特表 2024-507629 埋め込み光共振器を備えた量子トランスデューサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-21

(54)【発明の名称】埋め込み光共振器を備えた量子トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H10N 60/00 20230101AFI20240214BHJP

【ＦＩ】

H10N60/00 Z ZAA

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023536571

(86)(22)【出願日】2022-02-25

(85)【翻訳文提出日】2023-06-15

(86)【国際出願番号】 EP2022054847

(87)【国際公開番号】W WO2022184592

(87)【国際公開日】2022-09-09

(31)【優先権主張番号】17/191,275

(32)【優先日】2021-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(74)【代理人】

【識別番号】100120710

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 忠彦

(74)【復代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ファルク、アブラム

(72)【発明者】

【氏名】シオン、チ

(72)【発明者】

【氏名】カムラプルカル、スウェタ

(72)【発明者】

【氏名】パイク、ハンヒー

(72)【発明者】

【氏名】オルクット、ジェイソン

【テーマコード（参考）】

4M113

【Ｆターム（参考）】

4M113AC44

4M113AC45

4M113AC50

4M113CA13

4M113CA16

4M113CA17

(57)【要約】

量子トランスデューサに関する技法が提供される。例えば、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態が、超伝導導波路およびグランドプレーンの間に配置された誘電体層を含むマイクロストリップアーキテクチャを有する超伝導マイクロ波共振器を含み得る装置を含み得る。本装置は、誘電体層の内部に配置された光共振器も含み得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超伝導導波路およびグランドプレーンの間に配置された誘電体基板を含むマイクロストリップアーキテクチャを有する超伝導マイクロ波共振器；および
前記誘電体基板の内部に配置された光共振器
を備える装置。

【請求項2】

前記超伝導導波路および前記グランドプレーンが、ニオブ、窒化ニオブ、および窒化チタンから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記誘電体基板が、シリコン、サファイア、およびガーネットから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記光共振器が、シリコンゲルマニウム、ニオブ酸リチウム、および窒化アルミニウムから成る群から選択された少なくとも１種の材料を含む光導波路を含む、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記誘電体基板が前記超伝導導波路および前記光共振器の間に配置されており、前記誘電体基板が前記グランドプレーンおよび前記光共振器の間にさらに配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記超伝導導波路と同一平面上にある且つ前記誘電体基板の上に配置されている第２グランドプレーンをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記第２グランドプレーンが、ニオブ、窒化ニオブ、および窒化チタンから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記誘電体基板が、ある方向に沿って前記グランドプレーンから前記超伝導導波路まで拡張し、前記誘電体基板の内部にある前記光共振器の位置が、前記誘電体基板の上にある前記超伝導導波路の位置から前記方向に沿ってオフセットしている、請求項６または７に記載の装置。

【請求項9】

第１超伝導導波路および第２超伝導導波路の間に配置された誘電体基板を含むツインストリップアーキテクチャを有する超伝導マイクロ波共振器；および
前記誘電体基板の内部に配置された光共振器
を備える装置。

【請求項10】

前記第１超伝導導波路および前記第２超伝導導波路が、ニオブ、窒化ニオブ、および窒化チタンから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

前記誘電体基板が、シリコン、サファイア、およびガーネットから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記光共振器が、シリコンゲルマニウム、ニオブ酸リチウム、および窒化アルミニウムから成る群から選択された少なくとも１種の材料を含む光導波路を有する、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記誘電体基板が、前記第１超伝導導波路および前記光共振器の間、および前記第２超伝導導波路および前記光共振器の間に配置されている、請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

誘電体基板の上に光共振器を形成する段階；
前記誘電体基板および前記光共振器の上に誘電体クラッド層を堆積させることで前記誘電体基板を拡張する段階；および
前記誘電体基板の上に第１超伝導材料を堆積させることで超伝導導波路を形成する段階、ここで前記誘電体基板の少なくとも一部が前記超伝導導波路および前記光共振器の間に配置される、
を備える方法。

【請求項15】

前記誘電体基板の上に第２超伝導材料を堆積させる段階、ここで前記堆積させる段階が、グランドプレーンおよび第２超伝導導波路の群から選択された部材を形成する
をさらに備える、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記誘電体基板が、第１シリコンハンドル層、絶縁体層、およびデバイス層を含むシリコンオンインシュレータウェハの前記デバイス層であり、前記方法が、
前記第２超伝導材料の上に第２シリコンハンドル層を形成する段階
をさらに備える、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第２超伝導材料を堆積させた後に且つ前記超伝導導波路を形成する前に、前記第１シリコンハンドル層および前記絶縁体層を前記誘電体基板から除去する段階
をさらに備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記誘電体基板の上に第３超伝導材料を堆積させることで前記超伝導導波路と同一平面上にある第２グランドプレーンを形成する段階
をさらに備える、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１超伝導材料、前記第２超伝導材料、および前記第３超伝導材料が、ニオブ、窒化ニオブ、および窒化チタンから成る群から選択された少なくとも１種の元素を含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記光共振器を形成する前記段階が、前記誘電体クラッド層を堆積させる前に、エピタキシャル成長プロセスによって前記誘電体基板の上に金属トラックを成長させる段階を含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マイクロストリップ、コプレナー、および／またはツインストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数の量子トランスデューサに関し、より具体的には、１つまたは複数の超伝導マイクロ波共振器に隣接して且つ／または誘電体基板の内部に配置された１つまたは複数の光共振器を含む量子トランスデューサアーキテクチャに関する。

【発明の概要】

【0002】

以下では、本発明の１つまたは複数の実施形態の基本的な理解を提供するために概要が提示される。この概要は、重要または不可欠な要素を特定することを意図するものでも、または特定の実施形態のいかなる範囲も、または特許請求の範囲のいかなる範囲も定めることを意図するものでもない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への導入部として簡略化された形態で概念を提示することである。本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態では、量子トランスデューサに関する装置、システム、デバイス、および／または方法を説明する。

【0003】

一実施形態によれば、装置が提供される。本装置は、超伝導導波路およびグランドプレーンの間に配置された誘電体基板を含むマイクロストリップアーキテクチャを有する超伝導マイクロ波共振器を備えることができる。本装置は、誘電体層の内部に配置された光共振器も備えることができる。

【0004】

別の実施形態によれば、装置が提供される。本装置は、第１超伝導導波路および第２超伝導導波路の間に配置された誘電体層を含むツインストリップアーキテクチャを有する超伝導マイクロ波共振器を備えることができる。また、本装置は、誘電体基板の内部に配置された光共振器を備えることができる。

【0005】

一実施形態によれば、方法が提供される。本方法は、誘電体基板上に光共振器を形成する段階を備えることができる。また、本方法は、誘電体基板および光共振器の上に誘電体クラッド層を堆積させることで誘電体基板を拡張する段階を備えることができる。さらに本方法は、誘電体基板の上に第１超伝導材料を堆積させることで超伝導導波路を形成する段階を備えることができる。超伝導導波路および光共振器の間には、誘電体基板の少なくとも一部を配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1A】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による量子トランスデューサの例示的で非限定的な上面図の図を示している。

【0007】

【図1B】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサの動作を特徴付け得る光学遷移および／またはマイクロ波遷移の、例示的で非限定的なグラフの図を示している。

【0008】

【図2】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、マイクロストリップアーキテクチャを有する１つまたは複数の量子トランスデューサの、例示的で非限定的な断面図の図を示している。

【0009】

【図3】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサの動作を特徴付け得る磁場および／または電場を示す、例示的で非限定的なシミュレーションの図を示している。

【0010】

【図4A】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、コプレナー導波路アーキテクチャを有する１つまたは複数の量子トランスデューサの、例示的で非限定的な断面図の図を示している。

【図4B】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、コプレナー導波路アーキテクチャを有する１つまたは複数の量子トランスデューサの、例示的で非限定的な断面図の図を示している。

【0011】

【図5】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、ツインストリップアーキテクチャを有する１つまたは複数の量子トランスデューサの、例示的で非限定的な断面図の図を示している。

【0012】

【図6】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサの動作を特徴付け得る磁場および／または電場を示す、例示的で非限定的なシミュレーションの図を示している。

【0013】

【図7】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサの有効性を示すことができる例示的で非限定的な表の図を示している。

【0014】

【図8】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサを製作する例示的で非限定的な段階の図を示している。

【0015】

【図9】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサを製作する例示的で非限定的な段階の図を示している。

【0016】

【図10】本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサを製作する例示的で非限定的な方法のフロー図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下の詳細な説明は、単なる例示であり、実施形態および／または実施形態の応用または使用を限定することを意図するものではない。さらに、前述の背景技術または発明の概要、または発明を実施するための形態において提示されるいかなる明示情報または示唆情報によっても制約されることを意図するものではない。

【0018】

ここで、図面を参照して１つまたは複数の実施形態を説明する。全体を通して、同様の参照番号は、同様の要素を指すのに用いられる。以下の説明では、説明を目的として、１つまたは複数の実施形態のより十分な理解を提供するために、多くの具体的な詳細を記載している。しかしながら、様々な場合において、これらの具体的な詳細がなくても、１つまたは複数の実施形態を実施できることは明白である。

【0019】

超伝導量子コンピュータの長距離ネットワークには、単一光子をマイクロ波周波数から赤外線テレコムドメインまで変換する量子トランスデューサが必要になり得る。マイクロ波光子のエネルギーは、室温のサーマルバックグラウンドエネルギーより小さく；したがって、マイクロ波周波数における室温の量子情報リンクが極めて困難になり得る。しかしながら、光ファイバでは、赤外線光子が減衰することも、または干渉することもなく長距離を移動できる。次いで、他の超伝導量子プロセッサに接続された量子トランスデューサが、光子を赤外線からマイクロ波ドメインに変換し直すことができる。

【0020】

この問題に対しては、複数のアプローチがある。１つは、マイクロ波および光ドメインの間の媒介自由度（ｍｅｄｉａｔｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）として機械的共振器を用いることである。他は、原子または固体欠陥中心、またはマグノン状態の光学遷移またはスピン遷移を活用している。光共振器およびマイクロ波共振器がＸ^（２）またはＸ^（３）非線形光媒体を通じて結合されている場合、マイクロ波共振器および光共振器は、媒介自由度の必要性がなく、エネルギーを直接的に交換できる。しかしながら、電気光学量子変換の難点は、量子変換の効率を向上させるために、マイクロ波場を十分に閉じ込めることである。変換効率は、マイクロ波－光単一光子の結合強度の二乗に比例し、これはマイクロ波場モード体積の平方根に反比例する。したがって、マイクロ波モード体積を最小化することで、高効率の量子トランスデューサを実現できる。

【0021】

本明細書で説明する様々な実施形態には、１つまたは複数のマイクロ波共振器アーキテクチャおよび１つまたは複数の光共振器の間の電気光学結合に依拠し得る１つまたは複数の量子トランスデューサに関する装置、デバイス、システム、および／または方法が含まれ得る。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数のマイクロ波共振器アーキテクチャは、量子トランスデューサの基板にマイクロ波モードを閉じ込めて、基板内部の中心にピーク場がある状態にすることができる。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の光共振器は、誘電体基板の内部に且つ１つまたは複数の超伝導導波路の下に配置され得る。１つまたは複数の超伝導導波路はさらに、マイクロストリップ、コプレナー、および／またはツインストリップのマイクロ波共振器アーキテクチャに含まれ得る。

【0022】

本明細書に記載する場合、「堆積プロセス」および／または「複数の堆積プロセス」という用語は、１つまたは複数の第１材料を１つまたは複数の第２材料の上に成長させる、コーティングする、堆積させる、および／または別の方法で転写する任意のプロセスを指すことができる。例示的な堆積プロセスとしては、限定しないが、物理気相堆積法（「ＰＶＤ」）、化学気相堆積法（「ＣＶＤ」）、電気化学堆積法（「ＥＣＤ」）、原子層堆積法（「ＡＬＤ」）、減圧化学気相堆積法（「ＬＰＣＶＤ」）、プラズマ励起化学気相堆積法（「ＰＥＣＶＤ」）、高密度プラズマ化学気相堆積法（「ＨＤＰＣＶＤ」）、準常圧化学気相堆積法（「ＳＡＣＶＤ」）、急速熱化学気相堆積法（「ＲＴＣＶＤ」）、ｉｎ－ｓｉｔｕラジカル支援堆積法、高温酸化物堆積法（「ＨＴＯ」）、低音酸化物堆積法（「ＬＴＯ」）、律速型反応処理ＣＶＤ（「ＬＲＰＣＶＤ」）、超高真空化学気相堆積法（「ＵＨＶＣＶＤ」）、有機金属化学気相堆積法（「ＭＯＣＶＤ」）、物理気相堆積法（「ＰＶＤ」）、化学酸化法、スパッタリング法、メッキ法、蒸着法、スピンオンコーティング法、イオンビーム堆積法、電子ビーム堆積法、レーザ支援堆積法、化学溶液堆積法、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。

【0023】

本明細書に記載する場合、「エピタキシャル成長プロセス」および／または「複数のエピタキシャル成長プロセス」という用語は、エピタキシャル材料（例えば、結晶性半導体材料）を別の半導体材料の堆積面に成長させるあらゆるプロセスを指すことができ、成長するエピタキシャル材料は堆積面の半導体材料と実質的に同じ結晶特性を有する。エピタキシャル堆積プロセスでは、原料ガス（例えば、シリコンおよび／またはゲルマニウムを含有しているガス）および／または原料液により供給される化学反応体を制御でき、システムパラメータを設定できるので、堆積原子が十分なエネルギーを持って堆積面に到達し、その表面上を動き回って、堆積面の原子の結晶配列に配向するようになる。したがって、成長したエピタキシャル材料は、エピタキシャル材料が形成された堆積面と実質的に同じ結晶特性を有する。例えば、＜１００＞に配向した結晶面に堆積したエピタキシャルに成長した半導体材料は、＜１００＞配向を持つことができる。例示的なエピタキシャル成長プロセスとしては、限定しないが、気相エピタキシー法（「ＶＰＥ」）、分子線エピタキシー法（「ＭＢＥ」）、液相エピタキシー法（「ＬＰＥ」）、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。

【0024】

本明細書に記載する場合、「エッチングプロセス」、「複数のエッチングプロセス」、「除去プロセス」、および／または「複数の除去プロセス」という用語は、１つまたは複数の第１材料を１つまたは複数の第２材料から除去するあらゆるプロセスを指すことができる。例示的なエッチングおよび／または除去プロセスとしては、限定しないが、ウェットエッチング、ドライエッチング（例えば、反応性イオンエッチング（「ＲＩＥ」））、化学機械平坦化（「ＣＭＰ」）、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。

【0025】

本明細書に記載する場合、「リソグラフィプロセス」および／または「複数のリソグラフィプロセス」という用語は、３次元のレリーフイメージまたはパターンの半導体基板上への形成を指すことができ、その後の基板へのパターン転写を目的としている。半導体リソグラフィでは、フォトレジストと呼ばれる感光性ポリマーでパターンを形成できる。半導体デバイスを形成する複雑な構造、および回路の様々なフィーチャを接続する多くの配線を作り上げるために、リソグラフィプロセスおよび／またはエッチングパターン転写ステップが複数回にわたって繰り返され得る。ウェハ上に印刷しようとする各パターンは、以前に形成したパターンと位置合わせすることが可能であり、徐々に対象フィーチャ（例えば、導体、絶縁体、および／または選択的にドーピングされた領域）を構成して、最終的なデバイスを形成できる。

【0026】

本明細書に記載する場合、「超伝導」という用語は、超伝導臨界温度またはそれより低い温度で超伝導特性を示す材料、例えばアルミニウム（例えば、１．２ケルビンの超伝導臨界温度）またはニオブ（例えば９．３ケルビンの超伝導臨界温度）を特徴付け得る。さらに、当業者であれば、他の超伝導体材料（例えば、リチウム／マグネシウム水素化物合金などの水素化物超伝導体）が、本明細書で説明する様々な実施形態に用いられ得ることを認識するであろう。

【0027】

本明細書に記載する場合、「マイクロストリップ」という用語は、金属トラック、および誘電体スペーサで分離された下のグランドプレーンを含むマイクロ波導波路を指すことができる。「ツインストリップ」という用語は、グランドプレーンの代わりに２つの並列した金属トラックを含むマイクロ波導波路を指すことができる。「コプレナー」という用語は、導波路と同じ平面にある金属トラックおよび２つのグランドプレーンを含むマイクロ波導波路を指すことができる。

【0028】

図１Ａは、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による例示的な量子トランスデューサ１００の、例示的で非限定的な上面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。様々な実施形態において、量子トランスデューサ１００は、１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２および／または１つまたは複数の光導波路１０４を含み得る。１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２は、例えばマイクロ波入力部、例えば単一マイクロ波光子入力部１０６から、マイクロ波出力部、例えば単一マイクロ波光子出力部１０８まで拡がり得る。同様に、１つまたは複数の光導波路１０４は、例えば光入力部、例えば単一光学光子入力部１１０（例えば励起レーザ入力部に結合される）から、光出力部、例えば単一光学光子出力部１１２まで拡がり得る。

【0029】

１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２は、１種または複数種の超伝導材料を含み得る。１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２に含まれ得る例示的な超伝導材料としては、限定しないが、ニオブ、窒化ニオブ、窒化チタン、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２の（例えば、図１Ａに示す「Ｙ」軸に沿った）厚さは、例えば、５マイクロメートル（μｍ）より大きいまたはこれに等しい且つ２０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。様々な実施形態において、１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２は、誘電体基板１１４の上に配置され得る。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の光導波路１０４は、１種または複数種の透明な材料および／または実質的に透明な材料を含み得る。１つまたは複数の光導波路１０４に含まれ得る例示的な材料としては、限定しないが、シリコンゲルマニウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。１つまたは複数の光導波路１０４の（例えば、図１Ａに示す「Ｙ」軸に沿った）厚さは、例えば、１μｍより大きいまたはこれに等しい且つ１０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。様々な実施形態において、１つまたは複数の光導波路１０４は、誘電体基板１１４の内部に配置され得る。

【0030】

誘電体基板１１４は、結晶質、半結晶質、微結晶質、または非晶質とすることができる。誘電体基板１１４は、本質的に（例えば汚染物質を除いて）単一元素（例えば、シリコンまたはゲルマニウム）および／または化合物（例えば、酸化アルミニウム、二酸化シリコン、ガリウムヒ素、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、および／またはその組み合わせなど）を含み得る。誘電体基板１１４は複数の材料層も有してよく、例えば、限定しないが、セミコンダクタオンインシュレータ基板（「ＳｅＯＩ」）、シリコンオンインシュレータ基板（「ＳＯＩ」）、ゲルマニウムオンインシュレータ基板（「ＧｅＯＩ」）、シリコンゲルマニウムオンインシュレータ基板（「ＳＧＯＩ」）、および／またはその組み合わせなどであってもよい。さらに、誘電体基板１１４は、他の層、例えば、高誘電率の酸化物（「ｈｉｇｈ－Ｋ酸化物」）および／または窒化物も有し得る。１つまたは複数の実施形態において、誘電体基板１１４はシリコンウェハとすることができる。様々な実施形態において、誘電体基板１１４には、単結晶シリコン（Ｓｉ）、（例えば、化学式ＳｉＧｅで特徴付けられる）シリコンゲルマニウム、ＩＩＩ－Ｖ族半導体のウェハまたは表面／活性層、サファイア、ガーネット、および／またはその組み合わせなどが含まれ得る。

【0031】

図１Ａに示すように、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２に隣接して、および／または単一マイクロ波光子入力部１０６および単一マイクロ波光子出力部１０８の間に配置され得る。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８を備え得る。１つまたは複数の超伝導導波路１１８は、１種または複数種の超伝導材料を含み得る。１つまたは複数の超伝導導波路１１８に含まれ得る例示的な超伝導材料としては、限定しないが、ニオブ、窒化ニオブ、窒化チタン、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。様々な実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８は、誘電体基板１１４の上に配置され得る。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８は、例えば、１μｍより大きいまたはこれに等しい且つ１００μｍより小さいまたはこれに等しい範囲である少なくとも第１距離Ｄ１の分だけ、１つまたは複数のマイクロ波伝送路１０２から間隔を置いて配置されてよい。

【0032】

さらに、１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６はさらに、誘電体基板１１４の下に配置された１つまたは複数のグランドプレーンを含み得る。明確にするために、１つまたは複数のグランドプレーンは図１Ａに示されていないが、図２，図４Ａ～図５、および図８～図９に示す量子トランスデューサ１００の断面図に示されている。

【0033】

図１Ａにも示されているが、１つまたは複数の光共振器１２０は、１つまたは複数の光導波路１０４に隣接して、および／または単一光学光子入力部１１０および単一光学光子出力部１１２の間に配置され得る。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の光共振器１２０は、１種または複数種の透明な材料、および／または実質的に透明な材料を含み得る。１つまたは複数の光共振器１２０に含まれ得る例示的な材料としては、限定しないが、シリコンゲルマニウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウム、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。様々な実施形態において、１つまたは複数の光共振器１２０は、誘電体基板１１４の内部に配置され得る。さらに、１つまたは複数の光共振器１２０は、例えば、１００ナノメートル（ｎｍ）より大きいまたはこれに等しい且つ２μｍより小さいまたはこれに等しい範囲である少なくとも第２距離Ｄ２の分だけ、１つまたは複数の光導波路１０４から間隔を置いて配置され得る。

【0034】

図１Ａには、円形形状を有する１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または光共振器１２０が示されているが、量子トランスデューサ１００のアーキテクチャは、そのように限定されていない。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または光共振器１２０が代替形状（例えば、楕円形または多角形の形状）を有する実施形態も想定されている。さらに、図１Ａには互いに位置合わせずれを起こした１つまたは複数の超伝導導波路１１８および光共振器１２０が示されているが、量子トランスデューサ１００のアーキテクチャはそのように限定されていない。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および光共振器１２０を（例えば、本明細書で後に説明するように）互いに位置合わせした実施形態も想定されている。

【0035】

図１Ｂは、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による１つまたは複数の量子トランスデューサ１００が遭遇可能な光学遷移および／またはマイクロ波遷移を示すことができる例示的で非限定的なグラフ１２４の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。グラフ１２４は、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６および／または光共振器１２０のエネルギー状態が高まると量子トランスデューサ１００が遭遇し得る光学遷移を示すことができる（例えば、「ＯＴ」の矢印で表されている）。また、グラフ１２４は、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６および／または光共振器１２０のエネルギー状態が高まると量子トランスデューサ１００が遭遇し得るマイクロ波遷移を示すことができる（例えば、「ＭＴ」の矢印で表されている）。「ω_ａ」で光共振器１２０の第１光学モードを表すことができ、「ω_ｂ」で光共振器１２０の第２光学モードを表すことができ、「ω_ｃ」でマイクロ波共振器１１６のマイクロ波モードを表すことができる。

【0036】

図２は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による量子トランスデューサ１００の、例示的で非限定的な断面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。図２は、図１Ａに示すＡ－Ａ′面に沿った、量子トランスデューサ１００の断面を示すことができる。図２に示すように、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、誘電体基板１１４によって互いに分離された１つまたは複数の超伝導導波路１１８および超伝導グランドプレーン２０２を含み得る。これにより、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、（例えば、図２に示すように）マイクロストリップアーキテクチャを有し得る。

【0037】

１つまたは複数の実施形態において、超伝導グランドプレーン２０２は１種または複数種の超伝導材料を含み得る。超伝導グランドプレーン２０２の内部に含まれ得る例示的な超伝導材料としては、限定しないが、ニオブ、窒化ニオブ、窒化チタン、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および超伝導グランドプレーン２０２は、同じまたは実質的に同じ組成を有することができる。さらに、超伝導グランドプレーン２０２の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さは、例えば、５０ｎｍより大きいまたはこれに等しい且つ５μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。

【0038】

様々な実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８は誘電体基板１１４の上に配置されてよく、１つまたは複数の光共振器１２０は誘電体基板１１４の内部に配置されてよい。これにより、１つまたは複数の超伝導導波路１１８は、（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿って）１つまたは複数の光共振器１２０の上に配置され得る。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の位置は、垂直面に沿って（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿って）１つまたは複数の光共振器１２０の位置にオーバーラップし得る。図２に示すように、誘電体基板１１４は、１つまたは複数の光共振器１２０を収容できる。１つまたは複数の超伝導導波路１１８は誘電体基板１１４の第１面２０４に配置されてよく、超伝導グランドプレーン２０２は誘電体基板１１４の第２面２０６に配置されてよい。さらに、第１面２０４および第２面２０６は、誘電体基板１１４の両側にあってよい。

【0039】

１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅が、（例えば、図２に示すように）１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅より大きくてよい。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または光共振器１２０の幅は等しくてよい。１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅は、例えば、３μｍより大きいまたはこれに等しい且つ２０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、４マイクロメートル（μｍ））とすることができる。１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅は、例えば、１μｍより大きいまたはこれに等しい且つ１０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、３μｍ）とすることができる。

【0040】

１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さが、１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さより大きくてよい。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または光共振器１２０の幅は（例えば、図２に示すように）等しくてよい。１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さは、例えば、５０ｎｍより大きいまたはこれに等しい且つ５μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さは、例えば、１００ｎｍより大きいまたはこれに等しい且つ１μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、０．５μｍ）とすることができる。

【0041】

様々な実施形態において、１つまたは複数の光共振器１２０は、超伝導グランドプレーン２０２から、例えば、１μｍより大きいまたはこれに等しい且つ１０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、１０μｍ）であるＨ１の高さにおいて、誘電体基板１１４の内部に配置されてよい。さらに、１つまたは複数の光共振器１２０は、例えば、１より大きいまたはこれに等しい且つ１０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、９．５μｍ）である第３距離Ｄ３の分だけ、１つまたは複数の超伝導導波路１１８から垂直方向に（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿って）間隔を置いて配置されてよい。

【0042】

図３は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、マイクロストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る磁場および／または電場を示している、例示的で非限定的なシミュレーション３０２および／または３０４の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。シミュレーション３０２は、マイクロストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る磁場を評価できる、および／またはシミュレーション３０４は、マイクロストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る電場を評価できる。シミュレーション３０２および／または３０４は、２次元有限差分要素（「ＦＤＥ」）ソルバを用いて生成され得る。ここで入力は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅；誘電体基板１１４の（例えば、図２に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さ；および／または１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅とすることができる。ソルバの出力は、モードの電場および／または磁場の空間分布、および実効モード指数とすることができる。本明細書で説明する様々な実施形態では、光学場オーバーラップ領域において最高電場をもたらし得る１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図２に示す「Ｘ」軸に沿った）幅を使用できる（例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の最適幅の実効指数は２．７４４とすることができる）。

【0043】

図４Ａ～図４Ｂは、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による量子トランスデューサ１００の、例示的で非限定的な断面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。図４Ａ～図４Ｂは、図１Ａに示すＡ－Ａ′面に沿った量子トランスデューサ１００の断面を示すことができる。図４Ａ～図４Ｂに示すように、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８、超伝導グランドプレーン２０２、および／または１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２を含み得る。１つまたは複数の超伝導導波路１１８および第２超伝導グランドプレーン４０２は、誘電体基板１１４により超伝導グランドプレーン２０２から分離され得る。これにより、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、（例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示すように）コプレナー導波路（「ＣＰＷ」）アーキテクチャを有し得る。

【0044】

１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２は、１種または複数種の超伝導材料を含み得る。１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２に含まれ得る例示的な超伝導材料としては、限定しないが、ニオブ、窒化ニオブ、窒化アルミニウム、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８、超伝導グランドプレーン２０２、および１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２は、同じまたは実質的に同じ組成を有し得る。さらに、１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２の（例えば、図４Ａおよび図４Ｂに示す「Ｚ」軸に沿った）厚さは、例えば、５０ｎｍより大きいまたはこれに等しい且つ５μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。

【0045】

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８に隣接して、誘電体基板１１４の上に配置され得る。また、１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２は、例えば２μｍより大きいまたはこれに等しい且つ２０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲の距離だけ、１つまたは複数の超伝導導波路１１８から水平方向に（例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示す「Ｘ」軸に沿って）間隔を置いて配置され得る。図４Ａにおいて、量子トランスデューサ１００は、グランド付きコプレナー導波路（「ＣＰＷＧ」）横電場（「ＴＥ」）モード構成を有し得る。図４Ａに示すように、１つまたは複数の光共振器１２０は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の直下に配置され得る（例えば、１つまたは複数の光共振器１２０は「Ｚ」軸に沿って１つまたは複数の超伝導導波路１１８と垂直方向に位置合わせされ得る）。図４Ｂにおいて、量子トランスデューサ１００は、ＣＰＷＧ横磁場（「ＴＭ」）モード構成を有し得る。図４Ｂに示すように、１つまたは複数の光共振器１２０は、垂直面に沿って（例えば、図４Ｂに示す「Ｚ」軸に沿って）１つまたは複数の超伝導導波路１１８からオフセットして配置され得る。

【0046】

図５は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による量子トランスデューサ１００の例示的で非限定的な断面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。図５は、図１Ａに示すＡ－Ａ′面に沿った量子トランスデューサ１００の断面を示すことができる。図５に示すように、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、誘電体基板１１４によって互いに分離された、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２を含み得る。これにより、１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６は、（例えば、図５に示すように）ツインストリップアーキテクチャを有し得る。

【0047】

例えば、ツインストリップアーキテクチャを用いると、１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２は、マイクロストリップアーキテクチャにおける超伝導グランドプレーンを置き換えることができる。例えば、１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２は、誘電体基板の第２面２０６に配置され得る。１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２は、１種または複数種の超伝導材料を含み得る。１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２に含まれ得る例示的な超伝導材料としては、限定しないが、ニオブ、窒化ニオブ、窒化チタン、および／またはその組み合わせなどを挙げることができる。１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２の（例えば、図５に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さは、例えば、５０ｎｍより大きいまたはこれに等しい且つ５μｍより小さいまたはこれに等しい範囲とすることができる。また、１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２の（例えば、図５に示す「Ｘ」軸に沿った）幅は、例えば、３μｍより大きいまたはこれに等しい且つ２０μｍより小さいまたはこれに等しい範囲（例えば、４μｍ）とすることができる。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８と同じまたは実質的に同じ組成および／または寸法を有し得る。

【0048】

図５に示すように、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または第２超伝導導波路５０２は、垂直面において（例えば、図５に示す「Ｚ」軸に沿って）互いに位置合わせすることができる。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の光共振器１２０は、（例えば、図５に示すように）１つまたは複数の超伝導導波路１１８および第２超伝導導波路５０２の間に直接的に配置され得る。

【0049】

図６は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、ツインストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る磁場および／または電場を示している、例示的で非限定的なシミュレーション６０２および／または６０４の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。シミュレーション６０２は、ツインストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る磁場を評価できる、および／またはシミュレーション６０４は、ツインストリップアーキテクチャを備えた１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を有する１つまたは複数の量子トランスデューサ１００によりもたらされ得る電場を評価できる。シミュレーション６０２および／または６０４は、２次元ＦＤＥソルバを用いて生成され得る。ここで入力は、１つまたは複数の超伝導導波路１１８の（例えば、図５に示す「Ｘ」軸に沿った）幅；誘電体基板１１４の（例えば、図５に示す「Ｚ」軸に沿った）厚さ；１つまたは複数の光共振器１２０の（例えば、図５に示す「Ｘ」軸に沿った）幅；および／または１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２の（例えば、図５に示す「Ｘ」軸に沿った）幅とすることができる。ソルバの出力は、モードの電場および／または磁場の空間分布、および実効モード指数とすることができる。本明細書で説明する様々な実施形態では、光学場オーバーラップ領域において最高電場をもたらし得る１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または第２超伝導導波路５０２の（例えば、図５に示す「Ｘ」軸に沿った）幅を使用できる（例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／または第２超伝導導波路５０２の最適幅の実効指数は２．８２とすることができる）。

【0050】

図７は、本明細書で説明する様々な実施形態による１つまたは複数の光共振器１２０の第１高さＨ１を変えた場合の効果を示すことができる例示的で非限定的な表７００の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。表７００は、２次元ＦＤＥソルバを用いて実行された複数のシミュレーション、例えば、図３および／または図６に示すシミュレーション３０２、３０４、６０２、および／または６０４の結果を示している。表７００の第１列７０２は、それぞれのシミュレーションに使用されたマイクロ波共振器１１６のアーキテクチャ（例えば、マイクロストリップアーキテクチャ、ＣＰＷＧ ＴＥアーキテクチャ、ＣＰＷＧ ＴＭアーキテクチャ、ツインストリップアーキテクチャ、および／またはコプレナー導波路（「ＣＰＷ」）アーキテクチャ（例えば、超伝導グランドプレーンを用いないＣＰＷＧ構造など））を定めることができる。表７００の第２列７０４は、１つまたは複数の光共振器１２０の高さＨ１を定めることができる。表７００の第３列７０６は、単一光子マイクロ波（「ＳＰ ＭＷ」）場をボルト／メートル（Ｖ／ｍ）単位で定めることができる。表７００の第４列７０８は、関連パラメータと関連付けられた実効指数とすることができる。

【0051】

図８は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による製作プロセス８００の複数の段階における、量子トランスデューサ１００の例示的で非限定的な断面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。図８は、様々な製作段階における、図１Ａに示すＡ－Ａ′面に沿った量子トランスデューサ１００の断面を示すことができる。図８に示す製作の段階は、本明細書で説明する量子トランスデューサ１００の様々な実施形態を製作するために実施され得る。例えば、図８に示す製作段階は、マイクロストリップアーキテクチャ、ＣＰＷＧ ＴＥアーキテクチャ、ＣＰＷＧ ＴＭアーキテクチャ、および／またはツインストリップアーキテクチャを有する１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を含む量子トランスデューサ１００を製作するために実施され得る。

【0052】

製作プロセス８００の第１段階８０２では、ＳＯＩウェハが提供され得る。例えば、ＳＯＩウェハは、ハンドル層８０４、埋め込み酸化物層８０６、および／またはデバイス層８０８を備え得る。例えば、埋め込み酸化物層８０６は、金属酸化物を含み得る。また、ハンドル層８０４および／またはデバイス層８０８は、誘電体基板１１４と同じまたは実質的に同じ材料を含み得る（例えば、シリコンおよび／またはサファイアを含み得る）。様々な実施形態において、デバイス層８０８は、誘電体基板１１４の少なくとも一部とすることができる。製作プロセス８００の第２段階８１０では、デバイス層８０８の上に、１つまたは複数の光共振器１２０を堆積させる、および／またはパターニングすることができる。例えば、１つまたは複数の光共振器１２０は、１つまたは複数のエピタキシャル成長プロセスによってデバイス層８０８の上に成長でき、エピタキシャル成長はさらに、１つまたは複数のリソグラフィプロセスによってパターニングされ、光共振器１２０の所望寸法が実現され得る。例えば、１つまたは複数の光共振器１２０は、デバイス層８０８の上に成長し、１つまたは複数のリソグラフィプロセスによってパターニングされたシリコンゲルマニウム（例えば、Ｓｉ_１－ｘＧｅ_ｘ、シリコンおよびゲルマニウムの結晶合金）を含み得る。１つまたは複数の実施形態において、エピタキシャル成長のリソグラフィパターニング（例えば、シリコンゲルマニウムのパターニング）で、１つまたは複数の光共振器１２０および／または光導波路１０４が形成され得る。

【0053】

製作プロセス８００の第３段階８１２では、１つまたは複数の光共振器１２０および／または光導波路１０４の上に、１つまたは複数のクラッド層８１４を堆積させて誘電体基板１１４を形成できる。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数のクラッド層８１４は、誘電体基板１１４と同じまたは実質的に同じ組成を有することができ、および／または（例えば、１つまたは複数のエピタキシャル成長プロセスによって）デバイス層８０８、１つまたは複数の光共振器１２０、および／または１つまたは複数の光導波路１０４の上に成長できる。例えば、１つまたは複数のクラッド層８１４は、１つまたは複数の成長したシリコン層とすることができる。図８では、第３段階８１２に破線を示して、デバイス層８０８およびクラッド層８１４の位置を定めている；これにより、誘電体基板１１４の形成を例示している。さらに第３段階８１２では、１つまたは複数のクラッド層８１４は、誘電体基板１１４の第２面２０６を形成するために（例えば、ＣＭＰによって）研磨されてよい。

【0054】

図９は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、製作プロセス８００の複数の段階における量子トランスデューサ１００の例示的で非限定的な断面図の図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。図９は、様々な製作段階における、図１Ａに示すＡ－Ａ′面に沿った量子トランスデューサ１００の断面を示すことができる。様々な実施形態において、図９に示す製作の段階は、図９に示す製作プロセス８００を続けることができる。

【0055】

製作プロセス８００の第４段階９０２では、１つまたは複数の堆積プロセスによる誘電体基板１１４の第２面２０６の上に（例えば、１つまたは複数の堆積プロセスによって）超伝導材料を堆積させて、超伝導グランドプレーン２０２を形成できる。製作プロセス８００がツインストリップアーキテクチャを有するマイクロ波共振器１１６の製作である１つまたは複数の実施形態では、超伝導グランドプレーン２０２の代わりに、誘電体基板１１４の第２面２０６の上に、１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２を（例えば、１つまたは複数の堆積プロセスによって）堆積させる、および／または（例えば、１つまたは複数のリソグラフィプロセスによって）パターニングすることができる。製作プロセス８００の第５段階９０４では、ウェハ（例えば、シリコンウェハ）を超伝導グランドプレーン２０２に接合して第２ハンドル層９０６を形成できる。

【0056】

製作プロセス８００の第６段階９０８では、量子トランスデューサ１００を反転させることができ、１つまたは複数のエッチングプロセスおよび／または研磨プロセス（例えば、ＣＭＰ）によってハンドル層８０４および埋め込み酸化物層８０６を除去して、誘電体基板１１４の第１面２０４を形成できる。製作プロセス８００の第７段階９１０では、誘電体基板１１４の第１面２０４の上に、超伝導材料を（例えば、１つまたは複数の堆積プロセスによって）堆積させる、および／または（例えば、１つまたは複数のリソグラフィプロセスによって）パターニングして、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および／またはマイクロ波伝送路１０２を形成できる。１つまたは複数の実施形態において、最初の製作プロセス６００の第１０段階７０８では、誘電体基板１１４の第１面２０４の上に、１つまたは複数の第２超伝導グランドプレーン４０２を（例えば、堆積プロセスによって）堆積させるおよび／または（例えば、リソグラフィプロセスによって）パターニングして、ＣＰＷＧアーキテクチャを備えたマイクロ波共振器１１６を実現する段階も備えることができる。さらに、１つまたは複数のエッチングプロセスによって第２ハンドル層９０６を除去して、図１Ａ～図２および／または図４Ａ～図５に例示した量子トランスデューサ１００の構造を実現できる。

【0057】

図１０は、本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態による、１つまたは複数の量子トランスデューサ１００の製作を促進し得る例示的で非限定的な方法１０００のフロー図を示している。本明細書で説明する他の実施形態において使用される同様の要素に関する繰り返しの説明は、簡潔にするために省略する。

【0058】

１００２では、方法１０００は、誘電体基板１１４の上に１つまたは複数の光共振器１２０を形成する段階を備えることができる。例えば、１００２で１つまたは複数の光共振器を形成する段階は、製作プロセス８００の第１段階８０２および／または第２段階８１０に従って行われ得る。例えば、ＳＯＩウェハが提供され得る。ここで（例えば、１つまたは複数の堆積プロセスおよび／またはエピタキシャル成長プロセスによって）ＳＯＩウェハのデバイス層８０８の上に１つまたは複数の光共振器１２０を堆積させることができる。

【0059】

１００４では、方法１０００は、誘電体基板および／または１つまたは複数の光共振器１２０の上に、１つまたは複数の誘電体クラッド層８１４を堆積させることで誘電体基板１１４を拡張する段階を備えることができる。例えば、１００４で誘電体基板１１４を拡張する段階は、製作プロセス８００の第３段階８１２に従って行われ得る。１００６では、方法１０００は、誘電体基板１１４の上に第１超伝導材料（例えば、ニオブ、窒化ニオブ、および／または窒化チタン）を堆積させることで１つまたは複数の超伝導導波路１１８を形成する段階を備えることができる。ここで、１つまたは複数の超伝導導波路１１８および１つまたは複数の光共振器１２０の間に、誘電体基板１１４の少なくとも一部が配置され得る。例えば、１つまたは複数の超伝導導波路１１８を形成する段階は、製作プロセス８００の第４段階９０２、第５段階９０４、第６段階９０８、および／または第７段階９１０に従って行われ得る。様々な実施形態において、方法１０００はさらに、誘電体基板１１４の上に、超伝導グランドプレーン２０２または１つまたは複数の第２超伝導導波路５０２を形成する段階を備えることができる。例えば、方法１０００は、本明細書で説明する様々な実施形態による、マイクロストリップ、ツインストリップ、および／またはＣＷＰＧアーキテクチャを有する１つまたは複数のマイクロ波共振器１１６を含む量子トランスデューサ１００の製作を促進できる。

【0060】

さらに、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することが意図されている。すなわち、特に指定されない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸがＡまたはＢを使用する」は、自然な包括的置換のいずれかを意味することが意図されている。すなわち、ＸがＡを使用する場合；ＸがＢを使用する場合；またはＸがＡおよびＢの両方を使用する場合、前述した場合のいずれにおいても「ＸがＡまたはＢを使用する」ことが満たされる。さらに、本明細書および添付した図面で用いられる冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に指定されない限り、または文脈から単数形を対象にしていることが明らかでない限り、一般に「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。本明細書で用いる場合、「例」および／または「例示的」という用語は、例、実例、または例示として機能することを意味するために利用されている。疑義を回避するために、本明細書に開示される主題は、そのような例に限定されるものではない。さらに、「例」および／または「例示的」として本明細書において説明される任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計より好ましいとも、または有利であるとも解釈されるわけではなく、当業者に知られている同等の例示的な構造および技法を除外することを意味するわけでもない。

【0061】

当然ながら、本開示を説明するために、コンポーネント、製品、および／または方法の全ての考えられる組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識できる。さらに、詳細な説明、特許請求の範囲、付録、および図面において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、および「所有する（ｐｏｓｓｅｓｓｅ）」などの用語が用いられる限りにおいて、そのような用語は、請求項における移行句として使用される場合に「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が解釈される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の方法で包括的であることを意図している。様々な実施形態の説明は、例示のために提示されてきたが、網羅的であることも、または開示された実施形態に限定されることも意図するものではない。当業者には、説明された実施形態の範囲および趣旨から逸脱することなく、多くの変更および変形が明らかであろう。本明細書で用いられる専門用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術の実用的応用またはそれに対する技術的改善を最も良く説明するために、または、本明細書で開示された実施形態を当業者が理解できるようにするために選択されたものである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】