具体实施方式

用于描述本发明的示例性实施例通过提供用于量子计算设备的可调谐超导谐振器，一般地处理和解决上述问题和其他相关问题。说明性实施例还提供了一种用于制造与超导谐振器集成的门电压可调谐电子系统的制造方法和系统。

图1描述了说明可以使用说明性实施例解决的问题的示例表面代码架构(SCA)。诸如SCA 100的超导量子位结构在平面二维(2D)网格上以晶格形式排列许多量子位102、102A和102B。量子位使用谐振线路104(也称为“总线”)彼此耦合并且通信。使用电容性地耦合到特定量子位上的读取线106来读取量子位102的量子态。

典型地，读取线106是谐振线，其中使用色散读出测量特定量子位的量子位状态。色散读出使用与谐振器的色散相互作用，其中，所述相互作用导致色散移位，所述色散移位引起谐振器的频率根据量子位的状态而改变。用微波脉冲询问谐振器频率，通常在对应于基态和激发态的谐振频率的中点附近的频率。反射信号的相位和幅度被用来区分量子位的状态。

然而，使用色散读出的现有架构易受量子位之间的微波串扰和/或频率冲突的影响，从而导致量子态测量中的性能降级并且相应地降低量子计算机的性能。

为了解决现有架构的上述问题，已经尝试开发允许调整量子位之间的耦合的架构。在实验上，调谐量子位耦合先前依赖于利用磁通量控制电路元件。然而，这些通量可调谐的量子位遭受几个缺点，包括由于通量噪声而减少的相干时间、磁通量的精细调节的必要性、它们对芯片上串扰的敏感性(例如，高达30％)、由于产生通量所需的电流而引起的发热、以及由于缩短的相干时间而引起的量子位性能的退化。一些最近的活动集中在开发量子位耦合的电压控制调谐。一种最近的开发压控调谐的方法包括通过门调谐半导体开关可控地使两个接地的transmon短路的建议。另一种最近的方法使用基于半导体纳米线的电压控制开关来可控地将超导腔的一端接地，以改变接地的gatemon的耦合。

需要一种解决方案来提供用于量子计算设备的可调谐超导谐振器以解决与量子位耦合相关的上述问题，以便提供诸如量子位之间的减少的微波串扰和/或频率冲突的优点。例如，这样一种解决方案将使之能够控制量子位102A与量子位102B之间的耦合，以便在读出过程中减少或消除量子位102A与量子位102B之间的微波串扰和/或频率冲突108。

一个实施方案提供了一种用于量子计算设备的可调谐耦合架构。实施例包括与用于量子计算设备的超导谐振器集成以形成与耦合谐振器集成的门电压控制开关的门电压可调谐电子系统。在一个实施例中，门可调谐电子系统和门的一部分被定位以形成开关，该开关被配置为在关键位置处中断超导谐振器电路。在一个或多个实施例中，门可调谐电子系统是约瑟夫逊结(JJ)开关。约瑟夫逊结(JJ)由两个或更多个超导体形成，这些超导体通过非超导材料的一个薄的区段来联接。在特定实施例中，门由定位成接近JJ开关的金属材料形成。

在一个或一个以上实施例中，接近于所述JJ开关而安置的所述门提供可调谐JJ开关，所述可调谐JJ开关经配置以使得通过将门电压提供到所述门，基于所述门电压来调谐所述JJ开关的临界电流。超导材料中的临界电流是如下电流：低于该电流时材料是超导的而高于该电流时材料是非超导的。通过改变JJ开关的临界电流，JJ开关的约瑟夫森电感L_J以反比方式改变。在一个实施例中，施加到近端金属门的电压在具有高临界电流(例如，大约1-10微安(μA))的低电感状态与具有低临界电流(例如，10毫微安(nA))的高电感状态之间调谐开关。

对于通过JJ开关的电流与临界电流相比是小的，约瑟夫逊电感由下式给出：

其中，Φ₀是磁通量量子，并且I_c是JJ开关的临界电流。在一个示例中，1μA的临界电流提供0.3nH(纳亨)的约瑟夫逊电感，10nA的临界电流提供30nH的约瑟夫逊电感。

在该实施例中，改变门的门电压导致JJ开关的约瑟夫逊电感的变化以及耦合量子位的谐振器的特征频率的相应变化。谐振器的特征频率的变化导致量子位之间的耦合强度的变化。

一个或多个实施方案通过调整门电压提供了最近邻量子位之间的逐渐可调谐耦合。另一个实施方案提供了通过读出谐振器中的门电压控制的JJ开关集成从量子位的多路复用读出。另一个实施方案提供了通过切断或减少具有不想要的跃迁频率的一个量子位与一个或多个其他量子位的耦合来切断具有不想要的跃迁频率的量子位的能力。一个或多个实施方案提供了一种新颖的量子门硬件方法，该方法具有更快的门(例如，大约一纳秒(ns)的切换时间)以及量子位之间的可调谐耦合强度。

另一实施例提供一种与超导谐振器集成的门电压可调谐电子系统的制造方法，使得该方法可以作为软件应用来实现。实施制造方法实施例的应用可以被配置成与现有的超导制造系统(例如光刻系统)结合操作。

为了描述的清楚，并且不暗示对其的任何限制，使用布置在晶格中的示例数量的量子位来描述说明性实施例。在说明性实施例的范围内，可以利用不同数量的量子位、晶格中的不同布置、除量子位之外的超导器件、不基于超导体的量子位的类型、或者其某种组合来实现实施例。可以实施一个实施例以类似地改进其它超导制造，其中期望到超导元件的可调谐耦合。

此外，在附图和说明性实施例中使用了示例性可调谐耦合谐振器的简化图。在可调谐耦合谐振器的实际制造中，可以存在本文未示出或描述的附加结构，或者与本文示出和描述的结构不同的结构，而不脱离示例性实施例的范围。类似地，在示例性实施例的范围内，示例性可调谐耦合谐振器中所示或所述的结构可以被不同地制造，以产生如本文所述的类似操作或结果。

如本文所述，示例性结构、层和形成物的二维图中的不同阴影部分旨在表示示例性制造中的不同结构、层、材料和形成物。不同的结构、层、材料和形成物可以使用本领域普通技术人员已知的合适材料来制造。

本文所描述的形状的具体形状、位置、定位或尺寸不旨在要限制示例性实施例，除非这样的特征被明确地描述为实施例的特征。选择形状、位置、尺寸或它们的一些组合仅为了附图和描述的清楚，并且可能已经相对于实际光刻中可能使用的实际形状、位置、定位或尺寸被夸大、最小化或以其他方式改变，以实现根据说明性实施例的目标。

此外，仅作为示例，关于具体的实际或假设的超导器件，例如量子位，描述了说明性实施例。由各种说明性实施例描述的步骤可适于以类似方式制造各种可调谐耦合谐振器，且此些调适涵盖于说明性实施例的范围内。

当在应用中实施时，实施例使得制造过程执行如本文所述的某些步骤。在几个附图中描述了制造过程的步骤。在特定的制造过程中，并非所有的步骤都是必需的。一些制造过程可以以不同的顺序实现步骤、组合某些步骤、移除或替换某些步骤、或执行这些和其它步骤操作的某种组合，而不脱离说明性实施例的范围。

仅作为示例，关于某些类型的材料、电特性、结构、形成、层取向、方向、步骤、操作、平面、尺寸、数量、数据处理系统、环境、部件和应用来描述说明性实施例。这些和其它类似的人为因素的任何特定表现不是要限制本发明。可以在示例性实施例的范围内选择这些和其它类似产物的任何适当表现。

使用特定设计、架构、布局、示意图和工具描述了说明性实施例，这些仅作为示例，而不是对说明性实施例的限制。说明性实施例可以结合其它相当或类似目的设计、架构、布局、示意图和工具来使用。

本公开中的示例仅用于清楚描述，而不是限制于说明性实施例。本文列出的任何优点仅是示例，并且不旨在限制说明性实施例。通过特定的说明性实施例可以实现附加的或不同的优点。此外，特定说明性实施例可具有上文所列优点中的一些、全部或不具有上文所列优点。

参考图2，该图描绘了根据说明性实施例的与超导谐振器集成的示例门电压可调谐电子系统。顶视图200描绘了可调谐超导谐振器结构，其具有由耦合到门可调谐电子系统206的超导材料构成的谐振器中心导体202，以及设置在门可调谐电子系统206附近的门204。在一个或多个实施例中，门可调谐电子系统206、谐振器中心导体202和门204包括约瑟夫逊结(JJ)开关208。在一个或多个实施例中，谐振器中心导体202的第一端被配置成电容性地耦合到诸如第一量子位的第一超导器件，并且谐振器中心导体202的第二端被配置成电容性地耦合到诸如第二量子位的第二超导器件。

在所示实施例中，门204具有平面矩形形状，并且位于门可调谐电子系统206的一部分之上、附近并与其正交。在其它特定实施例中，门204可具有任何合适的形状、大小或配置。在特定实施例中，门204由超导材料或金属材料形成。在其他实施例中，可以使用其他门和量子位结构。在其他实施例中，多于一个量子位可以在沿着其长度的不同位置处电容耦合到谐振器中心导体202。在一个或多个实施例中，门204和门可调谐电子系统206通过绝缘体材料或真空分离。在实施例中，门204可以仅与门可调谐电子系统206的一部分重叠。在实施例中，门204可以不与谐振器中心导体202重叠。

在特定实施例中，可以形成谐振器中心导体202或门204的可能的超导材料包括铝、铟、铌、氮化铌钛、二硒化铌、钽、钛或钼铼中的一种或多种。在特定实施例中，可以形成门204的可能的金属或导电门材料包括金、铂、钯、金合金(例如钯金)、铜或石墨。应当理解，前述内容是可能的超导材料和金属材料的非穷举性列表，并且在其他实施例中，可以使用其他合适的超导材料或金属材料。

在一实施例中，门电压被施加至金属门204以引起JJ开关208内的临界电流的可控制变化，且由此进一步引起JJ开关208的约瑟夫森电感的变化。约瑟夫逊电感的变化进一步引起包括中心导体202的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到谐振器中心导体202的两个或更多个超导器件之间的耦合强度。因此，门电压可配置成调谐约瑟夫逊电感，并因此能够使包括中心导体202的谐振器失谐，以改变超导器件之间的耦合强度，例如在强耦合状态和弱耦合(或去耦合)状态之间。

参考图3，该图描绘了根据说明性实施例的示例性分路门可调谐耦合谐振器。顶视图300描述了分路可调谐超导谐振器结构，其具有由超导材料构成的谐振器中心导体302，该中心导体一端连接到第一耦合焊盘304A，另一端连接到第二耦合焊盘304B。谐振器中心导体302连接到将谐振器中心导体302耦合到接地平面308的分路部分306。在一个实施例中，谐振器中心导体302和分路部分306可以由相同超导材料的连续片构成。JJ开关314集成在分路部分306中，以基于施加到集成JJ开关314的门310的门电压可控地对谐振器进行分路。在特定实施例中，接地平面308是由超导材料形成的超导接地平面。在其他实施例中，可以使用其他门和量子位结构，并且一个或多个JJ开关可以在沿着它们各自长度的任何合适位置处集成到谐振器中心导体302和/或分路部分306中。在特定实施例中，一个JJ开关集成在谐振器中心导体302中，并且分路部分306不包含JJ开关。

在一些实施例中，可以以谐振器包括共面波导的方式来构造接地平面308。在这种几何结构中，接地面与谐振器中心导体302以及分路306在任一侧分开一定距离，该距离沿谐振器的长度不变。尺寸通常由在1MHz-20 GHz的频率范围中具有50欧姆阻抗的传输线的设计规范来指导。在图3所示的实施例中，为了清楚起见，未示出该接地平面几何形状。在图3所示的特定实施例中，谐振器中心导体302以曲折的结构示出。在其它特定实施例中，谐振器中心导体302可以是直的配置或任何其它合适的谐振器配置。

在图3所示的特定实施例中，分路部分306以直线配置示出。在其他特定实施例中，分路部分306可以是任何其他合适配置的曲折配置。在其它特定实施例中，分路部分306的长度可以比图3中所示的长得多，在其它特定实施例中，分路部分306的长度可以不长于集成JJ开关所必需的长度(例如，大约为JJ开关的长度)。在其他实施例中，分路部分306可以在与图3所示的位置不同的位置处连接到谐振器中心导体302。

第一耦合垫片304A被配置成将一个第一量子位312A电容性地耦合到谐振器中心导体302上，并且第二耦合垫片304B被配置成将一个第二量子位312B电容性地耦合到谐振器中心导体302上。在其他实施例中，第一耦合垫片304A被配置成将量子位312A电容性耦合到谐振器中心导体302，并且第二耦合垫片304B被配置成电容性耦合到另一个器件。在一些实施例中，第一耦合垫片304A被配置成将量子位312A电容耦合到谐振器中心导体302，并且第二耦合垫片304B例如使用引线接合或凸块接合直接耦合到读出测量电路。

在一实施例中，门电压被施加至集成的JJ开关314的门310，以造成结的临界电流的可控制变化，且因此进一步造成约瑟夫森电感L_J的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步引起包括中心导体302的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了第一量子位312A与第二量子位312B之间的耦合强度。因此，该门电压是可配置的以调谐该约瑟夫逊电感L_j并且因此能够去调谐包括中心导体302的谐振器的频率以改变在第一量子位312A与第二量子位312B之间的耦合强度。

参考图4，该图描绘了根据说明性实施例的与超导耦合谐振器集成的门电压可调谐电子系统的示例性内联集成。顶视图400描述了集成的“T”形门电压可调电子系统414和超导耦合谐振器结构，该超导耦合谐振器结构具有靠近并垂直于JJ开关404的一部分设置的门402。JJ开关404耦合在由超导材料构成的谐振器中心导体408的两个部分之间。

门402的一部分接近第一接地平面410A，且电子系统414的分路部分406耦合到第二接地平面410B。在特定实施例中，第一接地平面410A和第二接地平面410B各自是由超导材料形成的超导接地平面。在特定实施例中，电子系统414的分路部分406具有小于或近似等于1千欧(Kohm)的电阻。谐振器中心导体408在一端电容耦合到第一量子位412A，并且在另一端电容耦合到第二量子位412B。

本发明的实施例在实现分路电子系统406方面是灵活的。在一些实施例中，可以选择分路部分406和接地平面410B的几何形状以确定分路部分406的电阻。虽然接地面410B被示出为在分路406附近具有切除矩形部分，但是在一些实施例中，接地平面410B可以不具有该切除部分。在一些实施例中，由于来自接地面410B和谐振器中心导体408的邻近效应，电子系统414的分路部分是超导的。在一些实施例中，分路部分406在与JJ开关404不同的位置处将接地平面410B连接到谐振器中心导体408，使得分路部分406和JJ开关404包括两个不同的电子系统。

在一实施例中，门402及JJ开关404经配置以引起JJ开关404的临界电流的可控制变化，且借此引起JJ开关404的约瑟夫森电感L_J的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步引起结构400中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到该器件的超导器件(例如量子位412A和量子位412B)之间的耦合强度。在其他实施例中，可以使用其他门和门可调谐电子系统，并且门结构可以门控门可调谐电子系统的全部或部分。

参考图5，该图描述了根据说明性实施例的SCA布置中与超导谐振器集成的门电压可调谐电子系统的示例实现。顶视图500描绘了在平面二维(2D)网格上以晶格形式形成的多个量子位502。量子位使用谐振线路504(也称为“总线”)彼此耦合并且通信。量子位502的量子态是使用电容性地耦合到特定量子位上的读取线506、506A来读取的。读取线506A中的每一者进一步包含接近于其而安置的集成门/JJ开关508以形成与例如本文关于各种实施例所描述的超导谐振器集成的门电压可调谐电子系统。

在所图示的实施方案中，读取线506A中的每一个和对应的集成门/JJ开关508形成一个门可调谐读出谐振器，该门可调谐读出谐振器被配置成接收一个单独可控的门电压以允许特定量子位502从读取线506的受控的耦合和去耦合。在一个或多个实施例中，门可调谐读出谐振器的单独门控部分提供通过可调谐读出谐振器的多路复用读出量子位502的能力。

参考图6，该图描绘了根据说明性实施例的与超导谐振器器件结构600集成的门电压可调谐电子系统的横截面视图。结构600包括绝缘衬底结构602，其具有形成在绝缘衬底结构602的表面(例如，顶表面)上的超导材料604的第一和第二部分。在特定实施例中，绝缘衬底结构602可以由任何合适的衬底材料形成，例如硅(Si)或蓝宝石。

结构600还包括设置在超导材料604的第一和第二部分之间的绝缘衬底结构602的表面上的半导体材料层606。在图6所示的实施例中，超导材料604的部分与半导体材料层606的部分重叠。在特定实施例中，半导体材料层606由砷化铟(InAs)材料形成。超导材料604的第一和第二部分与半导体材料层606的结一起形成诸如JJ开关的门可调谐电子系统。

结构600还包括沉积在半导体材料层606的暴露部分和超导材料604的重叠部分上的绝缘体层608。在特定实施例中，绝缘体层608由氧化物材料形成。结构600还包括沉积在绝缘体层608上的门材料610，其形成与超导谐振器器件集成的门电压可调谐电子系统的门。在特定实施例中，可形成门材料610的可能的金属或导电门材料包括金、铂、钯、金合金(例如，钯金)、铜或石墨。在特定实施例中，可以形成超导材料604或门材料610的可能的超导材料包括铝、铟、铌、氮化铌、氮化铌钛、二硒化铌、钽、钛或钼铼。应当理解，前述内容是可能的超导材料和金属材料的非穷举性列表，并且在其他实施例中，可以使用其他合适的超导材料或金属材料。还应当理解，绝缘体608是可选的，并且根据特定实施例可以不存在。

在一个实施例中，门电压被施加到门材料610以引起超导体/半导体结内的临界电流的可控变化，并且由此进一步引起约瑟夫逊电感L_j的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步导致结构600中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到器件的超导器件(例如量子位)之间的耦合强度。

参考图7，该图描述了根据另一说明性实施例的与超导谐振器器件结构700集成的门电压可调谐电子系统的截面图。结构700包括分子束外延(MBE)生长异质结构。结构700包括第一阻挡层702，其具有形成在第一阻挡层702的表面(例如，顶表面)上的量子阱层704。

结构700还包括在量子阱层704的表面(例如，顶表面)上形成的超导材料706的第一和第二部分以及在超导材料706的第一和第二部分之间设置在量子阱层704的表面上的第二阻挡层708。

在一些实施例中，超导材料706可以不设置在量子阱层704的表面上，而是可以以另一合适的方式形成。例如，超导体706可延伸到量子阱704中，或者超导体706的底表面可设置在屏障708中的量子阱的稍上方。此外，尽管在700中超导体706的底表面被描绘为平坦的，但是在一些实施例中，情况可能并非如此。例如，超导体706可以以空间不均匀的方式接触量子阱704，或者作为制造过程的一部分，来自超导体706的超导材料可以部分地迁移到量子阱704中。

在所示的实施例中，第一阻挡层702、量子阱层704和第二阻挡层708形成量子阱。量子阱是具有离散能量值的势阱，其引起量子限制。在各种实施例中，使用MBE工艺形成第一阻挡层702、量子阱层704和第二阻挡层708中的一个或多个。在特定实例中，量子阱层704由InAs材料形成，且第一阻挡层702及第二阻挡层708由InGaAs材料形成。在另一特定示例中，量子阱层704由Ge材料形成，第一阻挡层702和第二阻挡层708由SiGe材料形成。

在其它特定实施例中，用于量子阱层704、第一阻挡层702和第二阻挡层708的可能材料可以包括：

在图7所示的实施例中，超导材料的第一和第二部分706、第一阻挡层702、量子阱层704和第二阻挡层708的结一起形成诸如JJ开关的门可调电子系统。

结构700还包括沉积在第二阻挡层708的暴露部分和超导材料706的重叠部分上的绝缘层710。在特定实施例中，绝缘层710由氧化物材料形成。结构700还包括沉积在绝缘层710上的门材料712，其形成与超导谐振器器件集成的门电压可调电子系统的门。

在一个实施例中，门电压被施加到门材料712，以引起超导体/半导体结内的临界电流的可控变化，并且由此进一步引起约瑟夫逊电感L_j的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步导致结构700中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到器件的超导器件(例如量子位)之间的耦合强度。应当理解，绝缘体710是可选的，并且根据特定实施例可以不存在。

在一些实施例中，700中的结构可以包括掺杂剂或插入在结构中的某些位置处的原子。例如，当零电压被施加到门712时，掺杂剂可以被用于控制JJ开关中的载流子密度。因此，掺杂剂可用于控制操作开关所需的门电压的范围。在一些实施例中，掺杂剂可以在与量子阱704相距恒定距离处设置在阻挡702和/或阻挡708中的薄层中(例如，δ掺杂方案)。

在一些实施例中，量子阱也可以形成在两个完全不同的半导体之间的界面处。例如，阻挡层708和量子阱704都可以由相同的半导体(例如GaAs)构成，而阻挡层702可以由不同的半导体(例如AlGaAs)构成。此外，δ掺杂层可以存在于阻挡层702中。在这种情况下，量子阱可以在量子阱层704中形成在与阻挡层702的界面附近。

参考图8，该图描述了根据另一说明性实施例的与超导谐振器器件结构800集成的门电压可调谐电子系统的截面图。结构800包括具有MBE生长的超导接触的MBE生长的量子阱异质结构。结构800包括第一阻挡层802，其具有形成在第一阻挡层802的表面(例如，顶表面)上的量子阱层804。

结构800还包括设置在量子阱层804表面上的第二阻挡层806和形成在第二阻挡层806的表面(例如，顶表面)上的超导材料808的第一和第二部分。在所示的实施例中，使用外延工艺在第二阻挡层806上形成超导材料808的第一和第二部分。

在所示的实施例中，第一阻挡层802、量子阱层804和第二阻挡层806形成量子阱。在各种实施例中，使用MBE工艺形成第一阻挡层802、量子阱层804和第二阻挡层806中的一个或多个。在特定实例中，量子阱层804由InAs材料形成，且第一阻挡层802及第二阻挡层806由InGaAs材料形成。在另一特定示例中，量子阱层804由Ge材料形成，第一阻挡层802和第二阻挡层806由SiGe材料形成。

超导材料808的第一和第二部分、第一阻挡层802、量子阱层804和第二阻挡层806的结一起形成门可调谐电子系统，例如JJ开关。

结构800还包括沉积在第二阻挡层806的暴露部分以及超导材料808的第一和第二部分上的绝缘层810。在特定实施例中，绝缘层810由氧化物材料形成。结构800还包括沉积在绝缘体层810上的门材料812，其形成与超导谐振器器件集成的门电压可调电子系统的门。应当理解，绝缘体810是可选的，并且根据特定实施例可以不存在。

在一个实施例中，门电压被施加到门材料812，以引起超导体/半导体结内的临界电流的可控变化，从而进一步引起约瑟夫逊电感L_j的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步导致结构800中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到器件的超导器件(例如量子位)之间的耦合强度。

在一些实施例中，800中的结构可以包括掺杂剂或插入在结构中的某些位置处的原子。例如，当零电压被施加到门812时，掺杂剂可以被用于控制JJ开关中的载流子密度。因此，掺杂剂可用于控制操作开关所需的门电压的范围。在一些实施例中，掺杂剂可以在与量子阱804相距恒定距离处设置在阻挡层802和/或阻挡层806中的薄层中(例如，δ掺杂方案)。

在一些实施例中，量子阱也可以形成在两个完全不同的半导体之间的界面处。例如，阻挡层806和量子阱804都可以由相同的半导体(例如GaAs)构成，而阻挡层802可以由不同的半导体(例如AlGaAs)构成。此外，δ掺杂层可以存在于阻挡层802中。在这种情况下，量子阱可以在量子阱层804中在与阻挡层802的界面附近形成。

参考图9，该图描述了根据另一说明性实施例的与超导谐振器器件结构900集成的门电压可调电子系统的截面图。结构900包括半导体衬底结构902，其具有在半导体衬底结构902的表面(例如，顶表面)上形成的超导材料904的第一和第二部分。在特定实施例中，半导体衬底结构902是由诸如Si的半导体材料形成的邻近的半导体衬底。超导材料904的第一和第二部分与半导体衬底层902的结一起形成门可调谐电子系统，例如JJ开关。

结构900还包括沉积在半导体衬底层902的暴露部分和超导材料904的部分的重叠部分上的绝缘体层906。在特定实施例中，绝缘层906由氧化物材料形成。结构900还包括沉积在绝缘体层906上的门材料908，形成与超导谐振器器件集成的门电压可调谐的电子系统的门。在特定实施例中，可形成门材料908的可能的金属或导电门材料包括金、铂、钯、金合金(例如，钯金)、铜或石墨。在特定实施例中，可以形成超导材料904或门材料908的可能的超导材料包括铝、铟、铌、氮化铌、氮化铌钛、二硒化铌、钽、钛或钼铼。应当理解，前述内容是可能的超导材料和金属材料的非穷举性列表，并且在其他实施例中，可以使用其他合适的超导材料或金属材料。还应当理解，绝缘体908是可选的，并且根据特定实施例可以不存在。

在一个实施例中，门电压被施加到门材料908，以引起超导体/半导体结内的临界电流的可控变化，从而进一步引起约瑟夫逊电感L_j的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步导致结构900中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到器件的超导器件(例如量子位)之间的耦合强度。

参考图10，该图描绘了根据说明性实施例的与超导谐振器器件结构1000集成的门电压可调电子系统的截面图。结构1000包括绝缘衬底结构1002，其具有由石墨烯材料形成的石墨烯层1004，该石墨烯层设置在绝缘衬底结构1002的表面(例如，顶表面)的一部分上。在特定实施例中，绝缘衬底结构1002由硅形成。在特定实施例中，绝缘衬底材料可为硅，其中氮化硼材料安置于其表面的一部分上及石墨烯层1004下方。

结构1000还包括形成在绝缘衬底结构1002的表面上的超导材料1006的第一和第二部分以及石墨烯层1004的一部分，其中石墨烯层1004设置在超导材料1006的第一和第二部分之间。超导材料1006的第一和第二部分与石墨烯层1004的结一起形成诸如JJ开关的门可调谐电子系统。

结构1000还包括沉积在石墨烯层1004的暴露部分和超导材料1006的部分的重叠部分上的绝缘层1008。在特定实施例中，绝缘层1008由氧化物材料形成。在特定实施例中，绝缘体层1008是氮化硼材料。结构1000还包括沉积在绝缘体层1008上的门材料1010，其形成与超导谐振器器件集成的门电压可调的电子系统的门。在特定实施例中，可形成门材料1010的可能的金属或导电门材料包括金、铂、钯、金合金(例如，钯金)、铜或石墨。在特定实施例中，可以形成超导材料1006或门材料1010的可能的超导材料包括铝、铟、铌、氮化铌、氮化铌钛、二硒化铌、钽、钛或钼铼。应当理解，前述内容是可能的超导材料和金属材料的非穷举性列表，并且在其他实施例中，可以使用其他合适的超导材料或金属材料。

在一个实施例中，门电压被施加到门材料1010以引起超导体/石墨烯结内的临界电流的可控变化，并且由此进一步引起约瑟夫逊电感L_j的变化。约瑟夫逊电感L_J的变化进一步导致结构1000中的谐振器的特征频率的变化，这进一步改变了耦合到器件的超导器件(例如量子位)之间的耦合强度。

在其它特定实施例中，层1004可包括薄膜材料，例如Bi₂Te₃、Bi₂Se₃、Sb₂Te₃、Sb₂Se₃中的一者或一者以上。在特定实施例中，层1004可以是单层石墨烯或双层石墨烯。

参考图11，该图描绘了根据说明性实施例的在多量子比特器件架构中与超导谐振器集成的门电压可调谐电子系统的示例实现。顶视图1100描述了在平面二维(2D)网格上以晶格形式形成的多个量子位1102A-1102D。在一些实施例中，量子位1102A-1102D是transmon量子位。使用电容性耦合到特定量子位的读出线1104来读取量子位1102A-1102D的量子态。量子位彼此耦合并且使用谐振线路1106(也称为“总线”)通信。

谐振线1106还可以包括与其耦合的分路1108，包括JJ开关1112和靠近相应的JJ开关1112设置的门1110，以形成例如本文关于各种实施例描述的门可调谐谐振器。在所示的实施例中，开关1112和相应的门1110中的每一个被配置成接收单独可控的门电压，以允许量子位1102A-1102D对的受控的耦合和去耦合。在一个或多个实施例中，门可调谐谐振器的单独门控部分提供了逐渐调谐最近邻量子位之间的耦合的能力。在一个或多个实施例中，门可调谐谐振器的单独门控部分提供了关闭具有不期望的跃迁频率的量子位的能力。在一个或多个实施例中，门可调谐谐振器的单独选门控部分提供了具有更快的门和量子位之间的可调谐耦合强度的新颖的量子门硬件方法。

本文参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计出替代实施例。尽管在以下描述和附图中阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，当即使改变了取向也保持了所描述的功能时，本文描述的许多位置关系是与取向无关的。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。因此，实体的偶连可以指直接或间接偶连，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。作为间接位置关系的一个例子，本说明书中提到在层“B”上形成层“A”包括这样的情况，其中一个或多个中间层(例如层“C”)在层“A”和层“B”之间，只要层“A”和层“B”的相关特性和功能基本上不被(多个)中间层改变。

以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、“包含有”“包括”、“包括有”、“具有”、“有”、“含有”、“涵盖”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他要素。

另外，术语“说明性”在本文中用于表示“充当实例、例子或说明”。在此描述为“说明性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而不管是否明确描述。

术语“约”、“基本上”、“大约”及其变体旨在包括与基于提交本申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所公开的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所描述的实施例。