(57)【要約】  量子技術で使用するための低温マイクロ波減衰器デバイスは、ハウジング構成要素およびマイクロ波減衰器チップを備え、ハウジング構成要素は、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する。このデバイスはさらに、マイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合された信号導体を備えるマイクロ波コネクタを備える。
2021528840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
ハウジング構成要素およびマイクロ波減衰器チップを備える低温マイクロ波減衰器デバイスであり、前記ハウジング構成要素が、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する、前記低温マイクロ波減衰器デバイスと、
前記マイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合された信号導体を備えるマイクロ波コネクタと
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記ハウジング構成要素が銅合金ハウジング材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ハウジング構成要素が、耐酸化性材料でめっきされた、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記耐酸化性材料が金を含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ハウジング構成要素が、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する実質的に無酸素の高伝導率銅材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ハウジング構成要素が電解銅材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記信号導体が、１本または複数本の金ワイヤを介して前記マイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記低温マイクロ波減衰器デバイスが、アルミニウム金属の超伝導臨界温度よりも高い温度の希釈冷凍機プレートとともに使用され、前記信号導体が、１本または複数本のアルミニウム・ワイヤを介して前記マイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記マイクロ波コネクタが、前記マイクロ波減衰器チップの入力信号側に結合された第１のマイクロ波コネクタを含み、前記マイクロ波減衰器チップの出力信号側に結合された第２のマイクロ波コネクタをさらに含み、前記第１のマイクロ波コネクタと前記第２のマイクロ波コネクタの雌雄が同じである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記マイクロ波コネクタが、前記マイクロ波減衰器チップの入力信号側に結合された第１の雌型マイクロ波コネクタを含み、前記マイクロ波減衰器チップの出力信号側に結合された第２の雌型マイクロ波コネクタをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記マイクロ波減衰器チップが、１ケルビンにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの固着材料熱伝導率を有する固着材料を介して前記ハウジング構成要素に貼着されためっきされた基板を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記固着材料が銀エポキシを含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
デバイスであって、
マイクロ波信号減衰器チップを収容したハウジング構成要素であり、１ケルビンにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する金属を含む、前記ハウジング構成要素と、
前記ハウジング構成要素に機械的に結合された第１のサブアセンブリであり、前記マイクロ波信号減衰器チップの入力側に電気的に結合された第１のマイクロ波信号導体を有する第１のマイクロ波コネクタを含む、前記第１のサブアセンブリと、
前記ハウジング構成要素に機械的に結合された第２のサブアセンブリであり、前記マイクロ波信号減衰器チップの出力側に電気的に結合された第２のマイクロ波信号導体を有する第２のマイクロ波コネクタを含む、前記第２のサブアセンブリと
を備えるデバイス。
【請求項１４】
前記ハウジング構成要素が、耐酸化性材料でめっきされた銅合金ハウジング構成要素を含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１のマイクロ波信号導体が、１本または複数本のワイヤを介して前記マイクロ波信号減衰器チップの前記入力側に直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第１のマイクロ波コネクタが雌型マイクロ波コネクタを含み、前記第２のマイクロ波コネクタが別の雌型マイクロ波コネクタを含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ハウジング構成要素が、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの固着材料熱伝導率を有する固着材料を介して前記マイクロ波信号減衰器チップのめっきされた基板に結合された、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ハウジング構成要素が、前記マイクロ波信号減衰器チップが取り付けられた下ハウジング部分と、前記マイクロ波信号減衰器チップを収容するように前記下ハウジング部分に固着した上ハウジング部分とを含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
方法であって、
マイクロ波信号減衰器デバイス用のパッケージ・アセンブリを構築すること
を含み、前記マイクロ波信号減衰器デバイス用の前記パッケージ・アセンブリを前記構築することが、
１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素にマイクロ波信号減衰器チップを貼着すること、
前記ハウジング構成要素に第１のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリを結合すること、
前記ハウジング構成要素に第２のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリを結合すること、
前記マイクロ波信号減衰器チップの入力側を第１のマイクロ波コネクタ信号導体にワイヤ・ボンディングすること、および
前記マイクロ波信号減衰器チップの出力側を第２のマイクロ波コネクタ信号導体にワイヤ・ボンディングすること
を含む、方法。
【請求項２０】
前記ハウジング構成要素が上ハウジング部分および下ハウジング部分を含み、前記ハウジング構成要素に前記マイクロ波信号減衰器チップを前記貼着することが、前記下ハウジング部分に前記マイクロ波信号減衰器チップを貼着することを含み、前記方法が、前記上ハウジング部分を前記下ハウジング部分に固着することによって前記ハウジング構成要素内に前記マイクロ波信号減衰器チップを収容することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
デバイスであって、
入力信号導体を備える入力マイクロ波コネクタ構成要素であり、前記入力信号導体がマイクロ波信号減衰器チップの入力に電気的に結合された、前記入力マイクロ波コネクタ構成要素と、
出力信号導体を備える出力マイクロ波コネクタ構成要素であり、前記出力信号導体が前記マイクロ波信号減衰器チップの出力に電気的に結合された、前記出力マイクロ波コネクタ構成要素と、
１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの第１の熱伝導率を有するハウジング構成要素であり、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの第２の熱伝導率を有する固着材料で前記マイクロ波信号減衰器チップに貼着され、前記入力マイクロ波コネクタ構成要素および前記出力マイクロ波コネクタ構成要素に機械的に結合された、前記ハウジング構成要素と
を備えるデバイス。
【請求項２２】
前記入力マイクロ波コネクタ構成要素、前記出力マイクロ波コネクタ構成要素および前記ハウジング構成要素が、耐酸化性材料でめっきされた、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ハウジング構成要素が銅合金を含む、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２４】
低温マイクロ波減衰器デバイスであって、
１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素であり、前記ハウジング構成要素内に収容されたマイクロ波信号減衰器チップの熱エネルギーを放散させるように結合された、前記ハウジング構成要素と、
前記ハウジング構成要素に機械的に結合された入力マイクロ波コネクタ構成要素であり、入力信号導体を備え、前記入力信号導体が、前記マイクロ波信号減衰器チップの入力に直接ワイヤ・ボンディングされた、前記入力マイクロ波コネクタ構成要素と、
前記ハウジング構成要素に機械的に結合された出力マイクロ波コネクタ構成要素であり、出力信号導体を備え、前記出力信号導体が、前記マイクロ波信号減衰器チップの出力に直接ワイヤ・ボンディングされた、前記出力マイクロ波コネクタ構成要素と
を備える低温マイクロ波減衰器デバイス。
【請求項２５】
前記マイクロ波信号減衰器チップの熱エネルギーを、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する固着材料を介して放散させるように、前記ハウジング構成要素が結合された、請求項２４に記載の低温マイクロ波減衰器デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にマイクロ波減衰器に関し、より詳細には、量子技術向けの低温マイクロ波減衰器デバイス（cryogenic microwave attenuator device）に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子コンピュータの基本単位は量子ビット（キュービット（qubit））である。量子ビットは、情報をコード化、記憶および操作することができる量子機械系（quantum mechanical system）である。キュービットの可干渉時間（coherence time,コヒーレンス時間）は、量子ビットにおいて量子状態を維持することができる時間の長さを規定する。
【０００３】
超伝導ベースの量子アーキテクチャの性能は、超伝導キュービット／量子プロセッサの質に依存し、超伝導キュービット／量子プロセッサの質は、可干渉時間を測定することによって特徴づけることができる。これらの可干渉時間は多くの因子に依存し、それらの因子の１つは、低温におけるマイクロ波ハードウェア構成要素の性能である。例えば、量子コンピューティング・デバイスでは、希釈冷凍機（dilution refrigerator）（クライオスタット（cryostat））内においてクリーンで低雑音のマイクロ波信号をキュービットに送達するために使用するために、マイクロ波構成要素、特にマイクロ波減衰器（雑音およびマイクロ波信号を伝送し、減衰させるために使用される）が必要である。いくつかの低温マイクロ波減衰器が市販されているが、そのようなデバイスは、極低温（very low temperature）（例えば５０ケルビン（Ｋ）から１Ｋ）およびミリケルビン（ｍＫ）の超低温（ultra-low temperature）ではうまく機能しない。例えば、希釈冷凍機内には５つの異なる温度域、すなわち約５０Ｋ、約４Ｋ、０．７Ｋ、０．１Ｋおよびベース温度（base temperature）の温度域がある。ベース温度は通常約１０ｍｋである。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つまたは複数の実施形態の基本的理解を提供するため、以下に概要を示す。この概要が、鍵となる要素もしくは決定的に重要な要素を識別すること、または特定の実施形態の範囲もしくは特許請求の範囲を示すことは意図されていない。この概要の唯一の目的は、後に示すより詳細な説明の序文として、発想を、簡略化された形で示すことである。
【０００５】
本発明の一態様によれば、デバイスは、ハウジング構成要素およびマイクロ波減衰器チップを備える低温マイクロ波減衰器デバイスを備える。ハウジング構成要素は、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する。このデバイスはさらに、マイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合された信号導体を備えるマイクロ波コネクタを備える。利点は、この低温マイクロ波減衰器デバイスが、より良好でより急速な熱平衡化（thermalization）を提供し、したがってよりクリーンなマイクロ波信号を提供することを含む。ハウジング構成要素は、銅合金ハウジング材料、例えば実質的に無酸素の高熱伝導率銅材料または電解銅材料を含むことができる。ハウジング構成要素の酸化に抵抗するため、ハウジング構成要素は、耐酸化性材料でめっきされたもの、例えば金でめっきされたものとすることができる。信号導体は、１本または複数本の金ワイヤを介してマイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含むことができる。利点は、マイクロ波コネクタがより望ましく熱平衡化される（thermalize）ことを含み、このことは量子プロセッサの機能を向上させる。
【０００６】
別の態様によれば、デバイスは、マイクロ波信号減衰器チップを収容したハウジング構成要素であり、１ケルビンにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する金属を含む、ハウジング構成要素を備える。このデバイスはさらに、ハウジング構成要素に機械的に結合された第１のサブアセンブリであり、マイクロ波信号減衰器チップの入力側に電気的に結合された第１のマイクロ波信号導体を有する第１のマイクロ波コネクタを含む、第１のサブアセンブリを備える。このデバイスはさらに、ハウジング構成要素に機械的に結合された第２のサブアセンブリであり、マイクロ波信号減衰器チップの出力側に電気的に結合された第２のマイクロ波信号導体を有する第２のマイクロ波コネクタを含む、第２のサブアセンブリを備える。第１のマイクロ波コネクタは雌型マイクロ波コネクタを含むことができ、第２のマイクロ波コネクタも雌型マイクロ波コネクタを含むことができる。雌雄が同じコネクタを有することの利点は、コネクタの数が減ることによって信号反射が低減することを含む。
【０００７】
さらに別の態様によれば、方法は、マイクロ波信号減衰器デバイス用のパッケージ・アセンブリを構築することを含み、マイクロ波信号減衰器デバイス用のパッケージ・アセンブリを構築することは、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素にマイクロ波信号減衰器チップを貼着することを含む。この方法はさらに、ハウジング構成要素に第１のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリを結合すること、およびハウジング構成要素に第２のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリを結合することを含む。この方法はさらに、マイクロ波信号減衰器チップの入力側を第１のマイクロ波コネクタ信号導体にワイヤ・ボンディングすること、およびマイクロ波信号減衰器チップの出力側を第２のマイクロ波コネクタ信号導体にワイヤ・ボンディングすることを含む。利点は、マイクロ波コネクタ・サブアセンブリがより望ましく熱平衡化されることを含み、このことは量子プロセッサの機能を向上させる。
【０００８】
別の態様によれば、デバイスは、入力信号導体を備える入力マイクロ波コネクタ構成要素であり、入力信号導体がマイクロ波信号減衰器チップの入力に電気的に結合された、入力マイクロ波コネクタ構成要素を備える。このデバイスはさらに、出力信号導体を備える出力マイクロ波コネクタ構成要素であり、出力信号導体がマイクロ波信号減衰器チップの出力に電気的に結合された、出力マイクロ波コネクタ構成要素を備える。このデバイスはさらに、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの第１の熱伝導率を有するハウジング構成要素を備える。このハウジング構成要素は、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの第２の熱伝導率を有する固着材料（fastening material）でマイクロ波信号減衰器チップに貼着されている。このハウジング構成要素は、入力マイクロ波コネクタ構成要素および出力マイクロ波コネクタ構成要素に機械的に結合されている。利点は、より良好な熱平衡化を含み、このことは量子プロセッサの機能を向上させる。
【０００９】
さらに別の態様によれば、低温マイクロ波減衰器デバイスは、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素を含む。このハウジング構成要素は、ハウジング構成要素内に収容されたマイクロ波信号減衰器チップの熱エネルギーを放散させるように結合されている。この低温マイクロ波減衰器デバイスはさらに、ハウジング構成要素に機械的に結合された入力マイクロ波コネクタ構成要素を備える。この入力マイクロ波コネクタ構成要素は、マイクロ波信号減衰器チップの入力に直接ワイヤ・ボンディングされた入力信号導体を備える。ハウジング構成要素には、出力マイクロ波コネクタ構成要素が機械的に結合されている。この出力マイクロ波コネクタ構成要素は、マイクロ波信号減衰器チップの出力に直接ワイヤ・ボンディングされた出力信号導体を備える。熱エネルギーを放散させるため、ハウジング構成要素を、１ケルビンにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する固着材料を介してマイクロ波信号減衰器チップに結合することができる。この低温マイクロ波減衰器デバイスの材料および設計の少なくとも１つの利点は、量子プロセッサの機能が向上することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的な１つまたは複数の実施形態による、高い熱伝導率を有する低温マイクロ波減衰器を使用して希釈冷凍機内の同軸制御線を通してマイクロ波制御信号を伝送するための例示的な構成要素を示すブロック図である。
【図２】本開示の例示的な１つまたは複数の実施形態による、雌雄が同じコネクタを含む高熱伝導率サブアセンブリを備える、分解された状態の低温マイクロ波減衰器デバイスの透視図である。
【図３】本開示の例示的な１つまたは複数の実施形態による、雌雄が同じコネクタを含む高熱伝導率サブアセンブリを備える、部分的に組み立てられた状態の低温マイクロ波減衰器デバイスの上面図である。
【図４】本開示の例示的な１つまたは複数の実施形態による、低温マイクロ波減衰器デバイスの部分の拡大図である。
【図５】本開示の例示的な１つまたは複数の実施形態による、チップが、デバイスの下ハウジング部分に貼着され、同軸コネクタのセンタ・ピンにボンディングされた、低温マイクロ波減衰器デバイスの上面図である。
【図６】本開示の例示的な一実施形態による、低温マイクロ波減衰器デバイスの構成要素のブロック図である（倍率は一定ではない）。
【図７】本開示の例示的な一実施形態による、低温減衰器デバイスを提供する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は例示だけが目的であり、以下の説明が、実施形態または実施形態の用途もしくは使用あるいはその両方を限定することは意図されていない。さらに、上記の項または「発明を実施するための形態」の項に示された明示または暗示の情報によって拘束されることも意図されていない。
【００１２】
次に、図面を参照して１つまたは複数の実施形態を説明する。全体を通じて、同じ要素を指すために同じ参照符号が使用される。以下の説明では、説明の目的上、１つまたは複数の実施形態のより完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が示される。しかしながら、さまざまなケースにおいて、これらの特定の詳細なしで１つまたは複数の実施形態を実施することができることは明白である。
【００１３】
さらに、本開示は、所与の例示的なアーキテクチャに関して説明されることになることを理解すべきである。しかしながら、他のアーキテクチャ、構造、基板材料およびプロセス特徴およびステップは、本開示の範囲内で変更することができる。
【００１４】
層、領域または基板などの要素が別の要素「上」または別の要素「の上に」あると書かれているとき、その要素は、この別の要素上に直接にあることもあり、または介在要素が存在することもあることも理解されるであろう。逆に、１つの要素が別の要素「上に直接にある」または別の要素「の上に直接にある」と書かれている場合に限り、介在要素は存在しない。向きは一般に相対的であることに留意されたい。例えば、「上」または「の上」または「上部」または「下部」は逆向きにすることができ、逆向きにした場合には、たとえ、逆向きに示されたときに、技術的には〜の下または〜よりも下／〜の下方にあると見える場合であっても、それらは不変であると考えることができる。１つの要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると書かれているとき、その要素は、この別の要素に直接に接続または結合されていることもあり、または介在要素が存在することもあることも理解されるであろう。逆に、１つの要素が別の要素に「直接に接続」または「直接に結合」されていると書かれている場合に限り、介在要素は存在しない。
【００１５】
本明細書において、本発明の原理の「１つの実施形態」または「一実施形態」およびこれらの句の他の変形が使用されているとき、それは、その実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、特性などが、本発明の原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通じてさまざまな場所に現れる、句「１つの実施形態において」または「一実施形態において」および他の任意の変化の出現は、その全てが、その同じ実施形態に言及しているとは限らない。簡潔にするため、それぞれの実施形態で使用されている同じ要素の繰返しの説明は省く。
【００１６】
一般に、課題は、知られているマイクロ波減衰器の熱的性能およびマイクロ波性能が、極低温（例えば４ケルビンまたは４Ｋ）および超低温（ｍＫ、例えば０．１Ｋ）においては十分には良好ではないことである。本明細書に記載された１つまたは複数の解決策は、希釈冷凍機内で使用される減衰器のより最適な熱平衡化を提供し、したがって改良されたキュービット性能／可干渉時間を提供し、その一方で、減衰器の適当なマイクロ波応答を維持する。理解されるであろうとおり、本明細書に記載されたマイクロ波減衰器技術は、量子応用（quantum application）における希釈冷凍機内のマイクロ波伝送線の熱平衡化の多くの課題を解決する。
【００１７】
本明細書に記載された技術は一般に、希釈冷凍機の混合チャンバ（mixing chamber）の超低温（例えば０．０１Ｋ）での使用を含む、量子コンピューティング技術を用いた低温での使用に適したマイクロ波減衰器デバイスを対象としている。一般に、この技術は高熱伝導率材料の使用に基づく。そのために、一対のマイクロ波制御信号線コネクタ構成要素と減衰器チップを収容したハウジング構成要素とを備える（例えばダイヤモンド、銀または銅合金でできた）高熱伝導率パッケージ・アセンブリを含む、さまざまな高熱伝導率構成要素が提供される。さらに、減衰器チップの抵抗性膜要素をその上に蒸着させた基板は、ハウジング構成要素接地面に、したがって希釈冷凍機プレートに熱エネルギーを放散させるために高い熱伝導率を必要とする。約４Ｋよりも高い温度ではサファイヤ、石英およびダイヤモンドを基板として使用することができ、その一方で、約４Ｋよりも低い温度（例えば０．７Ｋまたは０．０１Ｋ）ではヒ化ガリウムまたは溶融ケイ素を基板として使用することができる。
【００１８】
さらに、市販の減衰器とは違い、これらのマイクロ波制御信号線コネクタ構成要素は、それぞれの端部の雌雄が同じになるように、例えば雌型になるように設計することができる。このことは、減衰器デバイスをマイクロ波制御信号線に接続する１つまたは複数のアダプタの必要性を排除し、したがってマイクロ波接続の量を最小限に抑え、それによって量子プロセッサのマイクロ波制御線の反射点の数を減らす（このことはキュービット制御パルスの忠実度（fidelity）を増大させる）。
【００１９】
次に図面を参照する。図中、同じ符号は、同じ要素または同種の要素を表す。図１は、希釈冷凍機内に高熱伝導率低温マイクロ波減衰器デバイス１０２〜１０４を実装することができる例示的な回路／量子応用１００を示す。図１は、一例として３つの減衰器デバイス１０２〜１０４を示しているが、通常は５つのプレート（５０Ｋプレート、４Ｋプレート、０．７Ｋプレート、０．１Ｋプレート、および一般に１０ｍＫと称される約０．０１Ｋ〜０．０３Ｋのベース温度の混合チャンバ・プレート）があること、および、希釈冷凍機内の任意のプレート・レベルに減衰器デバイスを置くことができ、どのプレートにも（信号線毎に１つの）多数の減衰器デバイスを置くことができることが理解される。例示された減衰器デバイス１０２は一対の同軸コネクタ１０２ａおよび１０２ｂを有し、例示された減衰器デバイス１０３は一対の同軸コネクタ１０３ａおよび１０３ｂを有し、例示された減衰器デバイス１０４は一対の同軸コネクタ１０４ａおよび１０４ｂを有することに留意されたい。
【００２０】
量子応用は一般に、信号の大きさを小さくし、熱雑音を低減させ、導体を熱平衡化するために、希釈冷凍機の入力／出力制御信号線上にマイクロ波減衰器を必要とする。量子デバイスに入った入力信号は減衰し、同様に、希釈冷凍機から測定デバイスへの出力信号も減衰し得る。知られているとおり、この減衰は、大きな周波数帯にわたって実質的に等しく、したがって、本明細書に記載された技術は、図１の回路／量子応用１００においてうまく機能する。したがって、マイクロ波信号は減衰して、温度変化の全体を通じて比較的クリーンな信号を提供し、その一方で、熱エネルギーは、他の金属および高熱伝導率基板を通して放散される。
【００２１】
図２は、分解された状態で示された例示的な減衰器デバイス２００の透視図を示す。この例示的な実施形態では、遮蔽された（例えば同軸のまたは単純に同軸）マイクロ波コネクタ２０２ａおよび２０２ｂがそれぞれ、同軸結合部分２２０ａおよび２２０ｂに結合されている。このような固定されたサブアセンブリ結合は、構築／生産時に部品を一緒に溶接、鋳造するなどして、全体として、固定された単一のサブアセンブリ２２１ａまたは２２２ｂを形成することにより、製造の一部として達成することができる。マイクロ波コネクタ２０２ａおよび２０２ｂは、ＳＭＡ（例えばＳＭＡ−Ｆ）、ＳＭＰ（例えばＳＭＰ−Ｆ）、もしくは知られている他のマイクロ波コネクタ設計とすることができ、またはカスタム設計とすることもできる。図２に示されているように、減衰器デバイス毎にこのようなサブアセンブリが２つあり、それらのサブアセンブリは、本明細書に記載されているとおり、雌雄が同じもの（例えば両方が雌）とすることができ、減衰器デバイス２００の一端に一方のサブアセンブリ２２１ａがあり、反対端にもう一方のサブアセンブリ２２１ｂがある。（例えば同軸）マイクロ波コネクタ２０２ａおよび２０２ｂの対応するそれぞれのセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂを含む遮蔽信号線の中心導体が、減衰器デバイス２００の中心に向かって延びており、中心導体は、理解されるように、（例えば接地された）同軸結合部分２２０ａおよび２２０ｂから電気的に絶縁されている。
【００２２】
図２にはさらに、上ハウジング部分２２４Ｕおよび下ハウジング部分２２４Ｌが示されている。ハウジング部分２２４Ｕおよび２２４Ｌ（ならびにサブアセンブリ２２１ａおよび２２１ｂ）は、酸化に抵抗するためにめっき（例えば金めっき）された無酸素高伝導率銅または電解銅でできたものとすることができる。例えば、さまざまな銅合金（例えばＣ１０１、Ｃ１０２、Ｃ１０３、Ｃ１１０）を使用することができる。ハウジング構成要素の熱伝導率がマイクロ波減衰器構成要素の熱エネルギーを放散させるように、ハウジング構成要素は、銅合金（または白金、銀、金、黄銅、アルミニウム（アルミニウムは温度が１．３Ｋよりも高い場合のみ））材料、例えば実質的に無酸素の高伝導率銅材料または電解銅材料を含むことができる。ハウジング構成要素の酸化に抵抗するため、ハウジング構成要素は、耐酸化性材料でめっきされたもの、例えば金でめっきされたものとすることができる。
【００２３】
一般に、本明細書に記載されているとおり、同軸結合部分２２０ａおよび２２０ｂは、下ハウジング部分２２４Ｌにプレスばめすることができ、または他の手段（例えば締結／ねじ留め、接着、または溶接など）で機械的に固着することができ、ことによると、ある程度、互いに対して固着することができる。下ハウジング部分２２４Ｌには、マイクロ波信号減衰器チップ５５０（図５）が取り付けられており（例えばはんだ付けまたは他の手段で接着されており）、マイクロ波信号減衰器チップ５５０からは、同軸マイクロ波コネクタ２０２ａおよび２０２ｂのセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂにボンディングされたリード線が延びている。図２の例では、プレスばめ接続が示されている。この接続は、下ハウジング部分２２４Ｌに向かって延びる同軸結合部分２２０ａおよび２２０ｂのアームによって少なくとも部分的に容易にされる。下ハウジング部分２２４Ｌは、適度な締りばめでアームを受け入れるように配置されたスロットを有し、このアームはさらに、レセプタクル（receptacle）によって、対応する相手方アームに、ある程度、はまるように延びることができる。
【００２４】
上ハウジング部分２２４Ｕは下ハウジング部分２２４Ｌに固着されている。ねじ２２６および２２７は、対応する上ねじレセプタクル２２８Ｕ、２２９Ｕおよび下ねじレセプタクル２２８Ｌ、２２９Ｌとともに、固着機構を提供するものとして示されており、少なくとも下ねじレセプタクル２２８Ｌおよび２２９Ｌにはねじが切られている。それにもかかわらず、適当な任意の１つまたは複数の固着機構を使用することができる。
【００２５】
図３は、部分的に組み立てられた状態にある、すなわち、この例ではサブアセンブリ２２１ａおよび２２１ｂと下ハウジング部分２２４Ｌは一緒にプレスばめされているが、上ハウジング部分２２４Ｕは減衰器デバイス２００の残りの部分に固着されていない、例示的な減衰器デバイス２００の上面図を示す。３３０で示された概ね中心に位置するエリアは、チップが配置されることになる場所、すなわちセンタ・ピン２２２ａと２２２ｂとの間である。図４は一般にこのエリア３３０の拡大図を示す。
【００２６】
図５は、固着材料を用いて、マイクロ波信号減衰器チップ５５０を下ハウジング部分２２４Ｌにどのように貼着することができるのかを例示しており、これは例えば、エポキシもしくははんだ付けまたは他の手段により、下ハウジング部分２２４Ｌの頂部付近の比較的平らな部分にマイクロ波信号減衰器チップ５５０の基板を結合することによって達成することができる。エポキシまたははんだ小塊（部分的に示されている）が、この固着材料結合／高熱伝導率固着材料５５２を表している。なお、アナログ・デバイセズ社（Analog Devices, Inc.）から、適当な１つのチップ、例えばＨＭＣ６５８が市販されている。このチップは、高熱伝導率材料を用いてハウジング構成要素接地面に貼着するための熱結合を容易にするために、金めっきされた基板を有し、これは例えば、例えば銀エポキシ（silver epoxy）または高熱伝導率はんだを介して取り付けられる。
【００２７】
入力側チップ・ボンディング・パッド５５６ａおよび出力側チップ・ボンディング・パッド５５６ｂ、例えば金ボンディング・パッドに、ワイヤ５５４ａおよび５５４ｂがボンディングされており、ワイヤの他端はそれぞれ、センタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂにワイヤ・ボンディングされている。アルミニウム金属の超伝導臨界温度（ＴＣ）（約１．３Ｋ）よりも高い温度ではアルミニウム・ワイヤを使用することができ、すなわち、希釈冷凍機のそれよりも高い温度の１つまたは複数のプレートとともにアルミニウム・ワイヤを使用することができ、それよりも低い温度では、別のワイヤ材料、例えば金ワイヤを使用することができる。したがって、一実施態様では、このボンディングが、マイクロ波コネクタ２０２ａおよび２０２ｂのセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂとの金ワイヤ・ボンディングを含む。理解されることだが、図５に示されているように、ワイヤ５５４ａおよび５５４ｂはワイヤ対とすることができ、対の一方のワイヤが切れた場合には、接触が劣化しまたはそうでなければ接触が切れる。
【００２８】
図６は、本明細書で全体的に説明したような低温マイクロ波減衰器デバイス６００の一実施形態の例示的な側面図を示す。図６の例示的な構成要素の倍率は一定ではないことに留意されたい。これは１つには、ある種の構成要素を強調するためである。それらの構成要素には一般に図１〜図５と同じ符号が付けられている。このようなデバイス６００の組立ての一例も図６を参照して説明するが、説明した順序とは異なる組立て順序も可能であることが理解される。
【００２９】
図６では、２つのサブアセンブリ２２１ａおよび２２１ｂ（同軸結合部分２２０ａおよび２２０ｂ、ならびに対応するそれぞれのセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂを含む結合された対応するそれぞれの同軸コネクタ２０２ａおよび２０２ｂ）が、下ハウジング部分２２４Ｌの対応するそれぞれの側（示されているとおり左側および右側）に固着されている。上述のとおり、適当な任意の固着技法を使用することができるが、プレスばめ固着は、本明細書に記載された適当な１つの技法である。
【００３０】
下ハウジング部分２２４Ｌには、基板Ｓを含むマイクロ波信号減衰器チップ５５０が、高熱伝導率固着材料５５２、例えば銀エポキシまたは高熱伝導率はんだを介して接着されている。ワイヤ（対）５５４ａおよび５５４ｂがそれぞれ、入力側および出力側チップ・ボンディング・パッド５５６ａおよび５５６ｂにボンディングされており、さらに、それぞれセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂ、例えば少なくとも接点部分が金めっきされたセンタ・ピン２２２ａおよび２２２ｂにボンディングされている。
【００３１】
上ハウジング部分２２４Ｕは、例えばねじ２２６および２２７を介して下ハウジング部分２２４Ｌに固着されており、一緒に固着されているとき、２つのハウジング部分２２４Ｕおよび２２４Ｌは、ひとまとめにしてハウジング構成要素２２４とみなすことができる。示されてはいないが、これらの構成要素、特に銅合金でできた構成要素はいずれも、耐酸化性材料、特に金でめっきされたものとすることができるが、その代わりに、適切な長さの耐用デバイス寿命の間、酸化に抵抗し得る銀などの任意の適当な材料を使用することもできる。金めっきされた高伝導率銅の円板などに、アセンブリ全体を完全に埋め込むことも可能である。
【００３２】
理解できるとおり、無酸素高伝導率銅または電解銅ハウジング構成要素を、減衰器チップとマイクロ波コネクタとの間の直接ワイヤ・ボンディングとともに使用することにより、マイクロ波減衰器の効率的な熱平衡化が促進される。これは、マイクロ波構成要素、特にマイクロ波減衰器のより良好でより急速な熱平衡化を提供し、これは、よりクリーンなマイクロ波信号を提供する。さらに、それぞれの端のコネクタの雌雄を同じにすることによりマイクロ波コネクタを減らすことによって、より小さな反射を有するよりクリーンなマイクロ波信号が提供される。
【００３３】
本技術は、マイクロ波制御線（同軸ケーブル）のより良好な熱平衡化、したがってより長い可干渉時間を提供し、このことは最終的に、量子コンピュータ／プロセッサのより良好な全体性能につながる。（例えば５０オームにおいて常にインピーダンス整合しているわけではない）不必要なマイクロ波接続を排除することにより反射点の量を減らすことによって、よりクリーンなマイクロ波制御パルスが存在する。このことは、熱光子のより効率的な排出によるより良好な熱平衡化に起因する、キュービットのより速い回復時間に対応する。
【００３４】
さらに、本明細書に記載された技術は、ある温度においてある種の材料を使用することができるため、経済的な考慮対象を提供する。例えば、アルミニウム金属の超伝導臨界温度よりも高い温度ではアルミニウム・ワイヤを使用することができ、より低い温度では別の（例えば金）ワイヤを使用することができ、異なる温度では異なるハウジング構成要素およびコネクタ材料を使用することができる、などである。したがって、希釈冷凍機内の異なる温度での使用に対応する、本明細書に記載されたアセンブリ・パッケージの異なるモデルが存在し得る。
【００３５】
図７は、さまざまな操作として示されるものなどの方法を例示する。この方法は、マイクロ波信号減衰器デバイス用のパッケージ・アセンブリを構築すること（操作７０２）を含むことができ、マイクロ波信号減衰器デバイス用のパッケージ・アセンブリを構築することは、例えば１Ｋにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの高い熱伝導率を有するハウジング構成要素２２４にマイクロ波信号減衰器チップ５５０を貼着すること（操作７０４）を含むことができる。操作７０６は、ハウジング構成要素２２４に第１のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリ２２１ａを結合することを表す。操作７０８は、ハウジング構成要素２２４に第２のマイクロ波コネクタ・サブアセンブリ２２１ｂを結合することを表す。操作７１０は、マイクロ波信号減衰器チップ５５０の入力側チップ・ボンディング・パッド５５６ａを、第１のマイクロ波コネクタ信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ａ）にワイヤ・ボンディングすることを表し、操作７１２は、マイクロ波信号減衰器チップの出力側を、第２のマイクロ波コネクタ信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ｂ）にワイヤ・ボンディングすることを表す。
【００３６】
ハウジング構成要素２２４は、上ハウジング部分２２４Ｕおよび下ハウジング部分２２４Ｌを含むことができ、ハウジング構成要素にマイクロ波信号減衰器チップ５５０を貼着することは、下ハウジング部分２２４Ｌにマイクロ波信号減衰器チップ５５０を貼着することを含むことができる。諸態様は、上ハウジング部分２２４Ｕを下ハウジング部分２２４Ｌに固着することによってハウジング構成要素２２４内にマイクロ波信号減衰器チップ５５０を収容することを含むことができる。
【００３７】
１つまたは複数の態様はデバイス６００を含み、このデバイスは、ハウジング構成要素２２４（図２）を備える低温マイクロ波減衰器構成要素を備える。ハウジング構成要素２２４は、マイクロ波減衰器（例えばマイクロ波信号減衰器チップ５５０）を備えることができ、ハウジング構成要素２２４は、１Ｋにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有することができる。デバイス６００はさらにマイクロ波コネクタ２０２ａを備えることができ、マイクロ波コネクタ２０２ａは、マイクロ波減衰器（例えばマイクロ波信号減衰器チップ５５０）に直接ワイヤ結合された信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ａ）を備える。
【００３８】
ハウジング構成要素は銅合金材料を含むことができる。ハウジング構成要素は、耐酸化性材料でめっきされたものとすることができる。耐酸化性材料は金を含むことができる。ハウジング構成要素は、実質的に無酸素の高伝導率銅材料を含むことができる。ハウジング構成要素は電解銅材料を含むことができる。
【００３９】
信号導体は、１本または複数本の金ワイヤを介してマイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含むことができる。低温マイクロ波減衰器デバイスは、アルミニウム金属の超伝導臨界温度よりも高い温度の希釈冷凍機プレートとともに使用することができ、このような１つまたは複数の希釈冷凍機プレートに関して、信号導体は、１本または複数本のアルミニウム・ワイヤを介してマイクロ波減衰器チップに直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含むことができる。
【００４０】
マイクロ波コネクタは、マイクロ波減衰器チップの入力信号側に結合された第１のマイクロ波コネクタを含むことができ、デバイスはさらに、マイクロ波減衰器チップの出力信号側に結合された第２のマイクロ波コネクタを含むことができ、第１のマイクロ波コネクタと第２のマイクロ波コネクタの雌雄は同じとすることができる。マイクロ波コネクタは、マイクロ波減衰器チップの入力信号側に結合された第１の雌型マイクロ波コネクタを含むことができ、デバイスはさらに、マイクロ波減衰器チップの出力信号側に結合された第２の雌型マイクロ波コネクタを含むことができる。
【００４１】
減衰器チップは、１Ｋにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する材料を介してハウジング構成要素に貼着されためっきされた基板を含むことができる。熱伝導率材料は銀エポキシを含むことができる。
【００４２】
１つまたは複数の態様はデバイス６００を含み、デバイス６００は、マイクロ波信号減衰器チップ５５０を収容したハウジング構成要素２２４を備え、ハウジング構成要素２２４は、１Ｋにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する金属を含む。諸態様は、ハウジング構成要素２２４に機械的に結合されたものとすることができる第１のサブアセンブリ２２１ａを備えることができ、第１のサブアセンブリ２２１ａは、マイクロ波信号減衰器チップの入力側（例えば入力側チップ・ボンディング・パッド５５６ａ）に電気的に結合された第１のマイクロ波信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ａ）を有する第１のマイクロ波コネクタ２０２ａを含むことができる。ハウジング構成要素２２４に第２のサブアセンブリ２２１ｂを機械的に結合することができ、第２のサブアセンブリ２２１ｂは、マイクロ波信号減衰器チップの出力側（例えば出力側チップ・ボンディング・パッド５５６ｂ）に電気的に結合された第２のマイクロ波信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ｂ）を有する第２のマイクロ波コネクタ２０２ｂを含むことができる。
【００４３】
ハウジング構成要素は、耐酸化性材料でめっきされた銅合金ハウジング構成要素を含むことができる。
【００４４】
第１の信号導体は、１本または複数本のワイヤを介してマイクロ波減衰器チップの入力側に直接ワイヤ結合されたコネクタ・センタ・ピンを含むことができる。第１のマイクロ波コネクタは雌型マイクロ波コネクタを含むことができ、第２のマイクロ波コネクタは雌型マイクロ波コネクタを含むことができる。
【００４５】
ハウジング構成要素は、１Ｋにおいて少なくとも約０．１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する材料を介してマイクロ波信号減衰器チップのめっきされた基板に結合されたものとすることができる。ハウジング構成要素は、マイクロ波信号減衰器チップが取り付けられた下ハウジング部分と、マイクロ波信号減衰器チップを収容するように下ハウジング部分に固着した上ハウジング部分とを含むことができる。
【００４６】
デバイス６００は、入力信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ａ）を備える入力マイクロ波コネクタ２０２ａであり、入力信号導体がマイクロ波信号減衰器の入力（例えばマイクロ波信号減衰器チップ５５０の入力側チップ・ボンディング・パッド５５６ａ）に電気的に結合された、入力マイクロ波コネクタ２０２ａを備えることができる。デバイスはさらに、出力信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ｂ）を備えることができる出力マイクロ波コネクタ２０２ｂであり、出力信号導体がマイクロ波信号減衰器の出力（例えばマイクロ波信号減衰器チップ５５０の出力側チップ・ボンディング・パッド５５６ｂ）に電気的に結合された、出力マイクロ波コネクタ２０２ｂを備えることができる。デバイスはさらに、１Ｋにおいて少なくとも約０．１Ｋワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素２２４であり、１Ｋにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する材料でマイクロ波信号減衰器チップ５５０に貼着され、入力マイクロ波コネクタ２０２ａおよび出力マイクロ波コネクタ２０２ｂに機械的に結合された、ハウジング構成要素２２４を備えることができる。
【００４７】
入力マイクロ波コネクタ構成要素、出力マイクロ波コネクタ構成要素およびハウジング構成要素は、耐酸化性材料でめっきされたものとすることができる。ハウジング構成要素は銅合金を含むことができる。
【００４８】
諸態様は、低温マイクロ波減衰器デバイス６００を含むことができ、低温マイクロ波減衰器デバイス６００は、１Ｋにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有するハウジング構成要素２２４であって、ハウジング構成要素２２４内に収容されたマイクロ波信号減衰器（例えばマイクロ波信号減衰器チップ５５０）の熱エネルギーを放散させるように結合された、ハウジング構成要素２２４を備える。ハウジング構成要素２２４に入力マイクロ波コネクタ２０２ａを機械的に結合することができ、入力マイクロ波コネクタ構成要素は、入力信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ａ）を備えることができ、入力信号導体は、マイクロ波信号減衰器チップ５５０の入力に直接ワイヤ・ボンディングされている。ハウジング構成要素２２４に出力マイクロ波コネクタ２０２ｂを機械的に結合することができ、出力マイクロ波コネクタ２０２ｂは、出力信号導体（例えばセンタ・ピン２２２ｂ）を備えることができ、出力信号導体は、マイクロ波信号減衰器チップ５５０の出力に直接ワイヤ・ボンディングされている。ハウジング構成要素２２４は、マイクロ波信号減衰器チップ５５０の熱エネルギーを、１Ｋにおいて少なくとも約１ワット毎メートル−ケルビンの熱伝導率を有する高熱伝導率固着材料５５２を介して放散させるように、結合することができる。
【００４９】
上で説明したことは単なる例を含む。当然ながら、本開示を説明するために、構成要素、または材料などの考え得るあらゆる組合せを記載することは不可能だが、本開示の他の多くの組合せおよび置換が可能であることを当業者は理解することができる。さらに、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、付録および図面において用語「含む」、「有する」、および「所有する」などが使用される範囲で、このような用語は、用語「備える」が、請求項中で転換語（transitional word）として使用されているときに解釈されるのと同様に、包括的であることが意図されている。
【００５０】
さまざまな実施形態の説明は例示のために提示されたものであり、それらの説明が網羅的であること、または開示された実施形態に限定されることは意図されていない。当業者には、記載された実施形態の範囲および趣旨を逸脱しない多くの変更および変形が明白になるであろう。本明細書で使用されている用語は、実施形態の原理、実際的用途、もしくは市場に出ている技術には見られない技術的改良を最もうまく説明するように、または本明細書に開示された実施形態を他の当業者が理解することができるように選択した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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