曝光出第三沟道203和多条第四沟道204，第三沟道
203与第一超导线101相交，因此会暴露出第一超导线101，多条第四沟道204分别与第二超导线102相交，因此会暴露出第二超导线102。
206.s223e：在第三沟道内的第一超导线以及第四沟道内的第二超导线表面形成势垒层。
207.如图16f所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第三沟道203内的第一超导线101表面和第四沟道204内的第二超导线102表面形成势垒层110。
208.s224c：对第三沟道和第四沟道进行垂直蒸镀，在第三沟道和各第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
209.如图16g和16h所示，图16g是形成第三超导线和多条第四超导线后的示意图，图16h是去掉第二光刻胶层后的示意图。通过直蒸发工艺进行垂直蒸镀，在第三沟道203内形成第三超导线103，在各第四沟道204内分别形成第四超导线104，由于第三沟道203与第一超导线101相交，各第四沟道204与第二超导线102相交，因此第一超导线101与第三超导线103交叠、第二超导线102与各第四超导线104交叠，且中间均夹设有势垒层110，那么交叠处分别形成第一约瑟夫森结11和第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，第二超导线102、多条第四超导线104与多个第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
210.当通过斜蒸发工艺制备时，请参考图17，在衬底上形成相互连接的第一超导线和第二超导线的步骤，即步骤s21c包括：
211.s211f：形成光刻胶层于衬底上。
212.如图18a所示，是在衬底上形成光刻胶层后的示意图。衬底100上形成光刻胶层230。
213.s212f：在光刻胶层上曝光出第一沟道和第二沟道，以及与第一沟道垂直交叉的第三沟道和分别与第二沟道垂直交叉的多条第四沟道，其中，第一沟道和第二沟道平行且连通。
214.如图18b所示，是在光刻胶层上形成第一沟道、第二沟道、第三沟道和多条第四沟道后的示意图。通过曝光显影工艺，在光刻胶层230上曝光出第一沟道201、第二沟道202、第三沟道203和多条第四沟道204。第一沟道201和第二沟道202平行且相互连通。第一沟道201与第三沟道203垂直交叉，多条第四沟道204分别与第二沟道202垂直交叉。
215.s213f：沿平行于第一沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第一沟道和第二沟道内分别形成第一超导线和第二超导线。
216.如图18c所示，是形成第一超导线和第二超导线后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第一沟道201方向进行倾斜蒸镀，仅在第一沟道201和第二沟道202内镀膜分别形成第一超导线101和第二超导线102。
217.进一步的，在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层，并在衬底上形成与第一超导线交叠的第三超导线和与第二超导线交叠的多条第四超导线的步骤，即步骤s22c包括：
218.s221f：在第一超导线和第二超导线表面形成势垒层。
219.如图18d所示，是形成势垒层后的示意图。通过氧化等工艺，在第一超导线101表面和第二超导线102表面形成势垒层110。
220.s222f：沿平行于第三沟道方向进行倾斜蒸镀，使得仅在第三沟道和各第四沟道内分别形成第三超导线和第四超导线。
221.如图18e和18f所示，图18e是形成第三超导线和多条第四超导线后的示意图，图18f是去掉光刻胶层后的示意图。通过斜蒸发工艺沿平行于第三沟道203方向进行倾斜蒸镀，仅在第三沟道203和第四沟道204内镀膜分别形成第三超导线103和第四超导线104。由于第三沟道203与第一超导线101相交，各第四沟道204与第二超导线102相交，因此第一超导线101与第三超导线103交叠、第二超导线102与第四超导线104交叠，且中间均夹设有势垒层110，那么第交叠处分别形成第一约瑟夫森结11和第二约瑟夫森结21，第一超导线101、第三超导线103与第一约瑟夫森结11构成第一结电路1，第二超导线102、第四超导线104与第二约瑟夫森结21构成第二结电路2。
222.在本实施例中，沿平行于第三沟道方向进行的倾斜蒸镀的次数为两次，两次倾斜蒸镀的镀膜角度之和为180度，进行两次倾斜蒸镀能够避免出现线条缺陷。
223.本发明还提供一种超导量子干涉仪，超导量子干涉仪根据前述实施例的超导量子干涉仪的制备方法制备得到。由于第一结电路与第二结电路的等效电阻不相等，因此超导量子干涉仪的非对称性提高，从而能够提高非简并点的比特频率，应用本技术超量量子干涉仪的量子比特相应的会提升非简并点拥有的退相干时间，实现更强的量子信息处理能力。
224.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
225.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。