專利名稱：用于超導(dǎo)集成電路的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本系統(tǒng)和方法總體上涉及超導(dǎo)集成電路，并且具體地涉及減輕超導(dǎo)集成電路中元件間的不希望的互感偏差。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)量子位人們在考慮將多種不同的硬件和軟件途徑用于量子計(jì)算機(jī)中。ー種硬件途徑使用了超導(dǎo)材料(如鋁和/或鈮)形成的集成電路來定義超導(dǎo)量子位。根據(jù)用于對(duì)信息進(jìn)行編碼的物理特性，超導(dǎo)量子位可以被分為幾個(gè)類別。例如，它們可以被分為電荷、通量與相位器件。電荷器件以器件的電荷狀態(tài)來存儲(chǔ)并處理信息；通量器件以與通過器件的某個(gè)部分的磁通量有關(guān)的ー個(gè)變量來存儲(chǔ)并處理信息；而相位器件以與相位器件的兩個(gè)區(qū)域之間的超導(dǎo)相位的差值有關(guān)的一個(gè)變量存儲(chǔ)并處理信息。在本領(lǐng)域中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了許多不同形式的超導(dǎo)通量量子位，但是所有成功的實(shí)現(xiàn)方式總體上包括一個(gè)超導(dǎo)回路(即，一個(gè)“量子位回路”)，該超導(dǎo)回路被至少ー個(gè)約瑟夫遜結(jié)中斷。一些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個(gè)超導(dǎo)回路。一些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了彼此或串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)約瑟夫遜結(jié)。在本領(lǐng)域中，彼此并聯(lián)連接的ー對(duì)約瑟夫遜結(jié)被稱為ー個(gè)復(fù)合約瑟夫遜結(jié)(“CJJ”)。量子處理器計(jì)算機(jī)處理器可以采取量子處理器的形式，比如超導(dǎo)量子處理器。超導(dǎo)量子處理器可以包括多個(gè)量子位以及多個(gè)相關(guān)聯(lián)的局部偏置器件，例如兩個(gè)或更多個(gè)超導(dǎo)量子位。在美國專利7，533，068、美國專利公開2008-0176750、美國專利公開2009-0121215以及PCT專利申請序列號(hào)PCT/US2009/037984 (公開W02009/120638 )中說明了可以與本系統(tǒng)和本方法結(jié)合使用的多個(gè)示例性量子處理器的進(jìn)ー步的細(xì)節(jié)及實(shí)施方案。超導(dǎo)處理器計(jì)算機(jī)處理器可以采取超導(dǎo)處理器的形式，其中在傳統(tǒng)意義上，超導(dǎo)處理器可能不是量子處理器。例如，超導(dǎo)處理器的一些實(shí)施方案可能不集中在量子效果(如量子隧穿、疊加以及糾纏)上，而是通過強(qiáng)調(diào)不同的原理(如像控制經(jīng)典計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行的那些原理)來運(yùn)行。然而，實(shí)施此類超導(dǎo)處理器可能仍具有某些優(yōu)點(diǎn)。由于它們的自然物理特性，超導(dǎo)處理器總體上也許能夠比非超導(dǎo)處理器具有更高的切換速度以及更短的計(jì)算時(shí)間，并且因此在超導(dǎo)處理器上解決某些問題是更加實(shí)用的。

發(fā)明內(nèi)容
至少ー個(gè)實(shí)施方案可以被概括為ー種超導(dǎo)集成電路，該超導(dǎo)集成電路包括布置在第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路；第一介電層，其至少一部分承載在該第一金屬層上；布置在第二金屬層中的第二超導(dǎo) 電流通路，該第二金屬層承載在該第一介電層上，其中該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分覆蓋在該第一超導(dǎo)電流通路的至少一部分上；第二介電層，其至少一部分承載在該第二金屬層上；布置在第三金屬層中的第三超導(dǎo)電流通路，該第三金屬層承載在該第二介電層上，其中該第三超導(dǎo)電流通路的至少一部分覆蓋在該第一和第三超導(dǎo)電流通路二者的至少一部分上；該第一超導(dǎo)電流通路與該第三超導(dǎo)電流通路之間的第一超導(dǎo)連接，其中該第一超導(dǎo)連接穿過該第一介電層和該第二介電層二者而延伸；以及該第一超導(dǎo)電流通路和該第三超導(dǎo)電流通路間的第二超導(dǎo)連接，其中該第二超導(dǎo)連接穿過該第一介電層和該第二介電層二者而延伸，且其中該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分被外部超導(dǎo)電流通路包圍著，該外部超導(dǎo)電流通路是由該第一超導(dǎo)電流通路的至少一部分、該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分以及該第一和第二超導(dǎo)連接形成的，且其中該第二超導(dǎo)電流通路被配置為將信號(hào)電感耦連到該外部超導(dǎo)電流通路。在一些實(shí)施方案中，該第二超導(dǎo)電流通路與該外部超導(dǎo)電流通路之間的互感可近似線性地正比于該第一介電層的厚度及該第二介電層的厚度。該第一和該第二超導(dǎo)連接可各自包括至少ー個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。在一些實(shí)施方案中，該第二超導(dǎo)電流通路可以是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第一和第三超導(dǎo)電流通路都可被耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。在其他的實(shí)施方案中，該第二超導(dǎo)電流通路可以是ー個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第一和第三超導(dǎo)電流通路都可以被耦連到一條輸入信號(hào)線。該超導(dǎo)可編程器件可以是ー個(gè)超導(dǎo)量子位。至少ー個(gè)實(shí)施方案可以被概括為ー種超導(dǎo)集成電路，該超導(dǎo)集成電路包括承載在第一 xy平面的第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路；承載在第二 xy平面的第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路，其中該第二超導(dǎo)電流通路覆蓋在該第一超導(dǎo)電流通路上；該第一和該第二超導(dǎo)電流通路之間的第一和第二超導(dǎo)連接，其中該第一超導(dǎo)電流通路、該第二超導(dǎo)電流通路、以及該第一和第二超導(dǎo)連接一起在xz平面形成ー個(gè)封閉超導(dǎo)回路，該xz平面與該第一和第二 xy平面正交，其中該封閉超導(dǎo)回路在該xz平面限定ー個(gè)密封區(qū)域；以及承載在第三xy平面的第三金屬層中的第三超導(dǎo)電流通路，該第三xy平面位于該第一和該第二xy平面之間，這使得該第三金屬層位于該第一和該第二金屬層之間，其中該第三超導(dǎo)電流通路的長度穿過在該xz平面規(guī)定的密封區(qū)域在該第三xy平面延伸，其中該第三超導(dǎo)電流通路被配置為將信號(hào)電感耦連到該封閉超導(dǎo)回路。例如，該第三超導(dǎo)電流通路通過電感耦合能夠通信性地耦連到該封閉超導(dǎo)回路。在一些實(shí)施方案中，該第三超導(dǎo)電流通路和該封閉超導(dǎo)回路之間的互感可近似線性地正比于分離該第三超導(dǎo)電流通路與該封閉超導(dǎo)回路周邊的距離。該第一和該第二超導(dǎo)連接可各自包括至少ー個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。在一些實(shí)施方案中，該第三超導(dǎo)電流通路可以是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第一和該第二超導(dǎo)電流通路二者都可耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。在其他的實(shí)施方案中，該第三超導(dǎo)電流通路可以是ー個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第一和第二超導(dǎo)電流通路二者都可以耦連到一條輸入信號(hào)線。該超導(dǎo)可編程器件可以是ー個(gè)超導(dǎo)量子位。至少ー個(gè)實(shí)施方案可以被概括為ー種超導(dǎo)集成電路，該超導(dǎo)集成電路包括 第一電感耦合元件，該第一電感耦合元件包括布置在第一金屬層中的內(nèi)部超導(dǎo)體，其中該第一金屬層位于兩個(gè)介電層之間；和第二電感耦合元件，該第二電感耦合元件包括沿著其長度的至少一部分包圍該內(nèi)部超導(dǎo)體的外部超導(dǎo)體，其中該外部超導(dǎo)體由分別布置在ー個(gè)第二金屬層和ー個(gè)第三金屬層中的兩個(gè)共面的超導(dǎo)體以及該兩個(gè)共面超導(dǎo)體之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接形成，而其中該外部超導(dǎo)體由該兩個(gè)介電層從該內(nèi)部超導(dǎo)體空間上分離。該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件之間的互感可以近似線性地取決于該兩個(gè)介電層中每個(gè)介電層對(duì)應(yīng)的厚度。在一些實(shí)施方案中，該第一電感耦合元件可以是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第二電感耦合元件可以耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。在其他的實(shí)施方案中，該第一電感耦合元件可以是ー個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第二電感耦合元件可以耦連到一條輸入信號(hào)線。該超導(dǎo)可編程器件可以是ー個(gè)超導(dǎo)量子位。該至少兩個(gè)超導(dǎo)連接可各自包括至少ー個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。至少ー個(gè)實(shí)施方案可以被概括為ー種超導(dǎo)集成電路，該超導(dǎo)集成電路包括第一電感耦合元件，該第一電感耦合元件包括布置在第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路，該第一金屬層位于兩個(gè)介電層之間；第二電感耦合元件，該第二電感耦合元件包括ー個(gè)布置在ー個(gè)第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路，布置在第三金屬層中的第三超導(dǎo)電流通路，和該 第二和該第三超導(dǎo)電流通路之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接，這使得該第二電感耦合元件沿著其長度的至少一部分包圍著該第一電感耦合元件；以及第一超導(dǎo)可編程器件。該第一電感耦合元件和該第二電感耦合元件之間的互感可近似線性地正比于分離該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件的距離。該至少兩個(gè)超導(dǎo)連接各自包括至少ー個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。該第一超導(dǎo)可編程器件可以包括一個(gè)超導(dǎo)量子位。在一些實(shí)施方案中，該第一電感耦合元件可以包括一條輸入信號(hào)線的一部分并且該第二電感耦合元件可以被耦連到該第一超導(dǎo)可編程器件。在其他的實(shí)施方案中，該第一電感耦合元件可以耦連到該第一超導(dǎo)可編程器件，且該第二電感耦合元件可以耦連到一條輸入信號(hào)線。在一些實(shí)施方案中，該超導(dǎo)集成電路可以包括第三電感耦合元件，該第三電感耦合元件包括布置在該第一金屬層中的第四超導(dǎo)電流通路，該第一金屬層位于兩個(gè)介電層之間；第四電感耦合元件，該第四電感耦合元件包括布置在該第二金屬層中的第五超導(dǎo)電流通路、布置在該第三金屬層中的第六超導(dǎo)電流通路、以及該第五和第六超導(dǎo)電流通路之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接，這使得該第四電感耦合元件包圍著該第三電感耦合元件的至少一部分；以及第ニ超導(dǎo)可編程器件。該第三電感耦合元件可以包括一條輸入信號(hào)線的一部分并且該第四電感耦合元件可以被耦連到該第二超導(dǎo)可編程器件?？商娲?，該第三電感耦合元件可以被耦連到該第二超導(dǎo)可編程器件，且該第四電感耦合元件可以被耦連到一條輸入信號(hào)線。該第一電感耦合元件可以被電鍍耦連到該第三電感耦合元件。該第二電感耦合元件可以被電耦合到該第四電感耦合元件。至少ー個(gè)實(shí)施方案可以被概括為ー種集成電路，該集成電路包括多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層，包括至少ー個(gè)導(dǎo)電的第一內(nèi)部電感耦合元件和至少ー個(gè)導(dǎo)電的第一外部電感耦合元件，其中該第一外部電感耦合元件穿過該多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層延伸以沿著其長度的至少一部分圍繞該第一內(nèi)部電感耦合元件，且其中該第一外部電感耦合元件與該第一內(nèi)部電感耦合元件電絕緣，且間隔足夠緊密以在它們之間提供電感通信。在一些實(shí)施方案中，該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件中的至少ー個(gè)可以是由在臨界溫度以下超導(dǎo)的導(dǎo)電材料形成。該第一內(nèi)部電感稱合兀件和該第一外部電感稱合兀件中的至少ー個(gè)可以被耦連到ー個(gè)超導(dǎo)可編程器件。該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件之間的互感可近似線性地正比于分離該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件的距離。在一些實(shí)施方案中，該集成電路可以包括一個(gè)導(dǎo)電的第二外部電感耦合元件，其中該第二外部電感耦合元件穿過多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層延伸以沿著其長度的至少一部分圍繞該第一內(nèi)部電感耦合元件，且其中該第二外部電感耦合元件與該第一內(nèi)部電感耦合元件電絕緣，且間隔足夠緊密以在它們之間提供電感通信，且其中該第二外部電感耦合元件可以被電鍍耦連到該第一外部電感耦合元件。


在這些附圖中，相同的參考號(hào)標(biāo)識(shí)相似的元件或者動(dòng)作。 圖中元件的尺寸和相對(duì)位置不一定是按比例繪制的。例如，不同元件的形狀以及角度不一定按比例繪制，并且這些元件中的ー些被任意地放大和定位以提高附圖的易讀性。另外，所繪出的這些元件的特定形狀并非g在傳遞與這些特定元件的實(shí)際形狀有關(guān)的任何信息，并且選取它們只是為了方便在圖中識(shí)別。圖I是包括超導(dǎo)通量量子位的超導(dǎo)集成電路的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位帶有多個(gè)電感性耦連。圖2是包括三個(gè)超導(dǎo)通量量子位的超導(dǎo)集成電路的示意圖，每個(gè)超導(dǎo)通量量子位具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的CJJ，該CJJ通過ー個(gè)對(duì)應(yīng)的通量變換器電感耦連到相同的輸入信號(hào)線。圖3是示出了通量變換器的多層超導(dǎo)集成電路的截面圖。圖4是示出了第一通量變換器和第二通量變換器的多層超導(dǎo)集成電路的截面圖，該第一通量變換器中的兩個(gè)超導(dǎo)電流通路由第一介電層分離開，該第二通量變換器中的兩個(gè)超導(dǎo)電流通路由第二介電層分離開。圖5是示出了第一通量變換器和第二通量變換器的多層超導(dǎo)集成電路的截面圖，該第一通量變換器的兩個(gè)超導(dǎo)電流通路由介電層分離開，該第二通量變換器的兩個(gè)超導(dǎo)電流通路由相同的介電層分離開。圖6是多層超導(dǎo)集成電路的截面圖，示出了根據(jù)本系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的一種同軸通量變換器。圖7示出了使用兩個(gè)同軸通量變換器的示例性超導(dǎo)集成電路的截面圖。圖8A是包括多層的同軸通量變換器的俯視圖，每層與各自的xy平面相對(duì)應(yīng)。圖SB是圖8A中的同軸通量變換器的仰視圖，示出了第二“外部”超導(dǎo)電流通路。圖9A是同軸通量變換器的俯視圖，該同軸通量變換器使用類似通孔的長溝槽作為兩個(gè)外部超導(dǎo)電流通路之間的超導(dǎo)連接。圖9B是圖9A中的同軸通量變換器的仰視圖，示出了第二“外部”超導(dǎo)電流通路。圖10是包括三個(gè)可編程器件的超導(dǎo)集成電路的示意圖，每個(gè)可編程器件具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收器，該信號(hào)接收器電感耦連到相同的輸入信號(hào)線。
具體實(shí)施例方式在以下說明中，包括了ー些特定的細(xì)節(jié)來提供對(duì)不同的披露實(shí)施方案的全面理解。但是，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，多個(gè)實(shí)施方案可以無需這些具體細(xì)節(jié)中的ー個(gè)或多個(gè)來實(shí)現(xiàn)，或者可以使用其他方法、組件、材料等來實(shí)現(xiàn)。在其他實(shí)例中，并未詳細(xì)示出或者說明與量子處理器(如量子器件)、耦連器件以及包括微處理器和驅(qū)動(dòng)電路的控制系統(tǒng)有關(guān)的ー些熟知的結(jié)構(gòu)，以便避免對(duì)本系統(tǒng)、方法和裝置的這些實(shí)施方案的不必要的晦澀說明。貫穿本說明書及所附權(quán)利要求書，術(shù)語“元件”和“多個(gè)元件”是用于包含但不限于與量子處理器相關(guān)聯(lián)的所有此類結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和器件，以及它們相關(guān)的可編程參數(shù)。除非上下文另有要求，貫穿整個(gè)說明書和所附的權(quán)利要求書，“包括” 一詞及其多種變體(例如，“包括了”和“包括著”)將以ー種開放式的和包含性的意義來進(jìn)行解釋，即作為“包括，但不限干”。貫穿本說明書提及的“一個(gè)實(shí)施方案”或“一種實(shí)施方案”或“另ー個(gè)實(shí)施方案”是指聯(lián)系該實(shí)施方案所說明的ー個(gè)具體的指示特性、結(jié)構(gòu)或特征包括在至少ー個(gè)實(shí)施方案中。由此，貫穿本說明書在不同的地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在一種實(shí)施方案中”或“另ー個(gè)實(shí)施方案”并不必全部是指同一個(gè)實(shí)施方案。此外，這些具體的特征、結(jié)構(gòu)或特性能夠以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施方案中。
應(yīng)注意，如在本說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，単數(shù)形式的“ー個(gè)”、“ー種”和“該”包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非文中另外明確指明。因此，例如，提及ー個(gè)包括“ー個(gè)量子處理器”的解決問題的系統(tǒng)包括一個(gè)單個(gè)的量子處理器或者兩個(gè)或更多個(gè)量子處理器。還應(yīng)注意，術(shù)語“或者”總體上所使用的意義包括“和/或”，除非內(nèi)容另外明確指明。在此給予的小標(biāo)題僅為了方便起見，而并非解釋這些實(shí)施方案的范圍或意義。在此說明的這些不同實(shí)施方案提供了減輕超導(dǎo)集成電路中元件間互感偏差的系統(tǒng)和方法。例如，此類偏差可能是制造過程的不完善性引起的。本系統(tǒng)及方法可用于任何集成電路，并在體現(xiàn)超導(dǎo)處理器(比如，超導(dǎo)量子處理器)的超導(dǎo)集成電路中特別有用。貫穿本說明書的其余部分，所述在超導(dǎo)量子計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用是用于示例性的目的，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在此傳授的內(nèi)容并不限于量子計(jì)算中的應(yīng)用。許多超導(dǎo)集成電路使用器件之間的電感耦合作為ー種信號(hào)傳輸方式。這類電感耦合通過由兩個(gè)電絕緣的“電感耦合元件”形成的磁通量變換器典型地實(shí)現(xiàn)。在慣例中，該電感耦合元件是超導(dǎo)電感器，這些超導(dǎo)電感器相互放置的足夠近以在它們之間建立互感。在圖I中展示了使用電感耦合作為在超導(dǎo)集成電路中的ー種信號(hào)傳輸方式的例子。圖I是包括超導(dǎo)通量量子位101的超導(dǎo)集成電路100的示意圖，該超導(dǎo)通量量子位帶有多個(gè)電感耦合121-127。每個(gè)電感耦合121-127是通過一個(gè)對(duì)應(yīng)的通量變換器來實(shí)現(xiàn)的，該通量變換器包括ー對(duì)超導(dǎo)電感器，這些超導(dǎo)電感器相互放置的足夠近以在它們之間建立互感。每個(gè)電感耦合121-127提供ー種對(duì)于超導(dǎo)集成電路100的運(yùn)行而言是必須的信號(hào)傳輸方式。例如，電感稱合121提供了輸入信號(hào)線131與CJJ 132間的ー種信號(hào)傳輸方式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，輸入信號(hào)線131與CJJ 132之間能達(dá)到的互感強(qiáng)度可取決于多種因素，包括例如分開這兩個(gè)電感器的間隙大小。如果超導(dǎo)集成電路100的設(shè)計(jì)是為了可由ー個(gè)具體且精確的數(shù)值表征這個(gè)互感，則需要由精確的エ藝來制造該電路以達(dá)到那個(gè)數(shù)值。制造過程中的變異或偏差可導(dǎo)致互感的期望值和達(dá)到的實(shí)際值之間不希望的偏差。因此，在每個(gè)電感耦合121-127中實(shí)現(xiàn)的互感至少部分地取決于制造超導(dǎo)集成電路100的エ藝。在許多應(yīng)用中，制造電路中達(dá)到的實(shí)際互感不需要與所設(shè)計(jì)的標(biāo)稱值精確匹配。例如，在一些應(yīng)用中，表征在兩個(gè)電感耦合元件之間實(shí)現(xiàn)的互感實(shí)際值是可能的(例如，通過執(zhí)行初步測量)，然后通過按比例調(diào)整相應(yīng)地施加信號(hào)來調(diào)節(jié)所設(shè)計(jì)的標(biāo)稱值的任何改變。然而，在一些應(yīng)用中，減輕互感的實(shí)際值與所設(shè)計(jì)的標(biāo)稱值之間任何偏差的影響和/或減輕在使用多個(gè)互感的超導(dǎo)集成電路上實(shí)現(xiàn)的互感中的偏離或不一致是會(huì)是有利的。此類減輕對(duì)應(yīng)用而言有利的ー個(gè)實(shí)例是包括多個(gè)電感耦連的元件以從相同的信號(hào)源接收信號(hào)的超導(dǎo)集成電路。圖2是包括三個(gè)超導(dǎo)通量量子位201-203的超導(dǎo)集成電路200的示意圖，姆個(gè)超導(dǎo)通量量子位201-203具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的CJJ，該CJJ通過ー個(gè)對(duì)應(yīng)的通量變換器221-223電感耦連到相同的輸入信號(hào)線210。每個(gè)通量變換器221-223包括一對(duì)對(duì)應(yīng)的電感耦合元件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到為了圖2的目的而簡化了量子位2 01-203的結(jié)構(gòu)和部件，且超導(dǎo)集成電路200可包括未示出的額外部件和器件。盡管每個(gè)量子位201-203電感耦連到相同的輸入信號(hào)線210，但每個(gè)量子位從由輸入信號(hào)線210承載的任何給定信號(hào)實(shí)際接收的信號(hào)的幅值至少部分地取決于每個(gè)通量變換器221-223中對(duì)應(yīng)的互感。例如，如果通量變換器221達(dá)到互感Ml且通量變換器222達(dá)到互感M2，其中M2大于Ml，(其他條件都一樣)則對(duì)于由輸入信號(hào)線210承載的任何給定的信號(hào)來說，量子位202將收到幅值大于由量子位201所收到的信號(hào)的幅值的ー個(gè)信號(hào)。在多個(gè)應(yīng)用中，希望的是對(duì)于由輸入信號(hào)線210承載的任何給定的信號(hào)來說，量子位201-203都接收幅值基本相同的信號(hào)，這對(duì)通量變換器221-223中對(duì)應(yīng)的互感彼此基本相同是有利的。如上文所說明，通量變換器(如通量變換器221-223中的任何ー個(gè))中的互感至少部分地取決于這兩個(gè)電感器之間的間隙大小。超導(dǎo)集成電路可由多個(gè)層組成，其中的ー些層可以是提供超導(dǎo)電流通路的金屬層，并且其中的另ー些層可以是提供結(jié)構(gòu)支撐和相鄰金屬層間電隔離的介電層。在這樣的ー個(gè)電路中，通量變換器可通過將第一電感耦合元件電感性耦連到第二電感耦合元件來實(shí)現(xiàn)，該第一電感耦合元件由布置在第一金屬層上的第一超導(dǎo)電流通路來實(shí)施，該第二電感耦合元件由布置在第二金屬層上的第二超導(dǎo)電流通路來實(shí)施，其中該第一和第二金屬層由介電層分離開。貫穿本說明書的其余部分，該幾何結(jié)構(gòu)被稱為“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)，盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，術(shù)語“平行”廣泛用于本文，但該兩個(gè)電感器可能并不完全平行。圖3是多層超導(dǎo)集成電路300的截面圖，示出了使用“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)的通量變換器301。通量變換器301能夠使得布置在第一金屬層上的第一超導(dǎo)電流通路311與布置在第二金屬層上的第二超導(dǎo)電流通路312之間電感耦合，其中該第一和第二金屬層被介電層320相互分離。分離超導(dǎo)電流通路311和312的間隙的大小由介電層320的厚度所決定；因此，通量變換器301的互感至少部分地取決于介電層320的厚度。在大部分應(yīng)用中，超導(dǎo)集成電路300的設(shè)計(jì)中融入了對(duì)介電層320的特定標(biāo)稱厚度的考慮，因此，通量變換器301中的特定標(biāo)稱互感將是所期望的。介電層320的設(shè)計(jì)標(biāo)稱厚度與介電層320的實(shí)際制造厚度間的任何偏差都會(huì)導(dǎo)致通量變換器301中設(shè)計(jì)標(biāo)稱互感與通量變換器301中達(dá)到的實(shí)際互感間的偏差。如前所述，這類偏差典型地可在單個(gè)變換器的運(yùn)行中加以克服(例如，通過按比例調(diào)整所施加的信號(hào))，然而在希望多個(gè)通量變換器同時(shí)達(dá)到基本相同的互感的情況下會(huì)是有害的。圖4和圖5展示了在采用“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)的多個(gè)通量變換器間如何產(chǎn)生這類偏差的兩個(gè)示例。
圖4是多層超導(dǎo)集成電路400的截面圖，示出了第一通量變換器401和第二通量變換器402，該第一通量變換器401中的兩個(gè)電感耦合元件411、430由第一介電層421分離開，該第二通量變換器402中的兩個(gè)電感耦合元件430、412由第二介電層422分離開。在這個(gè)示例性實(shí)例中，介電層421和422 二者都設(shè)計(jì)為具有彼此相同的標(biāo)稱厚度以在每個(gè)通量變換器401和402中獲得基本相同的標(biāo)稱互感。然而，由于制造過程中的一些不完善性，介電層421制造的比介電層422厚(或，從替代的觀點(diǎn)來看，介電層422制造的比介電層421薄)。如果所有其他條件都一祥，盡管它們都設(shè)計(jì)為具有相同的標(biāo)稱互感，但是通量變換器401將會(huì)具有比通量變換器402小的實(shí)際互感。此外，由于通量變換器401中的電感耦合元件(430)電鍍耦連到通量變換器402中的電感耦合元件(430)，在超導(dǎo)集成電路400的運(yùn)行中調(diào)節(jié)它們對(duì)應(yīng)的互感之間的偏差是非常困難的。任何_在調(diào)節(jié)通量變換器401的實(shí)際互感的信號(hào)調(diào)整都仍將被通量變換器402所發(fā)覺，反之亦然。圖5是多層超導(dǎo)集成電路500的截面圖，示出了第一通量變換器501和第二通量變換器502,該第一通量變換器501中的兩個(gè)電感I禹合兀件511、530由介電層520分離開，該第二通量變換器502中的兩個(gè)電感稱合兀件512、530由相同的介電層520分離開。在這 個(gè)示例性實(shí)例中，介電層520被設(shè)計(jì)為具有基本均勻的標(biāo)稱厚度，以在每個(gè)通量變換器501和502中獲得基本相同的標(biāo)稱互感。然而，由于制造過程中的一些不完善性，介電層520的實(shí)際厚度并不均勻，并且通量變換器501發(fā)覺了比通量變換器502薄的介電層。如果所有其他條件都一祥，盡管它們都設(shè)計(jì)為具有相同的標(biāo)稱互感，但是通量變換器501將具有比通量變換器502大的實(shí)際互感。此外，由于通量變換器501中的電感耦合元件(530)電鍍耦連到通量變換器502中的電感耦合元件(530 )，在超導(dǎo)集成電路500的運(yùn)行中同時(shí)調(diào)節(jié)它們對(duì)應(yīng)的實(shí)際互感之間的偏差是非常困難的。根據(jù)本系統(tǒng)和方法，通過實(shí)施類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，通量變換器中的互感能夠?qū)χ圃炱疃愿郁敯?。在一些?shí)施方案中，“同軸通量變換器”可包括第一電感耦合元件和第二電感耦合元件，該第一電感耦合元件由布置在超導(dǎo)集成電路的第一金屬層中的內(nèi)部超導(dǎo)電流通路形成，該第二電感耦合元件由外部超導(dǎo)電流通路形成，該外部超導(dǎo)電流通路沿著該內(nèi)部超導(dǎo)通路的長度的至少一部分完全包圍著該內(nèi)部超導(dǎo)電流通路。圖6是多層超導(dǎo)集成電路600的截面圖,不出了根據(jù)本系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的一種同軸通量變換器601。同軸通量變換器601類似于圖3中的通量變換器301，因?yàn)樗ㄏ嗷ル姼旭钸B的多個(gè)電感耦合元件。通量變換器301使用“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)，其中該兩個(gè)電感耦合元件311和312相互平行地位于介電層320的兩側(cè)。相反地，通量變換器601使用類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630由外部超導(dǎo)電流通路631包圍著。該外部超導(dǎo)電流通路631是ー個(gè)封閉超導(dǎo)回路，例如，可能由布置在第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路611、布置在第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路612以及它們之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接641、642形成。在圖3的通量變換器301中，信號(hào)可以在平行超導(dǎo)電流通路311和312間電感耦連；而在圖6中的同軸通量變換器601中，信號(hào)可以在內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630和由超導(dǎo)電流通路611、612、641及642形成的外部超導(dǎo)電流通路631之間電感耦連。通過在通量變換器中實(shí)施類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，所獲得的互感變得對(duì)導(dǎo)體間隙大小的變化不太敏感(例如，在一些實(shí)施方案中，近似線性敏感，比如對(duì)數(shù)敏感)。因此，同軸變換器對(duì)制造偏差比對(duì)圖3至圖5中所示的普通“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)健。
如圖所示，超導(dǎo)集成電路600包括三個(gè)金屬層和兩個(gè)介電層，盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本系統(tǒng)和方法可以被適配為容納不同的層數(shù)。同軸通量變換器601包括布置在第一金屬層內(nèi)的第一(“內(nèi)部”)超導(dǎo)電流通路630,其中該第一金屬層承載在第一介電層622上。內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630位于至少部分地覆蓋布置在第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路612上，其中內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630和第二超導(dǎo)電流通路612由該第一介電層622來相互分離開。第二介電層621布置在該第一金屬層的頂部，這使得內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630位于兩個(gè)介電層622和621之間。第三超導(dǎo)電流通路611被承載在布置在該第二介電層621上的第三金屬層中。第三超導(dǎo)電流通路611放置為使得至少一部分分別覆蓋在該第一(“內(nèi)部”)和第二超導(dǎo)電流通路630和612的至少一部分上。至少兩個(gè)超導(dǎo)連接641和642被建立在該第二超導(dǎo)電流通路612和該第三超導(dǎo)電流通路611之間，該第二超導(dǎo)電流通路612承載在該第二金屬層中，并且該第三超導(dǎo)電流通路611承載在該第三金屬層中。在一些實(shí)施方案中，每個(gè)超導(dǎo)連接641和642可以由至少ー個(gè)超導(dǎo)通孔組成。然而，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，由于每個(gè)超導(dǎo)連接641和642穿過兩個(gè)介電層而延伸，因此每個(gè)超導(dǎo)連接641和642可以包括多個(gè)超導(dǎo)通孔。例如，超導(dǎo)連接641可包括第一超導(dǎo)通孔和第二超導(dǎo)通孔，該第一超導(dǎo)通孔通過介電層622連接該第一和第二金屬層，該第二超導(dǎo)通孔通過 介電層621連接該第一和第三金屬層。在不同的實(shí)施方案中，多個(gè)超導(dǎo)通孔(例如，形成單一的超導(dǎo)連接641)可以直接堆放在彼此的頂部，或可替代地，相互平移以形成一個(gè)交錯(cuò)的類似階梯的結(jié)構(gòu)。圖6是沿xz平面切割的超導(dǎo)集成電路600的截面圖，其中每個(gè)金屬層和介電層621及622位于對(duì)應(yīng)的xy平面。例如，超導(dǎo)電流通路611承載在第一金屬層的第一 xy平面中，并且超導(dǎo)電流通路612承載在第二 xy平面的第二金屬層中。超導(dǎo)電流通路611覆蓋在超導(dǎo)電流通路612上，并且它們之間至少有兩個(gè)超導(dǎo)連接641、642，這使得超導(dǎo)電流通路611、超導(dǎo)電流通路612與該第一及第ニ超導(dǎo)連接641、642共同在xz平面形成一個(gè)封閉的超導(dǎo)回路。該xz平面與該xy平面正交，且該封閉的超導(dǎo)回路在該xz平面限定ー個(gè)密封區(qū)域650。xz平面中的這個(gè)封閉超導(dǎo)回路是同軸通量變換器601中的第一電感耦合元件，并與同軸電纜中的外部導(dǎo)體類似。該第二電感耦合元件由承載在第三xy平面的第三金屬層中的超導(dǎo)電流通路630提供，該第三xy平面位于該第一和第二 xy平面之間。在同軸通量變換器601中，超導(dǎo)電流通路630類似于同軸電纜中的內(nèi)部導(dǎo)體。超導(dǎo)電流通路630穿過由xz平面中的封閉超導(dǎo)回路限定的密封區(qū)域650在該第三xy平面中延伸。因此，同軸通量變換器601體現(xiàn)了類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，其中超導(dǎo)電流通路630被配置為將信號(hào)電感耦連到由其所包圍的封閉超導(dǎo)回路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，貫穿本發(fā)明和所附的權(quán)利要求書，術(shù)語“同軸的”和“類似同軸的”用于總體上描述ー種幾何結(jié)構(gòu)，在該幾何結(jié)構(gòu)中內(nèi)部導(dǎo)體被外部導(dǎo)體沿其長度的至少一部分包圍著。在本領(lǐng)域中，同軸電纜典型地使用圓形截面，其中外部導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)部導(dǎo)體是軸向?qū)?zhǔn)的(例如，同中心地排列)。然而，如此處所使用的，術(shù)語“同軸的”和“類似同軸的”用于近似地描述ー種幾何結(jié)構(gòu)，在該幾何結(jié)構(gòu)中內(nèi)部和外部導(dǎo)體被設(shè)計(jì)為在設(shè)計(jì)和/或制造公差內(nèi)相互近似同軸地對(duì)準(zhǔn)。本系統(tǒng)和方法的ー個(gè)方面是“同軸的”變換器的互感對(duì)內(nèi)部和外部導(dǎo)體之間的設(shè)計(jì)同軸對(duì)準(zhǔn)和實(shí)際同軸對(duì)準(zhǔn)之間的偏差具有固有的穩(wěn)健性(相比干“平行電感器”變換器)。術(shù)語“同軸的”和“類似同軸的”并不g在將本系統(tǒng)和方法的實(shí)施方案限制在圓形幾何結(jié)構(gòu)。例如，圖6中的同軸通量變換器601采用矩形橫截面，其中外部超導(dǎo)電流通路(由xz平面內(nèi)的封閉超導(dǎo)回路限定)內(nèi)的內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630并不是精確地中心對(duì)準(zhǔn)。該內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630與該外部超導(dǎo)電流通路631空間上分離(且電隔離)，并且這個(gè)“類似同軸的”幾何結(jié)構(gòu)使得該內(nèi)部超導(dǎo)電流通路630和外部超導(dǎo)電流通路631之間的互感對(duì)設(shè)計(jì)空間距離與制造中達(dá)到的實(shí)際空間距離間的偏差更加穩(wěn)健。同樣地，這個(gè)“類似同軸的”幾何結(jié)構(gòu)使得多個(gè)通量變換器對(duì)它們對(duì)應(yīng)互感的偏差更加穩(wěn)健。圖7示出了使用兩個(gè)同軸通量變換器701和702的示例性超導(dǎo)集成電路700的截面圖。同軸通量變換器701采用由內(nèi)部超導(dǎo)電流通路731實(shí)現(xiàn)的第一電感耦合元件和由包圍著內(nèi)部超導(dǎo)電流通路731的外部超導(dǎo)電流通路741實(shí)現(xiàn)的第 二電感耦合元件。同軸通量變換器702采用由內(nèi)部超導(dǎo)電流通路732實(shí)現(xiàn)的第一電感耦合元件和由包圍著內(nèi)部超導(dǎo)電流通路732的外部超導(dǎo)電流通路742實(shí)現(xiàn)的第二電感耦合元件。在本例中，內(nèi)部超導(dǎo)電流通路731電鍍耦連(在超導(dǎo)集成電路700的其他地方，圖7中未示出)到內(nèi)部超導(dǎo)電流通路732。此外，同軸通量變換器701和702都被設(shè)計(jì)為在它們對(duì)應(yīng)的內(nèi)部和外部超導(dǎo)體之間達(dá)到基本相同的標(biāo)稱互感。然而，由于介電層的對(duì)應(yīng)厚度的偏差，通量變換器702中內(nèi)部732與外部742導(dǎo)體之間的空間距離比通量變換器701中內(nèi)部731與外部741導(dǎo)體之間的空間距離小很多。在圖4中的通量變換器401和402采用“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)的情況下，空間距離中的此類偏差可轉(zhuǎn)化成通量變換器401與402之間實(shí)際互感的有害偏差。然而，由于通量變換器701與702都采用類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，它們對(duì)應(yīng)的互感對(duì)它們對(duì)應(yīng)內(nèi)部和外部導(dǎo)體之間的空間距離變化不太敏感(例如，在一些實(shí)施方案中，近似線性敏感，比如對(duì)數(shù)敏感)。這意味著對(duì)于空間距離中的任何給定變化而言通量變換器701與702之間的互感中所產(chǎn)生的偏差比通量變換器401與402之間的互感的偏差小很多。例如，如果每個(gè)通量變換器221-223采用與“平行導(dǎo)體”相反、類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)(如圖6所示的幾何結(jié)構(gòu))，則圖2所示的超導(dǎo)集成電路200對(duì)通量變換器221-223之間的互感的偏差更加穩(wěn)健。圖8A是包括多個(gè)層的同軸通量變換器800的俯視圖，每ー層對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)的xy平面。為清楚起見，介電層在圖8A中沒有示出。變換器800包括第一電感耦合元件，該第一電感耦合元件包括內(nèi)部超導(dǎo)電流通路830。變換器800進(jìn)ー步包括第二電感耦合元件，該第ニ電感耦合元件包括第一“外部”超導(dǎo)電流通路811、第二“外部”超導(dǎo)通路(不可見)和它們之間的超導(dǎo)連接840。在所展示的實(shí)施方案中，該第一外部超導(dǎo)通路811的大小和形狀與該第二外部超導(dǎo)通路的基本相同，并且該第一外部超導(dǎo)通路811直接覆蓋在該第二外部超導(dǎo)通路(表現(xiàn)為在圖8A的俯視圖中看不到該第二外部超導(dǎo)通路)。作為參考，圖SB示出了該第二外部超導(dǎo)電流通路。圖SB是同軸通量變換器800的仰視圖，展示了該第二“外部”超導(dǎo)電流通路812。該第二外部超導(dǎo)電流通路812的大小和形狀與圖8A中第一外部超導(dǎo)電流通路811的基本相同，但是兩個(gè)通路811和812位于不同的xy平面。為清楚起見，介電層在圖8B中沒有示出。根據(jù)圖8A和8B兩個(gè)圖，內(nèi)部超導(dǎo)電流通路830在兩個(gè)外部超導(dǎo)電流通路811和812之間延伸，這使得該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件基本上是軸向?qū)?zhǔn)的。通過超導(dǎo)通孔840 (在圖中僅顯示了ー個(gè))來實(shí)現(xiàn)外部超導(dǎo)電流通路811和812之間的超導(dǎo)連接，以限定至少ー個(gè)封閉超導(dǎo)回路，該超導(dǎo)回路沿其在ー個(gè)或多個(gè)位置完全密封內(nèi)部超導(dǎo)電流通路830。例如，在線A-A上形成了ー個(gè)封閉超導(dǎo)回路，其截面圖與圖6示出的同軸通量變換器601相似。在所展示的實(shí)施方案中，每個(gè)超導(dǎo)電流通路811、812和830各自形成蛇形或“U”形以容納超導(dǎo)集成電路的剰余部分中的空間限制(未示出)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，同軸通量變換器可以采用實(shí)現(xiàn)任何替代布局(比如，直線、直角“L”形、鋭角或鈍角、螺旋形等)的超導(dǎo)電流通路。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，盡管變換器800在圖中被展示為使用十個(gè)超導(dǎo)通孔840，但在實(shí)踐中，可類似地使用任何數(shù)目的超導(dǎo)通孔。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，每個(gè)超導(dǎo)通孔 840可由一個(gè)或多個(gè)通孔形成(例如，多堆疊的通孔或交錯(cuò)的類似階梯的通孔)。例如，將超導(dǎo)通孔840至少放置在通路811和812長度的對(duì)端是有利的，其目的是確保電流可以沿著通路811和812的全部長度流動(dòng)。還例如，采用高密度封裝的超導(dǎo)通孔是有利的，其目的是提高該內(nèi)部超導(dǎo)電流通路830和該超導(dǎo)通孔840自身間的電感耦合。進(jìn)ー步地，優(yōu)選的是采用如圖9A和9B示出的類似通孔的長溝槽。圖9A是同軸通量變換器900的俯視圖，該通量變換器采用類似通孔的長溝槽960(在圖中僅顯示了ー個(gè))作為兩個(gè)外部超導(dǎo)電流通路之間的超導(dǎo)連接。為清楚起見，介電層在圖9A中沒有示出。變換器900包括第一“外部”超導(dǎo)電流通路911和第二“外部”超導(dǎo)通路(不可見)。在所展示的實(shí)施方案中，該第一外部超導(dǎo)通路911的大小和形狀與該第二外部超導(dǎo)通路的基本相同，并且該第一外部超導(dǎo)通路911直接覆蓋在該第二外部超導(dǎo)通路(表現(xiàn)為在圖9A的俯視圖中看不到該第二外部超導(dǎo)通路)。作為參考，圖9B示出了該第二外部超導(dǎo)電流通路。圖9B是展示了該第二“外部”超導(dǎo)電流通路912的同軸通量變換器900的仰視圖。該第二外部超導(dǎo)電流通路912的大小和形狀與圖9A中第一外部超導(dǎo)電流通路911的基本相同，但是兩個(gè)通路911和912位于不同的xy平面。為清楚起見，介電層在圖9B中沒有示出。根據(jù)圖9A和9B兩個(gè)圖，每個(gè)溝槽960都與狹長的通孔類似，該通孔在yz平面有效地形成了ー個(gè)圍墻以更好地封閉內(nèi)部超導(dǎo)電流通路930。盡管圖9A和9B示出了六個(gè)類似通孔的長溝槽，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可類似地使用任何數(shù)目的溝槽960。例如，如果溝槽960能包括ー個(gè)90°的彎曲部分，則變換器900可僅使用兩個(gè)溝槽960 (分別位于超導(dǎo)電流通路930的兩側(cè))。如圖I至圖5所示，通量變換器采用具有兩個(gè)電感耦合元件的“平行電感器”幾何結(jié)構(gòu)第一電感器和第二電感器，該第二電感器放置的離第一電感器足夠近以在它們之間實(shí)現(xiàn)互感。同樣地，在本系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施方案中，同軸通量變換器被認(rèn)為包括兩個(gè)電感耦合元件內(nèi)部導(dǎo)體和外部導(dǎo)體，其中該外部導(dǎo)體是由兩個(gè)共面的電流通路和它們之間的多個(gè)導(dǎo)電連接形成的，這使得該外部導(dǎo)體的至少一部分包圍著該內(nèi)部導(dǎo)體的至少一部分。在一些應(yīng)用中，該內(nèi)部導(dǎo)體可體現(xiàn)為信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)，而該外部導(dǎo)體可體現(xiàn)為信號(hào)接收器。在其他的應(yīng)用中，該外部導(dǎo)體可體現(xiàn)為信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)，而該內(nèi)部導(dǎo)體可體現(xiàn)為信號(hào)接收器。在任何一種情況下，例如，該信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)可包括一條輸入信號(hào)線；并且例如，信號(hào)接收器可耦連到一個(gè)可編程器件。圖10是包括三個(gè)可編程器件1001-1003的超導(dǎo)集成電路1000的示意圖，每個(gè)可編程器件1001-1003具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收器1031-1033，該信號(hào)接收器電感耦連到相同的輸入信號(hào)線1010。對(duì)于每一個(gè)可編程器件1001-1003，該輸入信號(hào)線1010和該信號(hào)接收器1031-1033間的電感耦合分別體現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的同軸通量變換器1021-1023，其中輸入信號(hào)線1010被用作內(nèi)部導(dǎo)體，而每ー個(gè)信號(hào)接收器1031-1033被用作對(duì)應(yīng)的外部導(dǎo)體。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在替代實(shí)施方案中，每ー個(gè)(或任ー個(gè))同軸通量變換器1021-1023可采用輸入信號(hào)線1010作為外部導(dǎo)體，采用信號(hào)接收器1031-1033作為內(nèi)部導(dǎo)體。在所展示的實(shí)施方案中，每ー個(gè)可編程器件1001-1003相當(dāng)于例如超導(dǎo)量子處理器中的對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通量量子位。可以在室溫下實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)及方法的某些方面，并且可以在超導(dǎo)溫度下實(shí)現(xiàn)某些方面。貫穿本說明書與所附權(quán)利要求，用來說明物理結(jié)構(gòu)如“超導(dǎo)電流通路”吋，術(shù)語“超導(dǎo)”用來指代在適當(dāng)?shù)臏囟认履軌虮憩F(xiàn)為超導(dǎo)體的ー種材料。超導(dǎo)材料并非必須在本系統(tǒng)及方法的所有實(shí)施方案中總是起超導(dǎo)體的作用。還應(yīng)當(dāng)指出，在此提供的傳授內(nèi)容可應(yīng)用到非超導(dǎo)應(yīng)用，例如，在由鍍金材料制成的無線電頻率變換器。對(duì)所展示的實(shí)施方案的以上說明(包括在摘要中所描述的)并非g在是窮盡的或者旨在把這些實(shí)施方案限定于所披露的這些確切的形式。盡管為了說明的目的在此描述了多個(gè)具體的實(shí)施方案和實(shí)例，但是相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以做出不同的 等價(jià)更改而不脫離本披露的精神與范圍。在此所提供的不同實(shí)施方案的傳授內(nèi)容可以應(yīng)用于量子計(jì)算的其他系統(tǒng)、方法和裝置，而不必一定是以上總體性說明的用于量子計(jì)算的示例性系統(tǒng)、方法和裝置?？蓪⑸鲜霾煌膶?shí)施方案進(jìn)行組合以提供多個(gè)進(jìn)ー步的實(shí)施方案。本說明書中提到的和/或在申請數(shù)據(jù)單中列出的所有美國專利、美國專利申請公開、美國專利申請、外國專利、外國專利申請以及非專利公開文件均通過引用以將它們的全文結(jié)合在此，它們包括但不限于2010年I月15日提交的名為“用于超導(dǎo)集成電路的系統(tǒng)及方法(SystemsAnd Methods For Superconducting Integrated Circuits)” 的美國臨時(shí)專利申請序列號(hào)61/295，561 ;美國專利7，533，068 ;美國專利公開2008-0176750 ;美國專利公開2009-0121215 和 PCT 專利申請序列號(hào) PCT/US2009/037984(公開 W02009/120638)。如有必要，可以對(duì)這些實(shí)施方案的多個(gè)方面進(jìn)行修改，以利用不同的專利、申請和公開文件中的系統(tǒng)、電路及概念來提供更進(jìn)ー步的實(shí)施方案。鑒于以上的詳細(xì)說明，可以對(duì)這些實(shí)施方案做出這些及其他的改變?？傊?，在以下權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)解釋為將這些權(quán)利要求限制于本說明書和這些權(quán)利要求中所披露的特定實(shí)施方案，而是應(yīng)當(dāng)解釋為包括所有可能的實(shí)施方案、連同這些權(quán)利要求有權(quán)獲得的等效物的全部范圍。因此，本權(quán)利要求并不限于本披露。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)集成電路，包括 布置在第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路； 第一介電層，其至少一部分承載在該第一金屬層上； 布置在第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路，該第二金屬層承載在該第一介電層上，其中該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分覆蓋在該第一超導(dǎo)電流通路的至少一部分上； 第二介電層，其至少一部分承載在該第二金屬層上； 布置在第三金屬層中的第三超導(dǎo)電流通路，該第三超導(dǎo)電流通路承載在該第二介電層上，其中該第三超導(dǎo)電流通路的至少一部分覆蓋在該第一與第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分上; 在該第一超導(dǎo)電流通路與該第二超導(dǎo)電流通路之間的第一超導(dǎo)連接，其中該第一超導(dǎo)連接穿過該第一介電層與該第二介電層二者而延伸；以及 在該第一超導(dǎo)電流通路與該第三超導(dǎo)電流通路之間的第二超導(dǎo)連接，其中該第二超導(dǎo)連接穿過該第一介電層與該第二介電層二者而延伸，且其中該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分被外部超導(dǎo)電流通路包圍著，該外部超導(dǎo)電流通路由該第一超導(dǎo)電流通路的至少一部分、該第二超導(dǎo)電流通路的至少一部分以及該第一與第二超導(dǎo)連接形成，且其中該第二超導(dǎo)電流通路是該第三超導(dǎo)電流通路通過電感耦合能夠通信性地耦連到該封閉超導(dǎo)回路。
2.如權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第二超導(dǎo)電流通路與該外部超導(dǎo)電流通路之間的互感近似線性地正比于該第一介電層的厚度和該第二介電層的厚度。
3.如權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一和該第二超導(dǎo)連接各自包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。
4.如權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第二超導(dǎo)電流通路是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第一和該第三超導(dǎo)電流通路二者都耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。
5.如權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
6.如權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第二超導(dǎo)電流通路是一個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第一和第三超導(dǎo)電流通路二者都耦連到一條輸入信號(hào)線。
7.如權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
8.—種超導(dǎo)集成電路，包括 承載在第一 xy平面中的第一金屬層中的第一超導(dǎo)電流通路； 承載在第二 xy平面中的第二金屬層中的第二超導(dǎo)電流通路， 其中該第二超導(dǎo)電流通路覆蓋在該第一超導(dǎo)電流通路上； 該第一與該第二超導(dǎo)電流通路之間的第一和第二超導(dǎo)連接，其中該第一超導(dǎo)電流通路、該第二超導(dǎo)電流通路和該第一與第二超導(dǎo)連接共同在XZ平面形成一個(gè)封閉超導(dǎo)回路，該Xz平面與該第一及第二 xy平面正交，且其中該封閉超導(dǎo)回路在該Xz平面限定一個(gè)密封區(qū)域；以及 承載在第三xy平面的第三金屬層中的第三超導(dǎo)電流通路，該第三xy平面位于該第一與該第二 xy平面的中間，從而使得該第三金屬層位于該第一和第二金屬層之間，其中該第三超導(dǎo)電流通路的長度穿過Xz平面中限定的密封區(qū)域而在該第三xy平面中延伸，且其中該第三超導(dǎo)電流通路通過電感耦合能夠通信性地耦連到該封閉超導(dǎo)回路。
9.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第三超導(dǎo)電流通路與該封閉超導(dǎo)回路之間的互感近似線性地正比于分離該第三超導(dǎo)電流通路與該封閉超導(dǎo)回路周邊的距離。
10.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一和該第二超導(dǎo)連接各自包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。
11.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第三超導(dǎo)電流通路是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第一和第二超導(dǎo)電流通路二者都耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。
12.如權(quán)利要求11所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
13.如權(quán)利要求8所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第三超導(dǎo)電流通路是一個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第一和第三超導(dǎo)電流通路二者都耦連到一條輸入信號(hào)線。
14.如權(quán)利要求13所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
15.—種超導(dǎo)集成電路,包括 包括內(nèi)部超導(dǎo)體的第一電感耦合元件，該內(nèi)部超導(dǎo)體布置在第一金屬層中，其中該第一金屬層位于兩個(gè)介電層的中間；以及 包括外部超導(dǎo)體的第二電感耦合元件，該外部超導(dǎo)體沿其長度的至少一部分包圍著該內(nèi)部超導(dǎo)體，其中該外部超導(dǎo)體由分別布置 在第二金屬層和第三金屬層中的兩個(gè)共面超導(dǎo)體以及該兩個(gè)共面超導(dǎo)體之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接形成，且其中該外部超導(dǎo)體由該兩個(gè)介電層與該內(nèi)部超導(dǎo)體空間上分離開。
16.如權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件間的互感近似線性地取決于該兩個(gè)介電層中每個(gè)介電層的對(duì)應(yīng)的厚度。
17.如權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件是一條輸入信號(hào)線的一部分，且該第二電感耦合元件被耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。
18.如權(quán)利要求17所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
19.如權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件是一個(gè)超導(dǎo)可編程器件的一部分，且該第二電感耦合元件被耦連到一條輸入信號(hào)線。
20.如權(quán)利要求19所述的超導(dǎo)集成電路，其中該超導(dǎo)可編程器件是一個(gè)超導(dǎo)量子位。
21.如權(quán)利要求15所述的超導(dǎo)集成電路，其中該至少兩個(gè)超導(dǎo)連接各自包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。
22.一種超導(dǎo)集成電路，包括 包括第一超導(dǎo)電流通路的第一電感耦合元件，該第一超導(dǎo)電流通路布置在位于兩個(gè)介電層中間的第一金屬層上； 包括第二超導(dǎo)電流通路、第三超導(dǎo)電流通路和至少兩個(gè)超導(dǎo)連接的第二電感耦合元件，該第二超導(dǎo)電流通路布置在第二金屬層上，該第三超導(dǎo)電流通路布置在第三金屬層上，該至少兩個(gè)超導(dǎo)連接位于該第二與第三超導(dǎo)電流通路之間，這使得該第二電感耦合元件沿著其長度的至少一部分包圍著該第一電感耦合元件；以及 第一超導(dǎo)可編程器件。
23.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件間的互感近似線性地正比于分離該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件的距離。
24.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路，其中該至少兩個(gè)超導(dǎo)連接各自包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)通孔。
25.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一超導(dǎo)可編程器件包括一個(gè)超導(dǎo)量子位。
26.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路,其中該第一電感稱合兀件包括一條輸入信號(hào)線的一部分并且該第二電感耦合元件被耦連到該第一超導(dǎo)可編程器件。
27.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件被耦連到該第一超導(dǎo)可編程器件，且該第二電感耦合元件被耦連到一條輸入信號(hào)線。
28.如權(quán)利要求22所述的超導(dǎo)集成電路，進(jìn)一步包括 包括第四超導(dǎo)電流通路的電感耦合元件，該第四超導(dǎo)電流通路布置在位于兩個(gè)介電層之間的第一金屬層中； 第四電感耦合元件，該第四電感耦合元件包括布置在該第二金屬層中的第五超導(dǎo)電流通路、布置在該第三金屬層中的第六超導(dǎo)電流通路、以及該第五和第六超導(dǎo)電流通路之間的至少兩個(gè)超導(dǎo)連接，這使得該第四電感耦合元件包圍著該第三電感耦合元件的至少一部分；以及 第二超導(dǎo)可編程器件。
29.如權(quán)利要求28所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第三電感耦合元件包括一條輸入信號(hào)線的一部分并且該第四電感耦合元件被耦連到該第二超導(dǎo)可編程器件。
30.如權(quán)利要求28所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第三電感耦合元件被耦連到該第二超導(dǎo)可編程器件，且該第四電感耦合元件被耦連到一條輸入信號(hào)線。
31.如權(quán)利要求28所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第一電感耦合元件被電鍍耦連到該第三電感稱合元件。
32.如權(quán)利要求28所述的超導(dǎo)集成電路，其中該第二電感耦合元件被電鍍耦連到該第四電感耦合元件。
33.一種集成電路，包括 多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層，包括至少一個(gè)導(dǎo)電的第一內(nèi)部電感耦合元件和至少一個(gè)導(dǎo)電的第一外部電感耦合元件，其中該第一外部電感耦合元件穿過該多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層而延伸以沿著其長度的至少一部分圍繞該第一內(nèi)部電感耦合元件，且其中該第一外部電感耦合元件與該第一內(nèi)部電感耦合元件電絕緣，且間隔足夠緊密以在它們之間提供電感通信。
34.如權(quán)利要求33所述的集成電路，其中該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件中的至少一個(gè)是由在臨界溫度以下超導(dǎo)的導(dǎo)電材料形成。
35.如權(quán)利要求33所述的集成電路，其中該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件中的至少一個(gè)被耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件。
36.如權(quán)利要求33所述的集成電路，其中該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件間的互感近似線性地正比于分離該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件的距離。
37.如權(quán)利要求33所述的集成電路，進(jìn)一步包括 導(dǎo)電的第二外部電感耦合元件，其中該第二外部電感耦合元件穿過多個(gè)導(dǎo)電層和電絕緣層而延伸以沿著其長度的至少一部分圍繞該第一內(nèi)部電感耦合元件，且其中該第二外部電感耦合元件與該第一內(nèi)部電感耦合元件電絕緣，且間隔足夠緊密以在它們之間提供電感通信，且其中該第二外部電感耦合元件被電鍍耦連到該第一外部電感耦合元件。
全文摘要
一種可以包括磁通量變換器的超導(dǎo)集成電路，該磁通量變換器具有內(nèi)部電感耦合元件和外部電感耦合元件，該外部電感耦合元件沿著其長度的至少一部分圍繞該內(nèi)部電感耦合元件。該磁通量變換器可以具有類似同軸的幾何結(jié)構(gòu)，這使得該第一電感耦合元件與該第二電感耦合元件間的互感近似線性地正比于分離該第一內(nèi)部電感耦合元件和該第一外部電感耦合元件的距離。該第一電感耦合元件和該第二電感耦合元件中的至少一個(gè)可以耦連到一個(gè)超導(dǎo)可編程器件，比如超導(dǎo)量子位。
文檔編號(hào)H01L39/00GK102714272SQ201180006131
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者保羅·I·布伊克, 安德魯·J·伯克利, 馬克·W·約翰遜 申請人:D-波系統(tǒng)公司