超导磁通量子比特电路的电子束蒸发制备及其参数设计

超导磁通量子比特论文 电子束蒸发论文
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以量子计算机和长程量子通信为研究目标的量子信息科学是目前信息科学的研究前沿,在传统计算机遭遇摩尔定律带来的技术瓶颈和物理极限的现状下,量子计算这个新型的计算体系让我们看到了新的希望。能够满足量子计算条件的物理载体中,超导约瑟夫森结系统是最有发展潜力的量子比特系统之一,它基于超导宏观量子相干效应。本论文对超导量子比特的电子束蒸发制备工艺、磁通量子比特电路的结构和参数设计进行深入细致的研究工作。主要的研究内容工作及成果有:1.电子束蒸发制备工艺针对新设计制做的多源电子束蒸发设备系统,进行仪器的操作与调试,整理和归纳了仪器调试和试蒸发数据,确定了蒸发最佳条件,工艺参数的范围,并针对蒸发过程中出现的几个主要的问题:Al材料爬壁溢出问题和坩埚散热不佳问题等,分析了它们发生的原因,并提出了解决办法。2.超导磁通量子比特电路的结构设计阐述了组成超导磁通量子比特电路的核心部件:RF-SQUID.DC-SQUID.偏置电路三个部分的原理。分析了它们的功能和影响其量子状态的参数,以及各部分之间的互相作用和影响,使系统能够满足量子计算的要求。3.超导磁通量子比特电路的参数设计引出了影响RF-SQUID势能函数的两个重要参数外磁通Φx和βL,并根据RF-SQUID系统势阱中的能级数目与相对势垒高度之间的关系,对能级数与参数Φx、和βL的关系进行了Matlab仿真,由此得出了βL与RF-SQUID环路电感的对应数值关系,将其用于超导磁通量子比特电路的光刻掩膜版图设计中。最后完成了超导磁通量子比特电路的光刻掩膜版图设计。电子束蒸发制备工艺以及超导磁通量子比特电路的设计为超导量子比特电路的制备提供了坚实的实验基础,对于超导量子比特技术的发展具有重要的意义。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
第一章 引言第9-14页
    1.1 量子计算机第9-10页
    1.2 超导量子比特第10-11页
    1.3 超导量子干涉仪(SQUID)第11-14页
第二章 超导量子比特第14-26页
    2.1 约瑟夫森结第14-18页
        2.1.1 约瑟夫森效应第14-15页
        2.1.2 SM模型第15-16页
        2.1.3 约瑟夫森结的I-V曲线第16-18页
    2.2 超导量子比特和超导量子干涉器(SQUID)第18-26页
        2.2.1 超导电性第18-20页
        2.2.2 超导量子比特第20-22页
        2.2.3 超导量子干涉器(SQUID)第22-26页
第三章 电子束蒸发系统第26-52页
    3.1 电子束蒸发的主要原理和特点第26-27页
    3.2 电子束蒸发系统结构第27-31页
        3.2.1 真空系统第28-29页
        3.2.2 蒸发系统第29-30页
        3.2.3 辅助设备第30-31页
    3.3 操作与调试第31-38页
    3.4 设计改进与工艺参数优化第38-45页
    3.5 存在问题和解决方法第45-52页
第四章 超导磁通量子比特电路的参数设计第52-66页
    4.1 磁通量子比特电路设计原理第52页
    4.2 超导磁通量子比特电路的结构设计第52-57页
        4.2.1 RF-SQUID第52-54页
        4.2.2 DC-SQUID第54-56页
        4.2.3 超导磁通量子比特的电路框图第56-57页
    4.3 超导磁通量子比特电路的参数设计第57-63页
        4.3.1 双势阱的主要参量第57-58页
        4.3.2 能级数量及其相关参数第58-60页
        4.3.3 I_C和电感的理论值计算第60-61页
        4.3.4 电感的仿真值计算第61-63页
    4.4 版图设计第63-66页
第五章 总结第66-68页
参考文献第68-71页
硕士期间研究成果第71-72页
致谢第72-73页
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