一种离子阱和量子计算机的制作方法

1.本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱和量子计算机。


背景技术：

2.离子量子计算需要将量子比特编码在离子的电子内态，这一切的基础需要利用一种离子阱稳定捕获离子，即通过在离子阱上施加的直流电压和射频电压形成的势阱，将带电离子捕获并囚禁在真空环境中。
3.为了充分利用半导体芯片工艺的集成化和流水线化优势，基于微纳加工的芯片离子阱应运而生。这种离子阱将各种直流电极和射频电极图形化于一块硅晶片上，实现了基于微纳加工技术的芯片离子阱的批量化生产。基于微纳加工技术的芯片离子阱避免了一般宏观离子阱依赖于人工组装的劣势，具有高度流程化和品控优异等优势，但其平面结构决定了离子被囚禁在平面上方，离子囚禁势场深度较小，导致离子囚禁不如宏观离子阱稳定；此外，上述二维平面结构所提供的囚禁电势阱比较浅，无法稳定囚禁大规模二维离子晶体，即便囚禁了二维晶体，由于射频电极关于晶体平面没有对称性，还会出现离子微运动(micromotion)不在晶体平面内的情况，严重影响量子计算操作的保真度；此外，在平面结构的芯片阱中相邻电极之间的间距通常在10微米左右，限制了表面闪络击穿发生前所能承受的射频电压幅值，因此无法施加更高的射频电压去产生更强的囚禁势。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本实用新型实施例提供一种离子阱及量子计算机，能够提升离子阱的离子囚禁势场的深度。
6.本实用新型实施例提供了一种离子阱，包括：面对面对齐的第一模块和第二模块；其中，
7.第一模块和第二模块的电极结构相同，第一模块或第二模块包括：在硅晶片上制备的直流电极和射频电极。
8.在一种示例性实例中，所述面对面对齐包括：
9.所述第一模块的射频电极面向所述第二模块的射频电极，且所述第一模块和所述第二模块对齐。
10.在一种示例性实例中，所述面对面对齐包括：
11.所述第一模块的直流电极面向所述第二模块的直流电极，且所述第一模块和所述第二模块对齐。
12.在一种示例性实例中，所述第一模块和第二模块之间粘连固定。
13.在一种示例性实例中，所述第一模块和所述第二模块之间包含粘接块，用于粘连所述第一模块和所述第二模块。
14.在一种示例性实例中，所述第一模块和所述第二模块上，均刻蚀有一个以上用于添加所述粘接块的定位凹槽。
15.在一种示例性实例中，所述粘接块包括焊接球。
16.还一方面，本实用新型实施例还提供量子计算机，包括上述离子阱：
17.本技术技术方案的离子阱包括：面对面对齐的第一模块和第二模块；其中，第一模块和第二模块的电极结构相同，第一模块或第二模块包括：在硅晶片上制备的直流电极和射频电极。本实用新型实施例基于面对面对齐的第一模块和第二模块固定连接获得离子阱，提升了离子囚禁势场的深度，为大规模离子量子计算提供了技术支持。
18.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
19.附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
20.图1为本实用新型实施例离子阱的结构框图。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
22.图1为本实用新型实施例离子阱的结构框图，如图1所示，包括：面对面对齐(图1以第一模块的射频电极面向第二模块的射频电极作为示例示意)的第一模块和第二模块；其中，
23.第一模块和第二模块结构相同，第一模块或第二模块分别包括：在硅晶片上制备的直流电极和射频电极。
24.本实用新型实施例基于面对面对齐的第一模块和第二模块固定连接获得离子阱，提升了离子囚禁势场的深度，为大规模离子量子计算提供了技术支持。
25.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的面对面对齐包括：
26.第一模块的射频电极面向第二模块的射频电极，且第一模块和第二模块对齐。
27.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的面对面对齐包括：
28.第一模块的直流电极面向第二模块的直流电极，且第一模块和第二模块对齐。
29.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的面对面对齐包括：
30.第一模块的射频电极面向第二模块的直流电极，且第一模块和第二模块对齐。
31.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的面对面对齐包括：
32.第一模块的直流电极面向第二模块的射频电极，且第一模块和第二模块对齐。
33.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中第一模块和第二模块之间粘连固定。
34.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的第一模块和第二模块之间可以采用
包括固定器械在内的介质进行固定，例如、通过螺丝进行固定。
35.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块和第二模块之间包含粘接块，用于粘连第一模块和第二模块。
36.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中面对面对齐为第一模块的射频电极面向第二模块的射频电极且第一模块和第二模块对齐时，第一模块的射频电极和第二模块的射频电极之间包含粘接块，用于粘连第一模块的射频电极和第二模块的射频电极。
37.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中面对面对齐为第一模块的直流电极面向第二模块的直流电极且第一模块和第二模块对齐时，第一模块的直流电极和第二模块的直流电极之间包含粘接块，用于粘连第一模块的直流电极和第二模块的直流电极。
38.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块的直流电极面向第二模块的直流电极，或第一模块的射频电极面向第二模块的射频电极时，电极结构相同的第一模块和第二模块在拼接对齐后，电极分布关于拼接面镜面对称。
39.需要说明的是，此处对齐允许有一定的对齐误差。
40.在一种示例性实例中，本实用新型实施例可以通过相关技术中可用于粘连的半导体材料，对第一模块和第二模块进行粘连处理。
41.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块和第二模块上，均刻蚀有一个以上用于添加粘接块的定位凹槽。
42.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的第一模块的射频电极面向第二模块的射频电极时，第一模块的射频电极和第二模块的射频电极上，均刻蚀有一个以上用于添加粘接块的定位凹槽。
43.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的第一模块的直流电极面向第二模块的直流电极时，第一模块的直流电极和第二模块的直流电极上，均刻蚀有一个以上用于添加粘接块的定位凹槽。
44.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的上述离子阱可用于实现离子的囚禁，包括但不限于一维离子和二维离子的囚禁。
45.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块和第二模块可以基于微机电(mems)技术加工实现。第一模块和第二模块可以通过集成电路兼容的对齐技术相连接。
46.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块参照相关技术还生长有二氧化硅的介质层。
47.在一种示例性实例中，本实用新型实施例可以直接在硅晶片的两面，对硅晶片进行刻蚀、沉积以及图形化工艺处理，对衬底结构进行加工并在其上形成直流电极和射频电极。
48.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第二模块参照相关技术还生长有二氧化硅的介质层。
49.在一种示例性实例中，本实用新型实施例第一模块的射频电极和第二模块的射频电极之间包含粘接块，用于粘连第一模块的射频电极和第二模块的射频电极。
50.在一种示例性实例中，本实用新型实施例通过热风回流焊技术粘连第一模块和第二模块。
51.需要说明的是，本实用新型实施例可以采用相关技术中的其他工艺进行第一模块
和第二模块的粘连。
52.在一种示例性实例中，本实用新型实施例中的粘接块包括焊接球。
53.本实用新型实施例还提供一种量子计算机，包括上述的离子阱。
54.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。