摘要
近年来，量子计算已经成为一个集合理论量子力学、实验量子力学、计算机科学、数学、量子工程学、量子计量学、材料学等为一体的多学科的交叉领域。超导量子比特作为实现量子计算的重要的物理载体，具有易与外界耦合、易集成等优点。本论文研究了用铝材料制备超导磁通量子比特芯片的工艺，分析了芯片的关键器件—铝隧道结的漏电流、电流密度、势垒层厚度等特性参数。同时，测量了超导量子比特中Al/AlOx/Al隧道结、直流-超导量子干涉器(DC-SQUID)的电学特性，对测量中观测到的隧道结的量子特性进行分析并给出了适当的物理解释。本文主要包括以下几个方面: 1.提高铝薄膜平整度降低Al/AlOx/Al隧道结漏电比 用原子力显微镜(AFM)对不同厚度的铝膜进行了平整度分析，选取较薄的铝膜提高薄膜平整度。通过增加电子束蒸发系统中蒸发源到样品衬底间距离，在相同厚度铝膜下提高了铝膜平整度。隧道结I-V特性测量结果表明，有较高平整度薄膜的隧道结具有较低的漏电比。 2.静态氧化工艺参数对势垒层AlOx的影响 调节静态氧化氧分压大小控制隧道结超导电流密度。通过透射电镜(TEM)分析铝隧道结三层结构，得到了10-1000 Pa氧分压范围内的势垒层AlOx厚度。通过jc≈2e(h)ρ0e-d/ξd/mξd方程进行数值计算和拟合，在特定的参量值下，实验结果与数值计算结果吻合的很好。 3.Al/AlOx/Al隧道结相位扩散现象的分析 在不同温度下测量Al/AlOx/Al隧道结跳变电流统计分布(SCD)。在20mK-80 mK这段温区，隧道结跳变电流统计分布宽度的变化，反映了跳变电流由宏观量子隧穿到热激发的转变规律。在高于80 mK时，观测到以跳变电流统计分布宽度随温度上升而减小，这一现象是超导跳变电流受到相位扩散机制影响的主要特征。 4.超导磁屏蔽系统设计 用铌为超导材料，设计了用于3He制冷机中测量隧道结特性参数的超导磁屏蔽系统。在外加磁屏蔽系统后，测试时外加一定磁场，结的超导电流没有变化，表明设计的磁屏蔽系统起到了一定的磁屏蔽效果。 以上的研究工作，为制备出性能较好的超导磁通量子比特芯片打下了基础。
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