hdy 发表于 2025-5-20 21:50

超导量子芯片-控制线


我们在设计芯片时有很大的版面在布线上,主要用于控制信号,和读取信号。在前面的课程超导量子芯片-谐振腔仿真,我们已经可以知道,任意一条共面波导,都可以理解为一个谐振腔,意味我们的信号线即使只是想要做信号传递,却可能与我们实际产生作用的量子比特,谐振腔产生太强的耦合,这些是我们需要避免的。于是我们在设计时心里要有点数。这个线这么连,这么长。得到的传输线频率是否会和主要的结构频率接近。最好差个几G,一个是减少耦合,一个是避免测控无法区分多个接近频率的器件,计算指定长度的频率提前预估。
图解控制线控制线介绍:
x,y驱动控制线:一般来说接在这个十字电容附近哪里都可以,主要工作原理是跟十字电容的电容耦合嘛
z线:我们的transmon约瑟夫森结是SQUID(磁通可调)所以z线主要的工作原理就是这个连通位置的直流电产生的磁场,来调节约瑟夫森结。
* 这里不考虑这个设计是否真正可用,本案例主要说明控制线的现象和作用扣掉空气桥图层的gds设计,可以用cloud.spinq.cn导出设计加以修改得到,记得自己添加10nH电感的集总RLC在十字电容底部
如果你看ibm的qiskit-metal会发现他们连接到pad部分没有连通,猜测是阻隔了直流噪声的设计,当然这个也可以通过外部设置滤波器之类的实现
qiskit-metal -padhfss仿真,目前有5个结构(比特,谐振腔,3段传输线),其中直流的z线咱是不考虑的,可以在仿真后排查掉。
查看不同频率对应的模式分别指代的是哪个结构,画出场分布单独量子比特的频率分析5.5GHz模式1是谐振腔4.78GHz
模式2是量子比特5.5GHz
模式3是谐振腔读取传输线7.1GHz模式4是z线,但是他是直流的,没有参考价值。模式5还是谐振腔读取传输线,我们通常只拿最小的模式,就舍掉这个模式5了模式6是xy控制线创建驱动模式开启扫频,可查看几个连线的频率如下:
为xy的连接处pad和谐振腔读出线的两个pad创建port,谐振腔读取线上的两个pad创建p1,p2。xy线控制线上的pad创建p3扫频分析,这个表现不好,s12是读取传输线之间的两个port,s13,s23是经过了谐振腔和量子比特,我们会希望他们之间的使用保持一个30db以的差值可以更加容易分辨出信号来源。具体如何修改设计后续再论,肝不动了。比较漂亮的图如下,间隔保持稳定

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