CN114651338A - 用于低温设备的低温制冷 - Google Patents

Abstract

提供了一种主动冷却结构(200，200a)，包括非超导体层(220)、超导体层(210)以及超导体‑绝缘体‑正常金属(NIS)隧道结的阵列(240)。所述非超导体层可以包括多个非超导体迹线(222)。所述超导体层可以包括多个超导体迹线(212)。所述超级导体‑绝缘体‑正常金属(NIS)隧道结的阵列可以位于所述多个非超导体迹线与所述多个超导体迹线之间。

Description

用于低温设备的低温制冷

技术领域

在此披露了一种用于低温电子器件的冷却装置和制造方法，并且更具体地涉及用于低温和极低温超导体器件的主动冷却。

背景技术

分子和亚原子粒子遵循量子力学定律，量子力学定律是探索物理世界在基础水平上如何工作的物理学分支。在这个水平上，颗粒以奇怪的方式表现，即同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其他颗粒相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

适合用于量子计算的许多量子装置要求低的或极低的温度以便起作用。如果温度升高到这些水平以上，则误差将被引入到所述量子计算过程中。然而，传统的蒸汽压缩冷却器体积庞大、昂贵，并且对于在这些温度下维持设备阵列不是完全可靠的。

发明内容

根据一个或多个实施例，主动冷却结构包括非超导体层、超导体层、和超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结阵列。所述非超导体层可以包括多个非超导体迹线。所述超导体层可以包括多个超导体迹线。所述超级导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结的阵列可以位于所述多个非超导体迹线与所述多个超导体迹线之间。

根据一个或多个实施例，一种量子处理器，所述量子处理器包括第一衬底、在所述第一衬底上形成的多个量子位、以及与这些量子位处于热连通的主动冷却结构。所述主动冷却结构可以包括非超导体层、超导体层、以及在所述非超导体层与所述超导体层之间的绝缘体层。

所述量子处理器可以进一步包括例如以下特征中的至少一个或多个：

所述主动冷却结构可以包括在非导电层与超导体层之间的超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结构的网格。所述非超导体层可以包括多个在第一方向上延伸的非超导体迹线；并且所述超导体层可以包括多个在第二方向上延伸的超导体迹线。所述多个超导体迹线和所述多个非超导体迹线可以在所述X-Y平面中的多个位置处相交。

所述非超导体层可以包括银，所述绝缘体层可以选自由二氧化硅和二氧化铪组成的组，并且所述超导体层可以选自由铝和铌组成的组。

根据一个或多个实施例，一种将量子处理器冷却到极端低温的方法，所述方法包括将电压施加到与量子处理器处于热连通的主动冷却结构。所述主动冷却结构可以包括非超导体层、超导体层、以及在所述非超导体层与所述超导体层之间的绝缘体层。

根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造主动冷却结构的方法，所述方法包括在非导电层与超导体层之间形成超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结构的阵列。所述非超导体层可以包括沿第一方向延伸的多个非超导体迹线。所述超导体层可以包括在第二方向上延伸的多个超导体迹线。

用于制造主动冷却结构的方法可进一步包括例如以下特征中的至少一个或多个：

所述制造方法可以包括形成将所述多个超导体迹线并联地电连接的第一多个焊盘并且形成将所述非超导体迹线并联地电连接的第二多个焊盘。

所述制造方法可包括：将光致抗蚀剂层施加至衬底；在图案中曝光光致抗蚀剂层以产生曝光的光致抗蚀剂和未曝光的光致抗蚀剂；去除曝光的光致抗蚀剂层；将金属层施加至未曝光的光致抗蚀剂和衬底上；以及去除未曝光的光刻胶。

所述制造方法可以包括在所述非超导体层上形成绝缘体层。

所述制造方法可以包括：将剥离光致抗蚀剂层施加到所述绝缘体层上；在图案中曝光所述剥离光致抗蚀剂层以产生曝光的剥离光致抗蚀剂和未曝光的剥离光致抗蚀剂；去除曝光的剥离光致抗蚀剂层；将所述超导体层施加到所述未曝光的剥离光致抗蚀剂层和所述绝缘体层上；以及去除所述未曝光的剥离光致抗蚀剂。

根据一个或多个实施例，提供了一种用于量子处理器的制造方法，所述制造方法包括在第一衬底上形成多个量子位，并且形成与这些量子位处于热连通的主动冷却结构。所述主动冷却结构可以包括非超导体金属层、在所述非超导体层的顶部上形成的绝缘体层、以及在所述绝缘体层的顶部上形成的超导体层。

所述量子处理器的制造方法可以进一步包括例如以下特征中的至少一个或多个：

所述制造方法可包括：将光致抗蚀剂层施加至衬底；以图案曝光光致抗蚀剂层以产生曝光的光致抗蚀剂和未曝光的光致抗蚀剂；去除曝光的光致抗蚀剂层；在所述未曝光的光刻胶和所述衬底上涂覆所述金属层，并去除所述未曝光的光刻胶。

所述制造方法可以包括在所述非超导体层上形成绝缘体层。

所述制造方法可以包括：将剥离光致抗蚀剂层施加到所述绝缘体层上；以图案曝光所述剥离光致抗蚀剂层以产生曝光的剥离光致抗蚀剂和未曝光的剥离光致抗蚀剂；去除曝光的剥离光致抗蚀剂层；将所述超导体层施加到所述未曝光的剥离光致抗蚀剂层和所述绝缘体层上；以及去除所述未曝光的剥离光致抗蚀剂。

根据一个或多个实施例，提供了一种用于制造热化结构的半导体制造***。半导体制造***可以包括上面编码有用于制造设施的指令集的计算机可读存储媒质，所述指令集在由处理器操作时使得制造方法被执行。所述制造方法可以包括在非导电层与超导体层之间形成超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结构的阵列。所述非超导体层可以包括多个在第一方向上延伸的非超导体迹线，并且所述超导体层可以包括多个在第二方向上延伸的超导体迹线。

以上概述并不旨在描述本公开的每个所示实施例或每个实现方式。

附图说明

本申请包括的附图被结合到说明书中并且形成说明书的一部分。它们示出了本公开的实施方式，并且与描述一起用于解释本公开的原理。附图仅说明某些实施例，而并不限制本公开。

图1描绘了与一些实施例一致的数据处理***的网络的框图；

图2A展示了与一些实施例一致的示例主动平面冷却结构的顶视图；

图2B示出了沿线BB截取的图2A的示例性冷却结构；

图2C示出了根据一些实施例的另一个示例主动平面冷却结构；

图3A展示了与一些实施例一致的实例主动冷却的量子处理器；

图3B展示了与一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器；

图4展示了与一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器；

图5展示了与一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器；

图6A展示了与一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器；

图6B展示了与一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器；

图7A-图7D是描述与一些实施例一致的在用于制造主动平面量子冷却结构的示例过程的各个阶段的器件的器件横截面。

图8描绘了用于制造与一些实施例一致的主动平面量子冷却结构的示例计算机实现的过程。

虽然本发明可服从不同修改和替代形式，但是其细节已经通过举例在附图中示出并且将被详细描述。然而，应当理解，本发明并不局限于所描述的具体实施例。相反，本发明旨在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

如在本文中使用的，“低温”范围是指开始于或约77开尔文(K)的低温温度范围。“极低温度”起始于或约为10开尔文，并且向下延伸至至少1毫开尔文(0.001K)，并且在一些情况下使用可用技术尽可能低，当前约为0.000001K。

“低温装置”(LTD)是在低或极端低温范围内操作的装置。在低或极端温度下操作的大多数LTD依赖于在那些温度下表现出超导体特性的材料。

概述

本披露的方面涉及一种用于低温电子器件的冷却装置和制造方法，更具体的方面涉及用于低温和极低温超导体器件的主动冷却。虽然本公开不必限于这样的应用，但是可以通过使用所述上下文对不同示例的讨论来理解本公开的各个方面。

包括超导体器件在内的LTD器件在工作时产生热量。然而，在这种低温温度范围内的热量去除提出了独特的挑战。

一些实施例在稀释冰箱的冷却室中封装靠近LTD装置或者与LTD装置接触的主动固态冷却装置，以帮助将LTD装置保持在低温或极低的温度下。一些实施例还可以允许减少其他冷却结构中的一些并且可以提高整体可靠性。

量子计算

现今使用的大多数计算机被称为经典计算机。经典计算机使用利用半导体材料和技术制造的常规处理器、半导体存储器、以及磁或固态存储设备，所谓的冯诺伊曼架构。具体地，传统计算机的处理器是二进制处理器，即对以1和0表示的二进制数据进行操作。相比之下，量子处理器(q处理器)使用纠缠的量子位器件(在此紧凑地称为“量子位”、多个“量子位”)的奇异特性来执行计算任务。在量子力学运行的具体领域中，物质颗粒可以以多种状态存在——如“开”状态、“关”状态、以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅使用接通和断开状态(相当于二进制编码中的1和0)的情况下，量子处理器利用这些量子物质状态来输出可用于数据计算的信号。

经典计算机以位编码信息。每个比特可以取1或0的值。这些1和0充当最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机是基于量子位的，所述量子位根据量子物理学的两个关键原理：叠加和纠缠来操作。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0两者。纠缠意味着在一个叠加中的量子位能够以一种非经典的方式彼此相关联；也就是说，一个量子位的状态(无论它是1还是0或者两者)可以取决于另一个量子位的状态，并且当这两个量子位被纠缠时比当它们被单独处理时有更多的信息可以被查明。

使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器运行，从而使量子计算机能够以允许它们解决使用传统计算机难以处理的困难问题的方式运行。

超导体量子位进而通常使用不同材料的一个或多个层来实现器件特性和功能。材料层可以是超导体的、导电的、半导体的、绝缘的、电阻性的、电感性的、电容性的，或者具有任何数量的其他特性。考虑到材料的性质、材料的形状、尺寸或布置、与材料相邻的其他材料以及许多其他考虑，不同的材料层可能必须使用不同的方法来形成。

在量子计算中适合用作量子位的大多数量子装置要求低的或极低的温度以便起作用。

数据处理环境

图1示出了可以实现说明性实施例的数据处理环境的网络的框图。数据处理环境100是其中可以实施说明性实施例的计算机网络。数据处理环境100包括网络102。网络102是用于提供在数据处理环境100内连接在一起的不同设备和计算机之间的通信链路的介质。网络102可以包括诸如有线、无线通信链路或光纤电缆之类的连接。

数据处理环境100包括经由网络102与存储设备单元108可交换地耦接的多个客户端110、112、114、132和多个服务器104、106。图1中描绘的客户端110、112、114、服务器104、106和存储设备单元108是仅用连接到网络102的某些数据处理***的示例角色描述的设备，并且不旨在排除这些数据处理***的其他配置或角色。数据处理环境100中的任何组件(诸如服务器104或106或客户端110、112、114或132)可以包含数据并且可以具有在其上执行的软件应用和/或软件工具105。

设备132和客户端114是客户端设备的示例。例如，设备132可以采取智能电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴计算设备、电器的形式，或者作为任何其他合适的设备。在一些实施例中，被描述为在图1中的另一数据处理***中执行的软件应用和/或工具105可以被配置成用于以类似方式在设备132中执行。在一些实施例中，在图1中的另一个数据处理***中存储或产生的数据或信息可以被配置成以类似方式在设备132中存储或产生。

光刻应用105a可以用于实现或部分实现本文所描述的一些实施例。在那些实施例中，光刻应用105a是用于制造主动平面冷却结构、约瑟夫逊结、量子位、和/或在量子计算装置中使用的其他超导体结构的***的软件部件。光刻应用105a向这种制造***提供指令，用于引起在本文描述的一些实施例中考虑的一些新颖的低温方法和***的组装。

冷却结构

图2A示出了根据一些实施例的示例主动平面冷却结构200的顶视图。图2B示出了沿线B截取的图2A的示例性冷却结构200。图2A和图2B中的冷却结构200的实施例包括由绝缘体层230分隔的超导体层210和普通金属(即非超导体)层220。在一些实施例中，超导体层210形成为沿第一方向(如所描绘的Y方向)延伸的多个大致平行的超导体迹线212(为了清楚起见，仅标记了一些)。超导体迹线202可电连接到公共焊盘214a和214b。正常金属层210类似地形成为在与第一方向(如所描绘的X方向)正交的第二直线方向上延伸的多个大致平行的正常金属迹线222(为了清楚起见，仅标记了一些)。正常金属迹线222电连接至公共焊盘224a和224b。在一些实施例中，超导体层220首先形成在衬底260的顶部上(即，与衬底相邻)，而常规金属层210随后形成在绝缘体层230的顶部上(即，与绝缘体层230相邻)。在其他实施例中，首先在衬底260的顶部上(即，与衬底相邻)形成常规金属层210，随后在绝缘体层230的顶部上(即，与绝缘体层230相邻)形成超导体层220。

超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结构240的阵列(为了清楚起见，仅标记了一些)在超导体迹线212和正常金属迹线222的交叉处(在X-Y平面中)以网格图案形成。示例冷却结构200还包括多个电触点250(为了清楚起见，仅标记了一些电触点)，并且可以在衬底260的表面上产生。

在一些实施例中，当在超导体层210与普通金属层220之间施加小的电势(偏置电压V)时，相对较高的能量(“热”)电子可以穿过这两个层之间的电介质。相反，相对较低的能量(“冷”)电子不能穿过电介质。总之，这具有将热能传递离开热源(如量子装置或界面电子器件)的效果。

在一些实施例中，正常金属层可以是与衬底260相容并且与随后形成结构200的剩余部分(见图7-图8)和/或被冷却的装置(见图3-图6)所需的任何制造工艺相容的任何物质。在一些实施例中并且对于一些应用，还可能希望的是所述正常金属层在所选择的低的和/或极端低的运行温度下不能充当超导体，但仍然是良好的正常导体以减少通过电阻添加到所述***上的热量，并且所述正常金属层是非磁性的以避免与这些量子位的干扰。合适的常规金属包括但不限于银、金、铜、铂和钯。

在一些实施例中，超导体层210可以是在所选低和/或极低的工作温度下表现出超导体特性、与其他所选材料和所使用的任何制造工艺兼容的任何物质。用于一些实施例和一些应用的适合的超导体材料包括但不限于铝、铌、钽、钛、氮化钽、氮化钛、钒、铅、锡、以及镓。所述绝缘体层230可以是在低和/或极低的工作温度下充当所述超导体金属层210与所述正常层220之间的电介质、并且与其他选定的材料和制造过程兼容的任何物质。对于一些实施例和一些应用，合适的此类物质包括二氧化硅(SiO₂)、二氧化铪(HfO₂)和氧化铝(Al₂O₃)。不同氮化物也可适用于一些实施例和一些应用，诸如氮化硅、氮化铪、氮化铝和氮化锆。

图2C示出了根据一些实施例的另一个示例主动平面冷却结构200c。图2C中的主动平坦冷却结构200c还包括由绝缘体层230分离的超导体层210和普通金属(即，非超导体)层220。然而，图2C中的超导体层210和普通金属层220分别包括超导体材料或普通金属的单个平面272、282。与图2A至图2B中的实施例一样，NIS隧道结构240形成在两个平面272、282重叠的地方。所述主动平面冷却结构实施例200c对于空间受限的位置中的主动冷却是合乎需要的，如图3B中的主动平面冷却结构303。

图3A和图3B展示了与一些实施例一致的实例主动冷却的量子处理器300。图3A中的量子处理器300a包括四个主动平面冷却结构302，这些冷却结构是细长的并且被安排在冷却的装置(如量子处理器310)的***周围。所述量子电路310进而包括多个量子装置，如量子位315(为了清楚起见，仅标记了一些)。图3B中的量子处理器300B包括五个主动平面冷却结构302、303。类似于图3A，主动平面冷却结构302中的四个是细长的并且被安排在冷却的装置(如量子处理器310)的***周围。所述第五主动平面冷却结构303被放置在所述冷却器件的***内，如在两组量子位315之间。

在图3A和图3B两者中，主动平面冷却结构302直接形成在衬底360的同一表面(例如，顶表面)上，在构成量子电路310的量子位315旁边和/或之间。由于可以使用与量子电路310相同的制造工艺同时形成主动平面冷却结构302，因此这些布置可能是期望的。这种安排也可能是所希望的，因为这些主动平面冷却结构302在物理上位于这些量子装置附近。

图4展示了与本发明的一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器400。量子处理器400包括形成在衬底460的一个表面(例如，底部)上的大致正方形形状的主动平面冷却结构402。在相对的表面(例如，顶部)上，已经形成多个量子装置415(为了清楚起见，仅标记了一些量子装置)，这些量子装置可以被组合以形成量子电路410。

图5示出了另一个实例主动冷却的量子处理器500。在此实例中，主动平面冷却结构502形成在一个衬底560a上，并且构成量子电路510的量子装置515(为了清楚起见，仅标出了一个)形成在第二衬底560b上。然后，两个衬底560a和560b被背靠背地结合、机械夹紧或以其他方式结合在一起。这些量子处理器实施例400和500可以是希望的，因为它们可以在材料和制造工艺中提供更广泛的选择。

图6A展示了与本发明的一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器600a。图6A中的量子处理器600包括两个主动平面冷却结构，在第一衬底660a的一个表面(例如，底部)上形成的一个602a以及在第二衬底660b的一个表面(例如，顶部)上形成的一个602b。本实施例中的两个衬底660a和660b可以被接合、夹紧或以其他方式接合在一起，使得两个衬底660a、660b将构成量子电路610的量子装置615(为了清楚起见，仅标记一个)夹在中间。图6B展示了与本发明的一些实施例一致的另一个示范性主动冷却的量子处理器600b。在这个量子处理器600b实施例中，顶部主动平面冷却结构602b在衬底660b的最靠近(即，面朝)组成量子电路610的量子装置615(为了清楚起见，仅标出了一个)的表面上。

图6B还包括多个间隔件680，当两个衬底660a和660b被结合、夹紧或以其他方式结合在一起时，这些间隔件防止与量子装置615的物理接触。这些间隔件680可以任选地包括多个通道(未示出)以允许制冷剂(例如，液态氢或氦)进入并穿过量子电路610与顶部主动平面冷却结构602b之间的通路690。图6A和6B中的实施方式是可取的，因为它们还可保护量子装置615和量子电路610。

制造方法

图7A-图7D是器件横截面，其描绘了根据一些实施例的在用于制造主动平面量子冷却结构的示例过程的各个阶段的器件。如图7A所示，首先在衬底760上沉积光致抗蚀剂层770，然后使用掩模和光源(未示出)将第一层710(例如，普通金属层)的光致抗蚀剂图案暴露于光致抗蚀剂层770上。在清洗掉曝光/显影的光致抗蚀剂之后，可以施加用于所述结构的第一层的材料(例如，所选择的常规金属)。然后，剩余的未曝光/未显影的光致抗蚀剂层770可以由适合于所选择的材料和衬底的溶剂溶解。图7B示出了所得到的结构。

接下来，绝缘层730(例如，SiO₂或HfO₂)沉积在结构的剩余(即，图案化)层710(例如，正常金属层)之上。合适的方法包括但不限于原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。图7C中示出了所得到的结构。可施加图案剥离光致抗蚀剂层780以用于形成结构的下一层720(例如，超导体层)。然后可以使用掩模和光源(未示出)在光致抗蚀剂层780上曝光相反的图案，并且可以沉积用于第二层的材料(例如，所选择的超导体)。所得结构在图7D中示出。接着，将曝光/显影的光致抗蚀剂层780与其表面上的任何材料一起洗掉，以形成期望形状的第二层(例如，超导体)。最后，产生适合普通金属和/或超导体阵列的电触点(未显示)，并以适合方向包装以安装到低温冷却结构中。

图8描绘了用于制造与一些实施例一致的主动平面量子冷却结构的示例计算机实现过程800。在一些实施方式中，过程800可以在图1中的光刻应用105a中实现。在框802处，光刻应用105a创建用于待沉积在衬底760上的平面主动冷却结构的第一层710(例如，正常金属层)的图案。接下来，在框804，光刻应用105a使得光致抗蚀剂层沉积在衬底760上并且暴露于第一图案以曝光光致抗蚀剂层。在框806处，光刻应用105a使得曝光/显影的光致抗蚀剂被洗掉并且适当的材料(例如，所选择的正常金属)被施加到所得到的结构上。然后，在框807，光刻应用105a使得未曝光/未显影的光致抗蚀剂以及任何相邻的正常金属一起被去除，从而形成图案化的层710。

在框808，光刻应用105a使绝缘层730沉积在图案化的层710上。在框810，光刻应用105a创建用于第二(例如，超导体)层720的图案。然后，光刻应用105a引导将图案剥离光致抗蚀剂层780的施加到当前结构(在框812处)，随后使用掩模和光来曝光所述图案剥离光致抗蚀剂层780(在框814处)。然后，在框816，光刻应用105a使第二层720(例如，超导体层)沉积在当前结构上。在框818，光刻应用105a引导曝光/显影的光致抗蚀剂层780与其表面上的任何超导体一起被洗掉，从而形成图案化的层720。最后，在框820，光刻应用105a使电触点附接到当前结构。然后，光刻应用105a结束。

概述

虽然已经参考本发明的某些实例详细地描述了本发明，但是在不脱离其基本精神或属性的情况下，本发明也可以以其他特定形式体现。例如，一些实施例能够被分布为编码到计算机可读存储介质(例如，发布接口磁带或“RIT”、“磁带输出”、“GDS2”等)上的用于制造设施(“fab”)的指令集。计算机可读存储媒质又可以是例如电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储媒质的更具体示例的非穷尽列表包括以下各项：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)、记忆棒、软盘、诸如穿孔卡之类的机械编码设备或具有记录在其上的指令的槽中的凸出结构、以及上述各项的任何合适的组合。如本文所使用的计算机可读存储媒体不应被解释为暂时性信号本身，例如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒体传播的电磁波(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)或通过电线发射的电信号。

本文描述的计算机可读指令可以经由网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输纤维、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口接收来自网络的计算机可读程序指令，并转发计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储媒质中。

本发明的各实施例还可作为与客户端公司、非盈利组织、政府实体、内部组织结构等的服务参与的一部分来递送。这些实施例的各方面还可包括分析来自客户端实体的规范、响应于所述分析创建推荐、生成实现推荐中的一些或全部的电路的设计、递送设计的制造指令、和测试所得到的电路。

本文参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不背离本发明的范围的情况下，可设计替代实施例。虽然在以下描述和附图中阐述了元件之间的不同连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，在此描述的许多位置关系在所描述的功能被维持时(即使取向被改变)是取向无关的。除非另有规定，否则这些连接和/或位置关系可以是直接或间接的，并且本发明在此方面并示意图是限制性的。因此，实体的连接可以指直接的或间接的连接，并且实体之间的位置关系可以是直接的或间接的位置关系。作为间接位置关系的实例，在本说明书中提及在层“B”上形成层“A”包括其中一个或多个中间层(例如，层“C”)在层“A”和层“B”之间的情况，只要中间层基本上不改变层“A”和层“B”的相关特征和功能。

以下定义和缩写将用于解释权利要求书和说明书。如在此使用的，术语“包括”、“包含”、“包括”、“包括”、“具有”、“具有”、“含有”或“含有”或其任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包含一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或这种组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备固有的其他要素。

此外，术语“说明性的”在本文中用于表示“用作实例、例子或例证”。在此描述为“说明性的”任何实施例或设计不一定被解释为是比其他实施例或设计优选的或有利的。术语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一的任何整数，即。一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即。两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可包括间接“连接”和直接“连接”。

说明书中对“一个实施方式”、“实施方式”、“示例性实施方式”等的引用表示所描述的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施方式可以包括或可以不包括特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指相同的实施方式。进一步，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例(无论是否明确描述)影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。

术语“约”、“基本上”、“大致”及其变型旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定量的测量相关联的误差程度。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呈现了本发明的各种实施方式的描述，但并不旨在是详尽的或者限于所公开的实施方式。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对本领域普通技术人员将是显而易见的。本文使用的术语被选择来最好地解释实施例的原理、实际应用或优于市场中发现的技术的技术改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解本文描述的实施例。因此，希望在此描述的这些实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，并且参考所附权利要求书来确定本发明的范围。

Claims (21)

1.一种主动冷却结构，包括：

非超导体层，所述非超导体层包括多个非超导体迹线；

超导体层，所述超导体层包括多个超导体迹线；以及

在所述多个非超导体迹线与所述多个超导体迹线之间的超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结的阵列。

2.根据权利要求1所述的主动冷却结构，进一步包括并联连接所述多个超导体迹线的第一多个公共焊盘。

3.根据前述权利要求中任一项所述的主动冷却结构，进一步包括并联连接所述多个非超导体迹线的第二多个公共焊盘。

4.根据前述权利要求中任一项所述的主动冷却结构，还包括在所述非超导体层和所述超导体层之间的绝缘体层。

5.根据权利要求4所述的主动冷却结构，其中：

所述非超导体层包括银；

所述绝缘体层包括二氧化硅；以及

所述超导体层包括铝。

6.根据权利要求4至5中任一项所述的主动冷却结构，其中：

所述非超导体层包括银；

所述绝缘体层包括二氧化硅；以及

所述超导体层包括铌。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的主动冷却结构，其中：

所述非超导体层包括银；

所述绝缘体层包括二氧化铪；以及

所述超导体层包括铝。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的主动冷却结构，其中：

所述非超导体层包括银；

所述绝缘体层包括二氧化铪；以及

所述超导体层包括铌。

9.根据前述权利要求中任一项所述的主动冷却结构，其中所述多个非超导体迹线与所述多个超导体迹线正交地延伸；并且其中所述阵列包括NIS隧道结的格栅。

10.一种量子处理器，包括：

第一衬底；

多个量子位，所述多个量子位形成于所述第一衬底上；以及

与这些量子位处于热联通的一个主动冷却结构，所述主动冷却结构包括：

非超导体层；

超导体层；以及

在所述非超导体层与所述超导体层之间的绝缘体层。

11.根据权利要求10所述的量子处理器，其中：

所述非超导体层包括多个非超导体迹线；

所述超导体层包括与所述多个非超导体迹线正交的多个超导体迹线；以及

在所述多个非超导体迹线与所述多个超导体迹线之间形成的超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结的栅格。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的量子处理器：

其中所述第一衬底包括第一表面和第二表面；并且

其中所述多个量子位是在所述第一表面上形成的并且所述主动冷却结构是在所述第二表面上形成的。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的量子处理器，其中所述主动冷却结构与所述多个量子位相邻。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的量子处理器，其中所述主动冷却结构在所述多个量子位之间。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的量子处理器，还包括第二衬底，其中所述多个量子位形成在所述第一衬底上，并且所述主动冷却结构形成在所述第二衬底上。

16.根据权利要求15所述的量子处理器，其中：

所述第一衬底包括第一表面和第二表面；

所述第二衬底包括第三表面和第四表面；以及

所述多个量子位是在所述第一衬底的第一表面上形成的并且所述主动冷却结构是在所述第二衬底的第三表面上形成的。

17.根据权利要求16所述的量子处理器，其中所述第二表面与所述第四表面接触。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的量子处理器，进一步包括在所述第一衬底与所述第二衬底之间的流体通道。

19.根据权利要求10至18中任一项所述的量子处理器，其中：

所述非超导体层基本上由非超导体材料的平面组成；以及

所述超导体层基本上由超导体的平面组成。

20.一种将量子处理器冷却至极低温度的方法，包括：

向主动冷却结构施加电压，所述主动冷却结构与量子处理器处于热连通，所述主动冷却结构包括：

非超导体层；

超导体层；以及

在所述非超导体层与所述超导体层之间的绝缘体层。

21.一种用于制造主动冷却结构的方法，包括：

在非导电层与超导体层之间形成超导体-绝缘体-正常金属(NIS)隧道结构的阵列，其中

所述非超导体层包括沿第一方向延伸的多个非超导体迹线；以及

所述超导体层包括在第二方向上延伸的多个超导体迹线。

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