一种参量放大装置及其制备方法与流程

专利2022-05-10  1



1.本发明属于量子计算机领域,特别是一种参量放大装置及其制备方法。


背景技术:

2.在量子计算领域中,为了得到量子芯片的运算结果,我们需要对量子芯片的输出信号即量子比特读取信号进行采集和分析,通常量子比特读取信号非常微弱,一般需要在量子比特读取信号的输出线路中加放大器用以提高信号强度,通常采用量子参量放大装置。
3.量子芯片输出的待放大信号中还包括一些干扰信号,经过参量放大装置放大之后,干扰信号也会被放大,大大降低了放大后的信号精度。现有的量子参量放大装置缺乏处理上述干扰信号的功能。


技术实现要素:

4.本发明的目的是提供一种参量放大装置及其制备方法,以解决现有技术中的不足,它提供了一种带有滤波电路的参量放大装置及其制备方法。
5.本技术的一个实施例提供了一种参量放大装置,所述参量放大装置用于处理量子芯片输出的待放大信号,所述参量放大装置包括:
6.位于封装基板上的第一共面波导传输线;
7.位于参量放大功能芯片上的第二共面波导传输线;以及
8.滤波电路,所述滤波电路的一端与所述第一共面波导传输线电连接,另一端与所述第二共面波导传输线电连接。
9.如上所述的参量放大装置,其中,所述滤波电路为低通滤波电路。
10.如上所述的参量放大装置,其中,所述低通滤波电路为巴特沃兹滤波电路,且所述巴特沃兹滤波电路至少为四阶。
11.如上所述的参量放大装置,其中,所述滤波电路包括:
12.具有第一等效电感的第一传输元件和对地具有第一等效电容的第二传输元件,所述第一传输元件和所述第二传输元件位于所述封装基板上,且所述第一传输元件与所述第一共面波导传输线电连接;
13.具有第二等效电感的键合连接线和对地具有第二等效电容的键合连接部,所述键合连接部位于所述参量放大功能芯片上且与所述第二共面波导传输线电连接;
14.且所述第一传输元件、所述第二传输元件、所述键合连接线、所述键合连接部依次电连接。
15.如上所述的参量放大装置,其中,所述第一传输元件、所述第二传输元件均为共面波导传输线形成的元件,且所述第一传输元件的宽度小于所述第二传输元件的宽度,所述第一传输元件的对地间距大于所述第二传输元件的对地间距。
16.如上所述的参量放大装置,其中,所述第二共面波导传输线为阻抗变换传输线。
17.如上所述的参量放大装置,其中,所述第一共面波导传输线、所述第二共面波导传输线均为超导共面波导传输线。
18.本发明的另一个实施例提供了一种参量放大装置的制备方法,包括:
19.形成第一共面波导传输线于封装基板上;
20.形成第二共面波导传输线于参量放大功能芯片上;
21.形成滤波电路,所述滤波电路的一端与所述第一共面波导传输线电连接,另一端与所述第二共面波导传输线电连接。
22.如上所述的制备方法,所述形成滤波电路的步骤包括:
23.形成具有第一等效电感的第一传输元件和对地具有第一等效电容的第二传输元件于所述封装基板上,且所述第一传输元件与所述第一共面波导传输线电连接;
24.形成键合连接部于所述参量放大功能芯片上,且所述键合连接部与所述第二共面波导传输线电连接;
25.形成键合连接线电连接所述第二传输元件和所述键合连接部。
26.如上所述的制备方法,所述滤波电路的截止频率大于待放大信号的频率。
27.与现有技术相比,本发明中,通过设置滤波电路,量子芯片输出的待放大信号通过第一共面波导传输线、滤波电路输入参量放大功能芯片内,利用滤波电路对量子芯片输出的待放大信号进行过滤,滤除待放大信号中包含的干扰信号,从而提高待放大信号的精度,进而提高参量放大装置放大后的信号的精度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为现有技术中参量放大装置的示意图;
30.图2为本发明实施例提供的参量放大装置的示意图;
31.图3为图2中滤波电路的等效电路图;
32.图4为本发明一个实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图;
33.图5为本发明又一实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图;
34.图6为本发明另一实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图;
35.图7为本发明再一实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图。
36.附图标记说明:1

第一共面波导传输线;2

滤波电路;3

参量放大功能芯片;4

封装基板;5

第二共面波导传输线;
37.21

第一传输元件;22

第二传输元件;23

键合连接线;24

键合连接部。
具体实施方式
38.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本技术
的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本技术各实施例中,为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便,不应对本技术的具体实现方式构成任何限定,各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
40.需要说明的是,本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.另外,应该理解的是,当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时,它可以直接位于另一个层或衬底上,和/或还可以存在插入层。另外,应该理解,当层被称作在另一个层“下”时,它可以直接位于另一个层下,和/或还可以存在一个或多个插入层。另外,可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。
42.图1为现有技术中,参量放大装置的结构示意图。
43.现有的参量放大装置,包括封装基板4和安装在封装基板4上的参量放大功能芯片3,参量放大功能芯片3上设置有键合连接部24,键合连接部24通过键合连接线23与封装基板4电连接,量子芯片输出的待放大信号中包含有一些干扰信号,参量放大装置在对上述待放大信号进行放大时,干扰信号也会随之被放大,导致放大后的信号精度较低。
44.连接参量放大功能芯片3与封装基板4的键合连接线23往往采用金属键合线,示例性的,键合连接线23为直径25um的铝丝键合线,在参量放大装置内的传输线路中,可将键合连接线23视为具有等效电感的元件,所述键合连接部24往往采用铝膜制成,可将键合连接部24视为对地具有等效电容的元件。
45.本发明的实施例提出一种参量放大装置及其制备方法,以解决现有技术中,量子参量放大装置缺乏处理干扰信号的功能,放大后的信号精度较低的问题。
46.结合附图2,本发明实施例提供一种参量放大装置,所述参量放大装置用于处理量子芯片输出的待放大信号,所述参量放大装置包括:位于封装基板4上的第一共面波导传输线1,所述参量放大装置的外壳上安装有信号接头,量子芯片输出的待放大信号通过信号接头输入参量放大装置内,所述信号接头与所述第一共面波导传输线1电连接,示例性的,一种具体的方式为,所述信号接头为射频连接器,所述参量放大功能芯片3上设置有第二共面波导传输线5;
47.所述参量放大装置还包括滤波电路2,所述滤波电路2的一端与所述第一共面波导传输线1电连接,另一端与所述第二共面波导传输线5电连接,量子芯片输出的待放大信号通过信号接头传输至第一共面波导传输线1,再经过滤波电路2传输至位于参量放大功能芯片3上的第二共面波导传输线5,利用参量放大功能芯片3对量子芯片输出的待放大信号进行放大处理。
48.在本技术实施例中,示例性的,所述封装基板4可以采用pcb板或陶瓷基板等。
49.在参量放大装置在工作过程中,量子芯片的输出信号依次通过第一共面波导传输线1、滤波电路2、第二共面波导传输线5输入参量放大功能芯片3内,通过在参量放大装置内设置滤波电路2,利用滤波电路2对量子芯片输出的待放大信号进行过滤,滤除上述待放大信号中包含的干扰信号,从而提高待放大信号的精度,提升参量放大装置内部线路的传输性能,从而提高参量放大装置放大后的信号的精度。
50.需要说明的是,在微波领域,共面波导是制备在介质层表面的三条平行的金属薄膜导带层,其中位于中心的导带层用于传输微波信号,两侧的导带层均连接到地平面,与一般电路最大的区别是,共面波导是一种分布式电路元件,其电容/电感/导抗/阻抗均匀地沿着共面波导信号传播方向分布,共面波导传播的是tem波,沿着信号传播方向,信号能够几乎无损地通过;此外,共面波导没有截止频率,而常见的集总式电路均存在截止频率。对于一段均匀的共面波导来说,绝大部分频段的微波信号都能畅通无阻地传输,因而又叫传输线,即共面波导传输线。
51.在本发明的一些实施例中,所述滤波电路2为低通滤波电路2,可以根据实际使用需求,设定低通滤波电路2的截止频率,采用低通滤波电路2,可以滤除量子芯片的输出信号中掺杂的高于所述低通滤波电路2截止频率的干扰信号,从而提高待放大信号的精度,提升参量放大装置内部线路的传输性能。
52.示例性的,一种具体的方式为,所述低通滤波电路2为巴特沃兹滤波电路,且所述巴特沃兹滤波电路至少为四阶,巴特沃兹滤波电路在传输信号的过程中,具有更好的通带稳定性和更优的通带到阻带衰减陡度。
53.结合附图2、附图3,在本发明的一些实施例中,所述滤波电路2包括具有等效电感的第一传输元件21和对地具有等效电容的第二传输元件22,所述第一传输元件21和所述第二传输元件22位于所述封装基板4上,且所述第一传输元件21与所述第一共面波导传输线1电连接;所述滤波电路2还包括具有第二等效电感的键合连接线23和对地具有第二等效电容的键合连接部24,所述键合连接部24位于所述参量放大功能芯片3上且与所述第二共面波导传输线5电连接,且所述第一传输元件21、所述第二传输元件22、所述键合连接线23、所述键合连接部24依次电连接。所述滤波电路2的等效电路图如附图3所示,所述第一传输元件21具有等效电感l1,所述第二传输元件22对地具有等效电容c1,所述键合连接线23具有等效电感l2,所述键合连接部24对地具有等效电容c2,所述第一传输元件21的第一端与所述第一共面波导传输线1电连接,所述第一传输元件21的第二端与所述第二传输元件22电连接,所述第二传输元件22与所述键合连接线23的第一端电连接,所述键合连接线23的第二端与键合连接部24电连接,所述键合连接部24与所述第二共面波导传输线5电连接。
54.利用第一传输元件21、第二传输元件22、键合连接线23、键合连接部24构建四阶巴特沃兹滤波电路,从而对参量放大装置内部的传输电路进行优化,在量子芯片输出的待放大信号的传递过程中,利用四阶巴特沃兹滤波电路对待放大信号中的干扰信号进行滤除,本实施例中将具有电容、电感效应的键合连接线23、键合连接部24作为四阶巴特沃兹滤波器中的元件,在设计和构建四阶巴特沃兹滤波电路时即考虑键合连接线23、键合连接部24的影响,将键合连接线23、键合连接部24纳入设计优化范围,使键合连接线23、键合连接部24成为滤波电路2中的一部分,通过设置四阶巴特沃兹滤波电路,使参量放大装置内部的传输电路具有更好的通带稳定性,通带到阻带的衰减陡度更大,从而提升线路的传输性能。
55.需要特别说明的是,在本发明的一些实施例中,所述第一传输元件21、所述第二传输元件22均为共面波导传输线形成的元件,且所述第一传输元件21的宽度小于所述第二传输元件22的宽度,所述第一传输元件21的对地间距大于所述第二传输元件22的对地间距。第一传输元件21、第二传输元件22均由形成在封装基板4上的共面波导传输线构成的,在封装基板4的设计制备过程中,可以同步制备形成第一共面波导传输线1和第一传输元件21、第二传输元件22。所述第一传输元件、所述第二传输元件22的物理尺寸,即第一传输元件、第二传输元件22的宽度、对地间距决定了第一传输元件、第二传输元件22的电性参数,实施者可以根据实际使用需求,确定第一传输元件、第二传输元件22的实际加工尺寸。示例性的,一种具体的方式为,所述第一传输元件21的宽度为0.08

0.14mm,所述第一传输元件21的对地间距为1.05

1.11mm,所述第二传输元件22的宽度为1.98

2.04mm,所述第二传输元件22的对地间距为0.08

0.14mm。
56.图4为本发明一个实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图,图5为本发明另一个实施例提供的参量放大装置中滤波电路的等效电路图。
57.结合图4和图5所示,在本发明的一些实施例中,所述滤波电路2还包括至少一组滤波组件,所述滤波组件设置在封装基板4上,所述滤波组件包括具有等效电感的第一滤波元件和对地具有等效电容的第二滤波元件。
58.如附图4所示,在本发明的一些实施例中,包括一组滤波组件,在所述滤波组件中,第一滤波元件的第一端与所述第一传输元件21的第二端电连接,第一滤波元件的第二端与第二滤波元件电连接,第二滤波元件与所述键合连接线23的信号输入端电连接,由此构建出六阶巴特沃兹滤波电路。
59.如附图5所示,在本发明的另一些实施例中,包括两组或两组以上的滤波组件,各个滤波组件依次连接,接入所述滤波电路2中的第一传输元件21、键合连接线23之间,构建出八阶、十阶、十二阶等巴特沃兹滤波电路。
60.通过在滤波电路2中设置滤波组件,可以进一步提升滤波效果,提升滤波电路2的通带稳定性,提高滤波电路2的信号传输特性。
61.需要特别说明的是,在本发明的一些实施例中,所述第一滤波元件、所述第二滤波元件均为共面波导传输线形成的元件,在封装基板4的设计制备过程中,在制备第一共面波导传输线1、第一传输元件21、第二传输元件22的同时,可以同步制备形成所述第一滤波元件和所述第二滤波元件。
62.如附图6、附图7所示,在本发明的一些实施例中,所述滤波电路2还包括对地具有等效电容c0的辅助传输元件,所述辅助传输元件与所述第一传输元件21的信号输入端电连接,所述辅助传输元件还与第一共面波导传输线1电连接。所述辅助传输元件设置在封装基板4上。
63.通过在滤波电路2的信号输入端增设一个对地具有等效电容的辅助传输元件,可以提升滤波电路2的滤波效果,进一步提高滤波电路2的线路传输特性。
64.需要特别说明的是,在本发明的一些实施例中,所述辅助电容元件为共面波导传输线形成的元件,在封装基板4上设计制备第一共面波导传输线1、第一传输元件21、第二传输元件22时,可以同步设计制备辅助传输元件。
65.需要特别说明的是,在本发明的一些实施例中,所述第二共面波导传输线5为阻抗
变换传输线,以实现参量放大功能芯片3内部电路的特性阻抗与滤波电路2的特性阻抗相匹配,优化线路传输性能。
66.需要特别说明的是,在本发明的一些实施例中,所述第一共面波导传输线1、所述第二共面波导传输线5均为超导共面波导传输线,使得本发明提供的参量放大装置可以在超导环境下运行,适配超导量子芯片。
67.本技术实施例提出的一种参量放大装置的制备方法,包括:
68.形成第一共面波导传输线1于封装基板4上,示例性的,所述封装基板4可以采用pcb板,在pcb板上制备第一共面波导传输线1,示例性的,所述第一共面波导传输线1由超导材料制成,可选的,所述超导材料为铝,铝在低温下,例如稀释制冷机中,具有超导特性;
69.形成第二共面波导传输线5于参量放大功能芯片3上,示例性的,所述参量放大功能芯片3为超导量子参量放大功能芯片,所述参量放大功能芯片3安装在封装基板4上;
70.形成滤波电路2,所述滤波电路2的一端与所述第一共面波导传输线1电连接,另一端与所述第二共面波导传输线5电连接,所述滤波电路2的一部分位于封装基板4上,一部分位于参量放大功能芯片3上。
71.在本发明的一些实施例中,所述形成滤波电路2的步骤包括:
72.形成具有第一等效电感的第一传输元件21和对地具有第一等效电容的第二传输元件22于所述封装基板4上,且所述第一传输元件21与所述第一共面波导传输线1电连接,示例性的,一种具体的方式为,所述第一传输元件21、所述第二传输元件22均为共面波导连接线,均由超导材料制作而成,所述第一传输元件21的宽度为0.08

0.14mm,所述第一传输元件21的对地间距为1.05

1.11mm,所述第二传输元件22的宽度为1.98

2.04mm,所述第二传输元件22的对地间距为0.08

0.14mm;
73.形成键合连接部24于所述参量放大功能芯片3上,且所述键合连接部24与所述第二共面波导传输线5电连接;
74.形成键合连接线23电连接所述第二传输元件22和所述键合连接部24,示例性的,所述键合连接线23为直径25um的铝丝键合线。
75.利用第一传输元件21、第二传输元件22、键合连接线23、键合连接部24构建四阶巴特沃兹滤波电路,利用巴特沃兹滤波电路可以对量子芯片输出的待放大信号进行过滤,从而实现对量子参量放大装置内部的传输电路进行优化,并巧妙地将键合连接线23、键合连接部24纳入优化范围,提升线路传输性能。
76.在本发明的一些实施例中,所述形成滤波电路2的步骤还包括:
77.在封装基板4上形成至少一组滤波组件,所述滤波组件包括具有等效电感的第一滤波元件和对地具有等效电容的第二滤波元件,所述第一滤波元件、所述第二滤波元件均为共面波导传输线形成的元件。
78.所述滤波电路2的等效电路图如附图4、附图5所示。
79.如附图4所示,在本发明的一些实施例中,包括一组滤波组件,在所述滤波组件中,第一滤波元件的一端与所述第一传输元件21的第二端电连接,第一滤波元件的第二端与第二滤波元件的第一端连接,第二滤波元件的第二端接地,第一滤波元件的第二端与所述键合连接线23的第一端电连接。
80.如附图5所示,在本发明的另一些实施例中,包括两组或两组以上的滤波组件,各
个滤波组件依次连接,接入所述滤波电路2中的第一传输元件21、键合连接线23之间。
81.通过在滤波电路2中设置滤波组件,可以进一步提升滤波效果,提升滤波电路2的通带稳定性,提高滤波电路2的信号传输特性。
82.在本发明的一些实施例中,所述形成滤波电路2的步骤还包括:
83.在封装基板4上形成对地具有等效电容c0的辅助传输元件,所述辅助传输元件为共面波导传输线形成的元件,所述辅助传输元件与所述第一传输元件21的信号输入端电连接,所述辅助传输元件还与第一共面波导传输线1电连接。通过在滤波电路2的信号输入端增设一个辅助传输元件,可以提升滤波电路2的滤波效果,进一步提高滤波电路2的信号传输特性。
84.在本发明的一些实施例中,所述滤波电路2的截止频率大于待放大信号的频率,防止待放大信号被滤波电路2过滤。
85.与现有技术相比,利用本技术实施例中的制备方法制备的参量放大装置,可以在超导环境下运行,与超导量子芯片适配使用,通过在参量放大装置内部形成滤波电路2,优化参量放大装置内部的线路传输特性,可以对超导量子芯片输出的待放大信号进行过滤,除去混杂在待放大信号中的干扰信号,从而提高待放大信号的精度,进而提高参量放大装置放大后的信号的精度。
86.以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果,以上所述仅为本发明的较佳实施例,但本发明不以图面所示限定实施范围,凡是依照本发明的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围内。
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