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超导体 - 触发器零件中的分解性方面
混合超导体 - 触发器设备为固态量子信息处理提供了独特的优势。特别是，自十年前的成立以来，Gatemon Qubit已被证明是一个多功能的实验平台。对于所有类型的Qubits，理解和克服的破坏性是向大规模量子计算进展的重要部分。在本论文中，提出了与GATEMON中的分层有关的三个不同的研究。首先，在有限的磁场中研究了在Inas纳米线中形成的带有完全覆盖的壳的gatemon。在应用领域中调查该系统的是可能存在Majorana零模式的可能性，该模式可用于防止逆转。观察到量子转换频率对磁场的非单调依赖性被观察并解释为破坏性的小公园效应。没有观察到有限的主要耦合（E M）的特征。通过测量值的电荷分散体，将上限放置在E m / h <10mHz时。接下来，研究了纳米诺威氏菌在纳米线gatemon中诱导的奇偶校验切换。准颗粒中毒会导致逆转状态，并且是超导Qubits损失的重要来源。在零磁场时，发现切换在100 ms的时间尺度上发生。随着温度或磁场的增加，切换速率被观察到第一个常数，然后呈指数增加，这与共存非平衡和热准粒子的常规图片一致。在零磁场上缓慢的平价切换对于gatemon连贯时间的未来发展有希望。最后，提出了对基于2DEG的盖特尼人的早期结果，其多个大门接近约瑟夫森交界处。
探索基于纳米线的超导量子位的半导体约瑟夫森结
本论文研究基于近端 InAs/Al 纳米线的超导量子比特。这些量子比特由半导体约瑟夫森结组成，并呈现了 transmon 量子比特的门可调导数。除了门控特性之外，这个新量子比特（gatemon）还根据操作方式表现出完全不同的特性，这是本论文的主要重点。首先，系统地研究了 gatemon 的非谐性。在这里，我们观察到与传统 transmon 结果的偏差。为了解释这一点，我们推导出一个简单的模型，该模型提供了有关半导体约瑟夫森结传输特性的信息。最后，我们发现该结主要由 1-3 个传导通道组成，其中至少一个通道的传输概率达到大于 0.9 的某些门电压，这与描述传统 transmon 结的正弦能量相位关系形成鲜明对比。接下来，我们介绍了一种新的门控设计，其中半导体区域作为场效应晶体管运行，以允许通过门控设备进行传输，而无需引入新的主导弛豫源。此外，我们展示了传输和过渡电路量子电动力学量子比特测量之间的明显相关性。在这种几何结构中，对于某些栅极电压，我们在传输和量子比特测量中都观察到量子比特谱中的共振特征。在共振过程中，我们仔细绘制了电荷弥散图，在共振时，电荷弥散显示出明显抑制的数量级，超出了传统的预期。我们通过几乎完美传输的传导通道来解释这一点，该通道重新规范了超导岛的电荷。这与开发的共振隧穿模型在数量上一致，其中大传输是通过具有近乎对称的隧道屏障的共振水平实现的。最后，我们展示了与大磁场和破坏性 Little-Parks 机制中的操作的兼容性。当我们进入振荡量子比特谱的第一叶时，我们观察到出现了额外的相干能量跃迁。我们将其解释为安德烈夫态之间的跃迁，由于与 Little-Parks 效应相关的相位扭曲，安德烈夫态在约瑟夫森结上经历了路径相关的相位差。这些观察结果与数值结模型定性一致。
一个低温CMOS芯片，用于生成多个Qubits的控制信号
问题1 - 5。但是，有用的量子计算机将需要大量的高保真量子台和控制界面6 - 14，该界面6 - 14通过经典（通常在室温下）和量子（通常在低温温度下）域之间传递信号（图1a）。与经典处理器不同，量子cir-cuits无法粉丝和扇出数据15、16，因此面临着重要的输入 - 输出瓶颈17。尤其是，量子计算机中的每个量子都由外部电路7、9、18单独控制，这为量子系统19增加了噪声和热量。蛮力的方法来管理这些信号（VIA）每量子的使用单个组件的使用 - 限制了这些系统的缩放潜力16。最近的最新实验说明了这种挑战，该实验需要大约200个宽带电缆，45个笨重的微波循环器和室温电子设备来控制53吨的室温（参考20）。在本文中，我们报告了一种基于芯片的低温含量金属 - 氧化物 - 氧化剂（CMOS）界面系统，该系统可以生成100 mk时多个Qubits的控制脉冲。我们的方法是基于具有超低功率分离并实现量子及其对照电路之间紧密整合的CMO芯片。我们的体系结构不需要控制系统和Qubits在同一基础21上的整体整合，也不需要从室温（或4 K）到每个量子11、13的单个电气连接。相反，我们的体系结构利用芯片到芯片互连22来管理输入 - 输出瓶颈，并有可能与各种基于半导体的Qubit平台相兼容，包括基于Majorana零模式（MZMS）23，Electron Spins 24或Gatemon 24或Gatemon设备25。
基于锗的超导体/半导体混合纳米结构用于量子信息
基于超导电路的超导量子比特由超导电容器和具有 transmon 几何的约瑟夫森结组成，广泛应用于高级量子处理器，追求可扩展的量子计算。transmon 的量子比特频率的调整依赖于超导环路中两个超导体-绝缘体-超导体 (S-I-S) 约瑟夫森结的超电流之间的磁通量相关干扰。基于超导体-半导体-超导体 (S-Sm-S) 材料的约瑟夫森结为门可调 transmon 提供了一种可能性，称为“gate-mon”，其中量子比特频率可以通过静电平均值进行调整。在 III-V 材料平台上实现的 gatemon 显示出 transmon 替代品的令人瞩目的发展，但在可扩展性方面仍然存在一个大问题。硅锗 (SiGe) 异质结构由于其高空穴迁移率和 Ge-金属界面的低肖特基势垒而成为承载混合器件的潜在平台之一。此外，与硅基半导体行业的兼容性是扩大量子比特平台的一个有力优势。在本论文中，我们基于 SiGe 异质结构中的 Al-Ge-Al 约瑟夫森结开发了门控。首先，建立了自上而下方法中约瑟夫森场效应晶体管 (JoFET) 的稳健制造配方。我们对 JoFET 进行了详尽的测量，以研究它们随栅极电压、温度和磁场变化的特性。这些器件显示了临界电流 (I C ) 和正常态电阻 (R N ) 的栅极可调性。估计这些器件具有高透明度的超导体-半导体界面，SiGe异质结构上的高 I C R N 乘积证明了这一点。在有限电压范围内，观察到对应于多个安德烈夫反射 (MAR) 的特征。然后，我们在 SiGe 异质结构上制造和表征氮化铌 (NbN) 超导谐振器。我们在传输模式下测量谐振器，并从传输系数 (S 21) 中提取谐振频率 (f r)、内部品质因数 (Q i) 和耦合品质因数 (Q c)。随后，我们开发了制造工艺，将与电容器分流的 Al-Ge-Al 结（换句话说，gatemon）集成到谐振器方案中，并根据设计进行制造。我们在其中一个制造的 gatemon 中演示了反交叉特性。使用双音光谱技术映射门控器的谐振频率，发现它是门可调的。量子位具有较大的光谱线宽，这意味着相干时间较低。此外，我们对超导量子干涉装置 (SQUID) 几何中的结进行了电流相位关系 (CPR) 测量。我们可以证明结构成非正弦 CPR。此外，在辐照结的电流-电压特性曲线中观察到整数和半整数 Shapiro 阶跃。这表明我们的结具有 cos 2 φ 元素，这可以为受保护的量子位开辟另一种可能性。