(57)【要約】  並列グラジオメトリックＳＱＵＩＤおよびその製造に関する技法が提供される。例えば、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態は、基板に配置された超伝導材料の第１のパターンを含むことができる装置を含む。また、装置は、ある位置で超伝導材料の第１のパターンを横切って延びることができる超伝導材料の第２のパターンを含むことができる。さらに、装置はその位置に配置されるジョセフソン接合を含むことができ、ジョセフソン接合は超伝導体材料の第１のパターンと超伝導体材料の第２のパターンとを接続することができる絶縁バリアを含むことができる。
2021536666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配置される超伝導材料の第１のパターンと、
ある位置で前記超伝導材料の第１のパターンを横切って延びる超伝導材料の第２のパターンと、
前記位置に配置され、前記超伝導材料の第１のパターンと前記超伝導材料の第２のパターンとを接続する絶縁バリアを含むジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項２】
前記超伝導材料の第１のパターンが、第１のキャパシタ・パッドに動作可能に結合され、前記超伝導材料の第２のパターンが前記超伝導材料の第１のパターンを横切って延び、第２のキャパシタ・パッドに動作可能に結合する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ジョセフソン接合が、前記超伝導材料の第１のパターン内に含まれる第１の超伝導体金属、および前記超伝導材料の第２のパターン内に含まれる第２の超伝導体金属を含む、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の超伝導体金属が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択され、前記第２の超伝導体金属が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択され、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記超伝導材料の第１のパターンを横切って延びる超伝導材料の第３のパターンと、
前記超伝導材料の第３のパターンと前記超伝導材料の第１のパターンとを接続する第２の絶縁バリアを含む第２のジョセフソン接合と
をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
超伝導体材料のリングと、
前記超伝導体材料のリングを横切って配置される超伝導体材料の経路と、
前記超伝導体材料のリングと前記超伝導体材料の経路とを接続する絶縁バリアを含むジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項８】
前記ジョセフソン接合が、前記超伝導体材料の経路が前記超伝導体材料のリングと交差する位置に配置される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスであり、前記ジョセフソン接合が、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記超伝導体材料のリングおよび前記超伝導体材料の経路が半導体基板上に配置され、前記超伝導体材料のリングが第１のキャパシタ・パッドに動作可能に結合され、前記超伝導体材料の経路が前記超伝導体材料のリングと交差して第２のキャパシタ・パッドに動作可能に接続する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記超伝導体材料のリングが第一種超伝導材料および第二種第二種超伝導材料から成る第１の群から選択される材料を含み、前記超伝導体材料の経路が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択される別の材料を含み、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
基板に配置される第１の超伝導路と、
ある位置で前記第１の超伝導路と交差する第２の超伝導路と、
前記位置に配置され、前記第１の超伝導路の第１の超伝導体材料、前記第２の超伝導路の第２の超伝導体材料、および絶縁バリアを含む、ジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項１３】
第２の位置で前記第１の超伝導路と交差する第３の超伝導路と、
前記第２の位置に配置される第２のジョセフソン接合であって、前記第２のジョセフソン接合が、前記第１の超伝導体材料、前記第３の超伝導路の第３の超伝導体材料、および第２の絶縁バリアを含む、前記第２のジョセフソン接合と
をさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスであり、前記ジョセフソン接合が、第１の超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合であり、前記第２のジョセフソン接合が、第２の超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の超伝導路が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択される第１の超伝導材料を含み、前記第２の超伝導路が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択される第２の超伝導材料を含み、前記第３の超伝導路が、前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第３の群から選択される第３の超伝導材料を含み、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
第１の超伝導材料を基板上に堆積することと、
前記基板とは反対側の前記第１の超伝導材料の表面に絶縁バリアを形成することと、
前記絶縁バリアの上に第２の超伝導材料を堆積してジョセフソン接合を形成することと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記方法がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスを形成し、前記ジョセフソン接合が、前記第１の超伝導材料と前記第２の超伝導材料とを接続する、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記絶縁バリアを前記形成することが、前記第１の超伝導材料を酸化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の超伝導材料を前記堆積することが、前記基板上に前記第１の超伝導材料を蒸着させることを含み、前記第２の超伝導材料を前記堆積することが、前記絶縁バリア上に前記第２の超伝導材料を蒸着させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の超伝導材料が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択され、前記第２の超伝導材料が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第２の群から選択され、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
超伝導材料の第１のパターンを基板上に形成することと、
前記超伝導材料の第１のパターンが前記基板から絶縁バリアを分離するように、前記超伝導材料の第１のパターンに隣接した前記絶縁バリアを形成することと、
前記絶縁バリアを横切って超伝導材料の第２のパターンを形成してジョセフソン接合を形成することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記方法がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスを形成し、前記ジョセフソン接合が、前記超伝導材料の第１のパターンと前記超伝導材料の第２のパターンとを接続する、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソン接合である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記絶縁バリアを前記形成することが、前記超伝導材料の第１のパターンを酸化することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の超伝導材料を前記形成することが、前記基板上に前記第１の超伝導材料を蒸着させることを含み、前記第２の超伝導材料を前記形成することが、前記絶縁バリア上に前記第２の超伝導材料を蒸着させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の超伝導材料がアルミニウムであり、前記第２の超伝導材料がアルミニウムであり、前記絶縁バリアがアルミニウム酸化物である、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
主題の開示は、グラジオメトリック並列超伝導量子干渉デバイスに関し、より詳細には超伝導量子ビットの周波数微調整に適切であり得るグラジオメトリック並列超伝導量子干渉デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの様々なタイプの超伝導デバイスは、超伝導量子干渉デバイス（「ＳＱＵＩＤ」）技術を考慮している。ＳＱＵＩＤの臨界電流は、ＳＱＵＩＤのループに磁束を印加することにより微調整することができる。磁束と臨界電流との関係は、超伝導マイクロ波デバイス（例えば、共振器および量子ビット）の磁気計において、および周波数微調整においてなどのいくつかの応用において非常に重要である。
【０００３】
磁束に対する非常に高い感度は、変動がキュービットの位相緩和につながることがあるため、キュービットの応用に不利な場合がある。グラジオメトリック設計を利用することにより、絶対的な全体磁場の変動を除去することができ、磁場勾配の変動のみが位相緩和を起こす。従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの設計は、直流（「ＤＣ」）ＳＱＵＩＤループを、ループがそれ自身の上で交差し、それによって２つのループおよび２つの磁束を作るように、ツイストすることを含む。典型的に、グラジオメトリック設計では、電極を分離するために誘電性の材料が交差場所に堆積される。しかしながら、前記誘電性の材料を配置することは、超伝導量子ビットの性能にマイナスの影響を与え、それにより従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの応用を限定する可能性がある。
【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な理解を与えるための概要を以下に提示する。この概要は主要もしくは重要な要素を特定すること、または特定の実施形態のいかなる範囲もしくは特許請求の範囲のいかなる範囲をも詳述することを意図されていない。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素化された形式での概念を提示することである。本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態では、並列グラジオメトリックＳＱＵＩＤを考慮した装置または方法あるいはその両方を説明する。
【０００５】
実施形態にしたがって、装置が提供される。装置は、基板に配置される超伝導材料の第１のパターンを含むことができる。また、装置は、ある位置で超伝導材料の第１のパターンを横切って延びることができる超伝導材料の第２のパターンを含むことができる。さらには、装置はその位置に配置されるジョセフソン接合を含むことができ、ジョセフソン接合は超伝導体材料の第１のパターンと超伝導体材料の第２のパターンとを接続することができる絶縁バリアを含むことができる。このような装置の利点は、磁場の空間的変化に敏感なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ構造であり得る。
【０００６】
装置のいくつかの例では、超伝導材料の第１のパターンは、第１のキャパシタ・パッドに動作可能に結合され、超伝導材料の第２のパターンは超伝導材料の第１のパターンを横切って延び、第２のキャパシタ・パッドに動作可能に結合することができる。このような装置の利点は、二極のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの実装であり得る。
【０００７】
実施形態にしたがって、装置が提供される。装置は超伝導体材料のリングを含むことができる。装置は、超伝導体材料のリングを横切って位置付けられる超伝導体材料の経路をさらに含むことができる。加えて、装置はジョセフソン接合を含むことができ、ジョセフソン接合は超伝導体材料のリングと超伝導体材料の経路とを接続することができる絶縁バリアを含むことができる。このような装置の利点は、量子のキュービットに適したグラジオメトリックＳＱＵＩＤ構造であり得る。
【０００８】
装置のいくつかの例では、ジョセフソン接合は、超伝導材料の経路が超伝導材料のリングと交差する位置に配置することができる。このような装置の利点は、超伝導材料の交差パターンを誘電性のスペーサで分離する必要性の軽減であり得る。
【０００９】
実施形態にしたがって、装置が提供される。装置は、基板に配置される第１の超伝導路を含むことができる。装置は、ある位置で第１の超伝導路と交差することができる第２の超伝導路をさらに含むことができる。装置は、その位置に配置されるジョセフソン接合をさらに含むことができる。ジョセフソン接合は、第１の超伝導路の第１の超伝導体材料、第２の超伝導路の第２の超伝導体材料、および絶縁バリアを含むことができる。このような装置の利点は、従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの設計よりもコンパクトな並列グラジオメトリックＳＱＵＩＤ構造であり得る。
【００１０】
いくつかの例では、装置は第３の超伝導路をさらに含むことができる。第３の超伝導路は第２の位置で第１の超伝導路と交差することができる。さらには、装置は、第２の位置に配置される第２のジョセフソン接合を含むことができる。第２のジョセフソン接合は、第１の超伝導体材料、第３の超伝導路の第３の超伝導体材料、および第２の絶縁バリアを含むことができる。このような装置の利点は、４つ以上の磁極を有する、１つまたは複数の並列グラジオメトリックＳＱＵＩＤの実装であり得る。
【００１１】
実施形態にしたがって、方法が提供される。方法は、第１の超伝導材料を基板上に堆積することを含むことができる。方法は、基板とは反対側の第１の超伝導材料の表面に絶縁バリアを形成することをさらに含むことができる。さらには、方法は絶縁バリアの上に第２の超伝導材料を堆積してジョセフソン接合を形成することを含むことができる。このような方法の利点は、方法が、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの製造において、電子ビーム・リソグラフィまたは光学リソグラフィあるいはその両方の使用を可能にできることであり得る。
【００１２】
方法のいくつかの例では、絶縁バリアを形成することは、第１の超伝導体材料を酸化することを含むことができる。このような方法の利点は、量子のキュービットに適したグラジオメトリックＳＱＵＩＤにおいて超伝導材料の交差を容易にするために、超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソン接合の使用を可能にできることであり得る。
【００１３】
実施形態にしたがって、方法が提供される。方法は、超伝導材料の第１のパターンを基板上に形成することを含むことができる。方法は、超伝導材料の第１のパターンが基板から絶縁バリアを分離するように、超伝導材料の第１のパターンに隣接した絶縁バリアを形成することをさらに含むことができる。さらには、方法は絶縁バリアを横切って超伝導材料の第２のパターンを形成してジョセフソン接合を形成することを含むことができる。このような方法の利点は、このような方法が、外部磁束を使用して周波数微調整を可能にできる並列グラジオメトリックＳＱＵＩＤの作成を容易にすることができることである。
【００１４】
方法のいくつかの例では、第１の超伝導材料を形成することは、第１の超伝導体材料を半導体基板上に蒸着させることを含むことができる。また、第２の超伝導材料を形成することは、絶縁バリアの上に第２の超伝導材料を蒸着させることを含むこともできる。このような方法の利点は、方法が、量子のキュービットに適した１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの製造を合理化するためにマンハッタンスタイル製造技法の使用を可能にすることであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な二極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの図である。
【図２】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な四極の極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの図である。
【図３】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な多極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの図である。
【図４Ａ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的な二極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図４Ｂ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的な四極の極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図４Ｃ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的な多極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図５Ａ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的な二極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図５Ｂ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的な四極の極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図５Ｃ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的な多極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図６Ａ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的な二極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図６Ｂ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的な四極の極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図６Ｃ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的な多極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図７Ａ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的な二極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図７Ｂ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的な四極の極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図７Ｃ】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的な多極のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの実装形態の図である。
【図８】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの製造を容易にすることができる方法のフロー図である。
【図９】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの製造を容易にすることができる方法のフロー図である。
【図１０】本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの製造を容易にすることができる方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の詳細な説明は例示に過ぎず、実施形態、または実施形態の適用例もしくは使用、あるいはその両方を限定するよう意図されていない。さらには、先の「背景技術」または「発明の概要」セクション、あるいは「発明を実施するための形態」セクションにおいて提示される、いかなる明記されたまたは示唆された情報によっても拘束されるよう意図されていない。
【００１７】
次に１つまたは複数の実施形態を、図面を参照して説明するが、一貫して類似の参照符号は類似の要素を参照するために使用される。以下の説明において、説明目的のため、１つまたは複数の実施形態の徹底した理解を与えるために、多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、様々な場合において、１つまたは複数の実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実践され得ることが明白である。
【００１８】
従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの上述の課題を所与として、本開示はこれらの課題のうちの１つまたは複数に対する解決策を作り出すために、誘電性のスペーサを含む従来型の交差配置を伴わない１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤの形態で、実装することができる。有利なことに、本明細書で説明される１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤには一般的である、誘電性の材料の位置付けを要求しない、超伝導材料の分離セグメント（例えば、超伝導材料の島）を作成しない、または超伝導量子ビットに適している、あるいはその組合せの可能性がある。さらには、本明細書の様々な実施形態に含まれる１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、絶対的な磁束変化に対して従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤよりも敏感ではないことができ、したがって従来型のグラジオメトリック実装形態よりも、偏りのある磁束ノイズまたは電荷ノイズあるいはその両方に起因する位相緩和を起こしにくくなる可能性がある。加えて、本明細書で説明される１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤの様々な実施形態は、１つまたは複数の外部磁束を使用する周波数微調整を可能にすることができる。
【００１９】
本明細書で説明される様々な実施形態は、１つまたは複数のジョセフソン接合を含み、従来型の交差場所を要求せず、超伝導材料の島ももたらさない、１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤを考慮している。本明細書で説明される１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、超伝導キュービットに使用することができるダブル・アングル蒸着を使用する実装形態によく適することができる。さらには、１つまたは複数の実施形態では、グラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、電子ビーム・リソグラフィまたは光学リソグラフィあるいはその両方を使用して実装可能なコンパクトな設計によって特徴付けることができる。加えて、本明細書で説明される様々な実施形態は、１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤを製造する１つまたは複数の方法を考慮することができる。例えば、１つまたは複数の実施形態では、薄い絶縁バリアを超伝導材料のループの上面に構築することができる。その上に第２の超伝導材料のパターンを、ループを横切るよう堆積することができ、それによって２つの超伝導材料間で１つまたは複数のジョセフソン接合が可能となる。１つまたは複数のグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、２つ以上の超伝導材料のループを含むことができ、１つまたは複数のジョセフソン接合を循環する電流は２つのループの磁場の差に依存することができる。したがって、本明細書で説明される様々なグラジオメトリック並列ＳＱＵＩＤは、磁場の大きさ（例えば、従来型のグラジオメトリックＳＱＵＩＤでは一般的である）よりも磁場の空間的変化に敏感であることができる。
【００２０】
図１は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２を含むことができるグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００を上から見下ろした図を示している。図１に示すように、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、１つまたは複数の基板１０６に配置され、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に結合される、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を含む並列ＳＱＵＩＤであり得る。加えて、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、１つまたは複数の基板１０６に配置され、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に結合される、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を含むことができる。
【００２１】
１つまたは複数の基板１０６は、例えば、１つまたは複数の半導体基板であることができる。１つまたは複数の基板１０６は、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の１つまたは複数の特徴部を支持することができる。１つまたは複数の基板１０６が含むことができる例示的な材料としては、シリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、炭素ドープシリコン、化合物半導体（例えば、周期表のＩＩＩ族、ＩＶ族、またはＶ族あるいはその組合せの元素を含む）、シリコン酸化物、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。例えば、１つまたは複数の基板１０６は、バルクのシリコン・ウエハまたはシリコン・オン・インシュレータ（「ＳＯＩ」）ウエハあるいはその両方であってもよい。加えて、１つまたは複数の基板１０６は分離ワイヤ（図示せず）などの電子的構造物を含むことができる。さらには、１つまたは複数の基板１０６は、１つまたは複数の結晶構造によって特性付けることができる。例えば、１つまたは複数の基板１０６は、ミラー指数を使用して表現するとシリコン＜１００＞、シリコン＜１１０＞、またはシリコン＜１１１＞あるいはその組合せを含むことができる。当業者であれば、１つまたは複数の基板１０６の厚さは、１つまたは複数の基板１０６の組成、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の所望の機能、その組合せなどに応じて変わる可能性があることが容易に認識されよう。
【００２２】
１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４は、１つまたは複数の基板１０６上に、１つまたは複数の第１のパターンで配置することができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４は、リング形状（例えば、図１に示す通り）に配置することができ、リングは円形形状、多角形形状（例えば、図１に示す通り）、または不規則形状あるいはその組合せを有することができる。１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４が含むことができる例示的な材料としては、アルミニウム、ニオブ、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト（titanium niobite）、ニオブ酸ニオブチタン（niobium titanium niobate）、第一種超伝導材料、第二種超伝導材料、それらの合金、それらの化合物、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の、１つまたは複数の第１のパターンは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の均一な分布を含むことができる。代替的に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の、１つまたは複数の第１のパターンは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の不均一な分布を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４は、第１のパターンの一部分に配置される第１の超伝導金属、および第１のパターンの別の部分に配置される第２の超伝導金属を含むことができる。したがって、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の、第１のパターンは、第１のパターンの別の部分において、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の異なる組成と電気的に連続的であることができる。
【００２３】
当業者であれば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の厚さ（例えば、１つまたは複数の基板１０６からの延在部の高さ）は、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性があることが認識されよう。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の厚さは、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。同様に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の（例えば、図１に提示した例示の実装形態では、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４が１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に接する「Ｙ」軸に沿う）幅は、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性がある。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の幅は、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４は、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に（例えば、電気的に）結合することができる。
【００２４】
１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８のそれぞれは、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の各磁極に位置付けることができる。１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４に接続することができるか、またはグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００によって容易にされる対象キュービットの周波数で振動することができるか、あるいはその両方である。図１は、長方形形状を有する１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８を示しているが、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８のアーキテクチャは、そのように限定されない。当業者であれば、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８は、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能性に応じて様々な形状を有することができることを認識されよう。１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８が含むことができる例示的な材料としては、アルミニウム、ニオブ、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト、ニオブ酸ニオブチタン、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００２５】
１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、１つまたは複数の基板１０６上に、１つまたは複数の第２のパターンで配置することができる。例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、経路形状（例えば、図１に示す通り）に配置することができ、経路は真っ直ぐ延びることができる（例えば、図１に示す通り）、折曲部を含むことができる、または湾曲部を含むことができる、あるいはその組合せであり得る。１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０が含むことができる例示的な材料としては、アルミニウム、ニオブ、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト、ニオブチタンニオバイト（niobium titanium niobite）、第一種超伝導材料、第二種超伝導材料、それらの合金、それらの化合物、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４と、同一の材料を含むことができるか、または同一もしくは実質的に同一の組成によって特性付けることができるか、あるいはその両方である。代替的に、１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４とは、異なる材料を含むことができるか、または異なる組成によって特性付けることができるか、あるいはその両方である。
【００２６】
さらには、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の、１つまたは複数の第２のパターンは、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の均一な分布を含むことができる。代替的に、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の、１つまたは複数の第２のパターンは、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の不均一な分布を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、第２のパターンの一部分に配置される第１の超伝導金属、および第２のパターンの別の部分に配置される第２の超伝導金属を含むことができる。したがって、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の、第２のパターンは、第２のパターンの別の部分において、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の異なる組成と電気的に連続的であることができる。
【００２７】
当業者であれば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の厚さ（例えば、１つまたは複数の基板１０６からの延在部の高さ）は、１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性があることが認識されよう。例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の厚さは、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。同様に、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の（例えば、図１に提示した例示の実装形態では、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０が１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に接する「Ｙ」軸に沿う）幅は、１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性がある。例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の幅は、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０は、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に（例えば、電気的に）結合することができる。
【００２８】
１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１０８のそれぞれは、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の各磁極に位置付けることができる。したがって、図１に示されるグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、本明細書で説明されるグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な特徴の二極の実装形態であることができる。１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２は、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０に接続することができるか、またはグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００によって容易にされる対象キュービットの周波数で振動することができるか、あるいはその両方である。図１は、長方形形状を有する１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２を示しているが、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２のアーキテクチャは、そのように限定されない。当業者であれば、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２は、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能性に応じて様々な形状を有することができることを認識されよう。１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２が含むことができる例示的な材料としては、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト、ニオブ酸ニオブチタン、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００２９】
１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４と１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０とが重なり合う１つまたは複数の位置に配置することができる。換言すると、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第２のパターン（例えば、第２の超伝導材料１１０の経路）が１つまたは複数の第１のパターン（例えば、第１の超伝導材料１０４のリング）の上を延びている、１つまたは複数の位置に配置することができる。図１に示すように、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、図１の破線「Ｘ」によって示すことができる。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、超伝導体−絶縁体−超伝導体（「ＳＩＳ」）のジョセフソン接合１０２であることができる。例えば、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４と、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０との間に薄い絶縁バリアを含むことができる。薄い絶縁バリアは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４と、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０とを弱く接続して、ジョセフソン効果によるトンネリングを容易にすることができる。さらには、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、バイクリスタル粒界接合またはバイエピタキシャル粒界接合、ステップエッジ接合、ビア接合（via junction）、結晶接合などであり得る。
【００３０】
１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の１つまたは複数の第１のパターン（例えば、リング）と、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の１つまたは複数の第２のパターン（例えば、経路）とを接続して、複数の磁束（例えば、図１において、「Φｅｘｔ１」によって示される第１の磁束、または「Φｅｘｔ２」によって示される第２の磁束あるいはその両方）を容易にできる複数のループを作成することができる。例えば、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分が個々のジョセフソン接合１０２の第１の層を含むことができる、１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の第２の部分が個々のジョセフソン接合１０２の第２の層を含むことができる、または第１の部分と第２の部分との間に配置される薄い絶縁バリアが個々のジョセフソン接合１０２の第３の層を含むことができる、あるいはその組合せである。図１に示すように第２のパターン（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を含む）は、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２から第１のパターン（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を含む）を横切って延びることができる。加えて、ジョセフソン接合１０２は、第１のパターンと第２のパターンとが重なり合う（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０が１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４と交差する）、１つまたは複数の位置に配置することができる。１つまたは複数の実施形態では、超伝導材料のそれぞれのパターン（例えば、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターン、または１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターン、あるいはその両方）は、互いに横切るように延びて、個々のキャパシタ・パッド（例えば、個々の第１のキャパシタ・パッド１０８または個々の第２のキャパシタ・パッド１１２あるいはその両方）に動作可能に接続することができる。二極のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００が図１で示されているが、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤのアーキテクチャは、そのように限定されない。
【００３１】
図２は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、四極の極の実装形態を有するグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００を上から見下ろした図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。図２に示すように、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、複数の第１のキャパシタ・パッド１０８または複数の第２のキャパシタ・パッド１１２あるいはその両方を含むことができる。例えば、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、合計で４つのキャパシタ・パッドまたは４つの各磁極あるいはその両方として、２つの第１のキャパシタ・パッド１０８または２つの第２のキャパシタ・パッド１１２あるいはその両方を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターン（例えば、リング）は、２つの個々の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に（例えば、電気的に）接続することができる（例えば、図２に示す通り）。同様に、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターン（例えば、経路）は、２つの個々の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に（例えば電気的に）接続することができる。
【００３２】
図１および図２は、２つの磁束を容易にする１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００を示しているが、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のアーキテクチャは、そのように限定されない。同様に、図１および図２は、超伝導材料の２つのパターン（例えば、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターン、または１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターンあるいはその両方）を含む１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００を示しているが、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のアーキテクチャは、そのように限定されない。
【００３３】
図３は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、多極の極の実装形態を有するグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００を上から見下ろした図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。図３に示すように、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、４つ以上の磁束を容易にするために、超伝導材料の３つ以上のパターンを含むことができる。
【００３４】
例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４（例えば、図３の例示的な実施形態では円形のリング状にパターン化される）は、複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に接続する（例えば、図３の例示的な実施形態では４つの第１のキャパシタ・パッド１０８に接続される）ことができ、それぞれ個々の第１のキャパシタ・パッド１０８は各磁極に位置付けることができる。加えて、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０（例えば、図３の例示的な実施形態では真っ直ぐな経路にパターン化される）は、複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に接続する（例えば、図３の例示的な実施形態では２つの第２のキャパシタ・パッド１１２に接続される）ことができ、それぞれ個々の第２のキャパシタ・パッド１１２は各磁極に位置付けることができる。その上、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２などの１つまたは複数の追加的な超伝導材料を含むことができる。
【００３５】
例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、１つまたは複数の基板１０６上に、１つまたは複数の第３のパターンで配置することができる。例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、経路形態（例えば、図３に示す通り）に配置することができ、経路は真っ直ぐ延びることができる（例えば、図３に示す通り）、折曲部を含むことができる、または湾曲部を含むことができる、あるいはその組合せであり得る。１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２が含むことができる例示的な材料としては、アルミニウム、ニオブ、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト、ニオブ酸ニオブチタン、それらの合金、それらの化合物、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４または１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０あるいはその両方と、同一の材料を含むことができるか、または同一もしくは実質的に同一の組成によって特性付けることができるか、あるいはその両方である。代替的に、１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４または１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０あるいはその両方とは異なる材料を含むことができるか、または異なる組成によって特性付けることができるか、あるいはその両方である。
【００３６】
さらには、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の、１つまたは複数の第３のパターンは、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の均一な分布を含むことができる。代替的に、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の、１つまたは複数の第３のパターンは、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の不均一な分布を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、第３のパターンの一部分に配置される第１の超伝導金属、および第３のパターンの別の部分に配置される第２の超伝導金属を含むことができる。したがって、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の、第３のパターンは、第３のパターンの別の部分において、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の異なる組成と電気的に連続的であることができる。
【００３７】
当業者であれば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の厚さ（例えば、１つまたは複数の基板１０６からの延在部の高さ）は、１つもしくは複数の第３の超伝導材料３０２の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性があることが認識されよう。例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の厚さは、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。同様に、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の（例えば、図３に提示した例示の実装形態では、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２が１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４に接する「Ｙ」軸に沿う）幅は、１つもしくは複数の第３の超伝導材料３０２の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性がある。例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の幅は、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は、１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４に動作可能に（例えば、電気的に）結合することができる。
【００３８】
１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４のそれぞれは、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の各磁極に位置付けることができる。したがって、図３に示されるグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００は、本明細書で説明されるグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な特徴の多極の実装形態であることができる。１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４は、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２に接続することができるか、またはグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００によって容易にされる対象キュービットの周波数で振動することができるか、あるいはその両方である。図３は、長方形形状を有する１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４を示しているが、１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４のアーキテクチャは、そのように限定されない。当業者であれば、１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４は、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能性に応じて様々な形状を有することができることを認識されよう。１つまたは複数の第３のキャパシタ・パッド３０４が含むことができる例示的な材料としては、アルミニウム、ニオブ、チタン、レニウム、インジウム、タングステン、チタンニオバイト、ニオブ酸ニオブチタン、それらの組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００３９】
図３に示すように、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、超伝導材料のうちの１パターンが、超伝導材料の別のパターンと重なり合う場所、または超伝導材料の別のパターンと交差する場所、あるいはその両方の場所に配置することができる。例えば、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンが、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の第３のパターンを交差する場所に配置することができる。例えば、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンと１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の第３のパターンとを、本明細書で説明されるように、ちょうど１つまたは複数のジョセフソン接合１０２が１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンと１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターンとを接続することができるように接続することができる。したがって、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の第３のパターンは、第３のパターンに接続された１つまたは複数のジョセフソン接合１０２と共に、グラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００内で超伝導材料の１つまたは複数のループを作成することができ、これによってさらなる磁束の発生を容易にすることができる（例えば、図３の例示的な実施形態では４つの磁束が発生し、磁束はそれぞれ「Φｅｘｔ１」、「Φｅｘｔ２」、「Φｅｘｔ３」、「Φｅｘｔ４」として示される）。
【００４０】
図３に示すように、超伝導材料のそれぞれのパターンは、互いに重なり合うことができる、互いに交差することができる、または互いに織り交ざることができる、あるいはその組合せである。加えて、超伝導材料のそれぞれのパターンは、それぞれのキャパシタ・パッドから延びることができる、またはそれぞれのキャパシタ・パッド同士の間で延びることができる、あるいはその両方である。
【００４１】
図４Ａは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図４Ａは図１の例示的な実施形態の製造の第１の段階を示することができる。
【００４２】
製造の第１の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分を、１つまたは複数の基板１０６上に堆積することができる。製造の第１の段階の間、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分を堆積することは、第１のパターンを部分的に形成することができる（例えば、リングのパターンを部分的に形成することができる）。加えて、製造の第１の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分を堆積することは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に結合することができる。図４Ａに示すように、製造の第１の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分を、１つまたは複数の基板１０６上で、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２の所望の場所を除く第１のパターンの所望の場所に堆積することができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンにおいて、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２を配置することができる隙間を作ることができる。
【００４３】
製造の第１の段階の間の、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分の堆積は、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、分子線エピタキシ（「ＭＢＥ」）成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。当業者であれば、利用される堆積技法のタイプは、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分の組成または第１のパターンの設計あるいはその両方に応じて変化する可能性があることを認識されよう。加えて、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００４４】
図４Ｂは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の別の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図４Ｂは図２の例示的な実施形態の製造の第１の段階を示すことができる。図４Ａに関して本明細書で説明される製造の第１の段階の特徴はまた、図４Ｂに示される製造の第１の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第１の段階においても実装することができる。
【００４５】
図４Ｃは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第１の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のさらなる図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図４Ｃは図３の例示的な実施形態の製造の第１の段階を示ことができる。図４Ａに関して本明細書で説明される製造の第１の段階の特徴はまた、図４Ｃに示される製造の第１の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第１の段階においても実装することができる。
【００４６】
加えて、図４Ｃで開示されるように、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第１の部分を、製造の第１の段階の間に堆積して第２のパターンを部分的に画定することができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分は、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第１の部分と同一の組成を有することができ、それにより製造の第４の段階の間の共通の堆積を容易にしている。したがって、第２のパターンの少なくとも一部分（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を含む）を、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分と共に堆積することができる。
【００４７】
図５Ａは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図５Ａは図１の例示的な実施形態の製造の第２の段階を示すことができる。
【００４８】
製造の第２の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分を、１つまたは複数の基板１０６上に堆積することができる。製造の第２の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分を堆積することは、第１のパターンを完成することができる（例えば、リングのパターン）。図５Ａに示すように、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分の堆積の場所は、破線四角によって示すことができる。１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を１つまたは複数の超伝導材料の他のパターン（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターン）に接続する個々のジョセフソン接合１０２であり得る個々の場所に堆積することができる。加えて、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分の組成は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の部分の組成と同一、または異なることができる。１つまたは複数の実施形態では、第１の超伝導材料１０４の第２の部分は、アルミニウムなどの酸化の対象となり得る超伝導金属であることができる。
【００４９】
製造の第２の段階の間の、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分の堆積は、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。当業者であれば、利用される堆積技法のタイプは、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分の組成または第１のパターンの設計あるいはその両方に応じて変化する可能性があることを認識されよう。加えて、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００５０】
図５Ｂは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の別の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図５Ｂは図２の例示的な実施形態の製造の第２の段階を示すことができる。図５Ａに関して本明細書で説明される製造の第２の段階の特徴はまた、図５Ｂに示す製造の第２の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第２の段階においても実装することができる。
【００５１】
図５Ｃは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第２の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のさらなる図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図５Ｃは図３の例示的な実施形態の製造の第２の段階を示すことができる。図５Ａに関して本明細書で説明される製造の第２の段階の特徴はまた、図５Ｃに示される製造の第２の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第２の段階においても実装することができる。
【００５２】
加えて、図５Ｃは製造の第２の段階の間に、超伝導材料の他のパターンの１つまたは複数の部分をさらに堆積することができることを示している。また、図５Ｃで示されるように、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分（例えば、図５Ｃでは破線によって画定される）を、製造の第２の段階の間に堆積して第１のパターンをさらに画定することができる。製造の第２の段階の間に堆積されるパターン部分は、同一の材料を含むことができる。例えば、図５Ｃに示すように、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２を、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分と共に製造の第２の段階の間に堆積することができ、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分および１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２は同一の組成を有することができる。例えば、第１のパターンの第２の部分を含む１つもしくは複数の第３の超伝導材料３０２または１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４あるいはその両方は、アルミニウムなどの酸化の対象となり得る超伝導金属であることができる。
【００５３】
図６Ａは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図６Ａは図１の例示的な実施形態の製造の第２の段階を示すことができる。
【００５４】
製造の第３の段階の間に、１つまたは複数の絶縁材料６０２を形成することができる。１つまたは複数の絶縁材料６０２は、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２内に含まれる１つまたは複数の薄い絶縁バリアとして機能することができる。例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２は、ジョセフソン接合１０２の将来的な場所に形成することができる。
【００５５】
１つまたは複数の実施形態では、１つまたは複数の絶縁材料６０２は製造の第２の段階の間に堆積された超伝導材料を酸化することにより形成することができる。例えば、図６Ａに示すように、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第２の部分を酸化して、１つまたは複数の絶縁材料６０２を形成することができる。例えば、第１の超伝導材料１０４の第２の部分は、アルミニウムであることができ、アルミニウムは製造の第３の段階の間に酸化されてアルミニウム酸化物の１つまたは複数の絶縁材料６０２を形成することができる。
【００５６】
様々な実施形態において、１つまたは複数の絶縁材料６０２は、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンの１つまたは複数のセクションなど、超伝導材料の上面（例えば、１つまたは複数の基板１０６から離れた表面）に形成することができる。当業者であれば、１つまたは複数の絶縁材料６０２の厚さ（例えば、超伝導材料の上面からの延在部の高さ）は、１つもしくは複数の絶縁材料６０２の組成、または１つもしくは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の機能、あるいはその両方に応じて変わる可能性があることが認識されよう。例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２の厚さは、例示的に０．５ミクロン以上であり、かつ１０００ミクロン以下であることができる。
【００５７】
図６Ｂは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の別の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図６Ｂは図２の例示的な実施形態の製造の第３の段階を示すことができる。図６Ａに関して本明細書で説明される製造の第３の段階の特徴はまた、図６Ｂに示される製造の第３の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第３の段階においても実装することができる。
【００５８】
図６Ｃは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第３の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のさらなる図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図６Ｃは図３の例示的な実施形態の製造の第３の段階を示すことができる。図６Ａに関して本明細書で説明される製造の第３の段階の特徴はまた、図６Ｃに示される製造の第３の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第３の段階においても実装することができる。
【００５９】
加えて、図６Ｃは、製造の第３の段階の間に、超伝導材料の一部を１つまたは複数の絶縁材料６０２の形成のためにアイソレートすることができることを示している。例えば、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の第３のパターンは、均一または実質的に均一な組成を有することができ、１つまたは複数の第３の超伝導材料３０２の一部のセクションは１つまたは複数の絶縁材料６０２（例えば、酸化されて）の形成を容易にすることができる一方で、他のセクションは製造の第３の段階の間に、改変されないままであることができる。例えば、製造の第３の段階の間に、１つまたは複数のマスキング層を使用して１つまたは複数の絶縁材料６０２の形成に導くことができる。代替的に、様々な実施形態において、１つまたは複数の絶縁材料６０２は、特定の場所への形成に導くことなく、任意の適切な超伝導材料上に形成することができる（例えば、第３のパターン全体を酸化することができ、それにより１つまたは複数の絶縁材料６０２として機能するように酸化された上部層を形成する）。
【００６０】
図７Ａは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図７Ａは図１の例示的な実施形態の製造の第４の段階を示すことができる。
【００６１】
製造の第４の段階は、追加的な超伝導材料を堆積することを含み、１つもしくは複数の超伝導材料の追加的なパターンを形成することと、１つもしくは複数の超伝導材料の部分的に既存のパターンを完成させることと、または１つもしくは複数のジョセフソン接合１０２を形成すること、あるいはその組合せを行うことができる。例えば、図７Ａに示すように、製造の第４の段階の間に、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２のパターンを形成することができるように、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を１つもしくは複数の絶縁材料６０２上または１つもしくは複数の基板１０６上に堆積することができる。図７Ａに示すように、製造の第４の段階の間の超伝導材料の堆積は、第２のパターンを形成することができ、第２のパターンは、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２から第１のパターン（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を含む）および１つまたは複数の絶縁材料６０２を横切って延びることができ、それにより１つもしくは複数のジョセフソン接合１０２、または超伝導材料の２つのループ、あるいはその両方を形成する。
【００６２】
製造の第４の段階の間の、追加的な超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０）の堆積は、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。当業者であれば、利用される堆積技法のタイプは、追加的な超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０）の組成または第１のパターンの設計あるいはその両方に応じて変化する可能性があることを認識されよう。加えて、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それらに限定されない。
【００６３】
図７Ｂは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の別の図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図７Ｂは図２の例示的な実施形態の製造の第４の段階を示すことができる。図７Ａに関して本明細書で説明される製造の第４の段階の特徴はまた、図７Ｂに示される製造の第４の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第４の段階においても実装することができる。
【００６４】
図７Ｃは、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、製造の第４の段階の間の、例示の、非限定的なグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００のさらなる図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。例えば、図７Ｃは図３の例示的な実施形態の製造の第４の段階を示すことができる。図７Ａに関して本明細書で説明される製造の第４の段階の特徴はまた、図７Ｃに示される製造の第４の段階など、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の様々な実施形態の任意の製造の第４の段階においても実装することができる。
【００６５】
加えて、図７Ｃに示すように、製造の第４の段階の間に、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１のパターンの第３の部分（例えば、図７Ｃでは破線で画定される）を堆積して、第１のパターンを完成させること、または１つもしくは複数のジョセフソン接合１０２を形成すること、あるいはその両方が可能である。さらには、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２の部分を堆積して、先に堆積した１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第１の部分に接続することができる。製造の第４の段階の間に堆積されるパターン部分は、同一の材料を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第３の部分は、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の第２の部分と同一の組成を有することができ、それにより製造の第４の段階の間の共通の堆積を容易にしている。したがって、製造の第４の段階は、第１のパターン（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を含む）または第２のパターン（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を含む）あるいはその両方などの、超伝導材料の１つまたは複数の部分的に確立されたパターンを完成させることができる。その上、製造の第４の段階の間の堆積は、１つもしくは複数のジョセフソン接合１０２、または超伝導材料の複数のループ、あるいはその両方を作成することができる。
【００６６】
したがって、図４Ａ〜図７Ｃに関して説明した製造段階は、超伝導材料の複数の電気的に連続的なパターンを実現することができる。例えば、１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の電気的に連続的なパターンを形成することができる、１つもしくは複数の第２の超伝導材料１１０の第２の電気的に連続的なパターンを形成することができる、または１つもしくは複数の第３の超伝導材料３０２の第３の電気的に連続的なパターンを形成することができる、あるいはその組合せである。加えて、個々のパターンは超伝導材料の不均一な分布を含むことができる。例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の第１の電気的に連続的なパターンは、第１のパターンの第１の部分において１つもしくは複数の第１の超伝導材料１０４の超伝導材料、第１のパターンの第２の部分において１つもしくは複数の超伝導材料１０４の別の超伝導材料、または第１のパターンの第３の部分において１つもしくは複数の超伝導材料１０４のさらに別の超伝導材料、あるいはその組合せ、を含むことができる。その上、当業者であれば、図４Ａ〜図７Ｃに示した３つに加えて、超伝導材料のさらなるパターンも想定されることが認識されよう。
【００６７】
図８は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の製造を容易にすることができる方法８００のフロー図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。
【００６８】
８０２において、方法８００は、１つまたは複数の基板１０６（例えば、図４Ａ〜図５Ｃに例示的に示される製造の第１の段階または第２の段階あるいはその両方に関して本明細書で説明されるように）上に１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を堆積することを含むことができる。８０２において堆積することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。８０２において堆積することは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の１つまたは複数の第１のパターンを形成することができる。例えば、１つまたは複数の第１のパターンは、本明細書で様々な実施形態において説明されるようなリング形成であることができる。加えて、８０２において堆積することは、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４を、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。さらには、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００６９】
８０４において、方法８００は、１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）を、１つまたは複数の基板１０６（例えば、図６Ａ〜図６Ｃに例示的に示される製造の第３の段階に関して本明細書で説明されるように）の反対側であり得る１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の表面上に形成することを含むことができる。例えば、表面は１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４の上面であり得る。１つまたは複数の実施形態では、８０４において形成することは、１つまたは複数の基板１０６上に先に堆積した（例えば、８０２において）１つまたは複数の第１の超伝導材料を酸化することを含むことができる。
【００７０】
８０６において、方法８００は、１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）上に１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を堆積し、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２を形成することを含むことができる（例えば、図７Ａ〜図７Ｃに例示的に示される製造の第４の段階に関して本明細書で説明されるように）。８０６において堆積することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。８０６において堆積することは、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０の１つまたは複数の第２のパターンを形成することができる。加えて、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。例えば、１つまたは複数の第２のパターンは、本明細書で様々な実施形態において説明されるような経路形成であることができる。加えて、８０６において堆積することは、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０を、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。１つまたは複数の実施形態では、８０６において堆積することは、１つまたは複数の基板１０６上に配置された超伝導材料の１つまたは複数の部分的に完成されたパターンをさらに完成させることができる。
【００７１】
図９は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の製造を容易にすることができる方法９００のフロー図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。
【００７２】
９０２において、方法９００は、１つまたは複数の基板１０６（例えば、図４Ａ〜図５Ｃに例示的に示される製造の第１の段階または第２の段階あるいはその両方に関して本明細書で説明されるように）に、超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４）の第１のパターン（例えば、リング形成）を形成することを含むことができる。９０２において形成することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。さらには、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。加えて、９０２において形成することは１つまたは複数の超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４）を、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。９０２において形成された第１のパターンは、超伝導材料の完成されたパターンまたは超伝導材料の部分的なパターンであり得る。
【００７３】
９０４において、方法９００は、超伝導材料の第１のパターンが１つまたは複数の基板１０６から１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）を分離することができるように（例えば、図６Ａ〜図６Ｃに例示的に示される製造の第３の段階に関して本明細書で説明されるように）、１つまたは複数の超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４）の第１のパターンに隣接した１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）を形成することを含むことができる。例えば、１つまたは複数の絶縁バリアを１つまたは複数の超伝導材料の上面に形成することができる。１つまたは複数の実施形態では、９０４において形成することは、１つまたは複数の超伝導材料の１つまたは複数の部分を酸化することを含むことができる。
【００７４】
９０６において、方法９００は、１つまたは複数の絶縁バリアを横切る超伝導材料の１つまたは複数の第２のパターンを形成し、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２を形成することを含むことができる（例えば、図７Ａ〜図７Ｃに例示的に示される製造の第４の段階に関して本明細書で説明されるように）。９０６において形成することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。さらには、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。加えて、９０６において形成することは１つまたは複数の超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０）を、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。１つまたは複数の実施形態では、９０６において形成することは、１つまたは複数の基板１０６上に配置された超伝導材料の１つまたは複数の部分的に完成されたパターンをさらに完成させることができる。
【００７５】
図１０は、本明細書において説明される１つまたは複数の実施形態による、例示の、非限定的な、１つまたは複数のグラジオメトリックＳＱＵＩＤ１００の製造を容易にすることができる方法１０００のフロー図を示している。本明細書において説明される他の実施形態において採用される類似の要素の繰り返しの説明は簡略化のために省略する。
【００７６】
１００２において、方法１０００は、１つまたは複数の基板１０６（例えば、図４Ａ〜図４Ｃに例示的に示される第１の段階に関して本明細書で説明されるように）上に、超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４）の第１のパターン（例えば、リング形成）の第１の部分を形成することを含むことができる。１００２において形成することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。さらには、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。加えて、１００２において形成することは１つまたは複数の超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第１の超伝導材料１０４）を、１つまたは複数の第１のキャパシタ・パッド１０８に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。
【００７７】
１００４において、方法１０００は、１つまたは複数の基板１０６上に第１のパターンの第２の部分を形成して第１のパターンの第１の部分に接続されることを含むことができる（例えば、図５Ａ〜図５Ｃに例示的に示される第１の段階に関して本明細書で説明されるように）。例えば、第１のパターンの第１の部分を含む超伝導材料は、第１のパターンの第２の部分を含む超伝導材料とは異なる組成を有することができる。１００４において形成することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。加えて、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。
【００７８】
１００６において、方法１０００は、超伝導材料の第１のパターンが１つまたは複数の基板１０６から１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）を分離することができるように（例えば、図６Ａ〜図６Ｃに例示的に示される製造の第３の段階に関して本明細書で説明されるように）、第２の部分に隣接した１つまたは複数の絶縁バリア（例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２）を形成することを含むことができる。例えば、１つまたは複数の絶縁バリアを、第１のパターンの第２の部分を含む１つまたは複数の超伝導材料の上面に形成することができる。１つまたは複数の実施形態では、１００６において形成することは、１つまたは複数の超伝導材料の第１のパターンの第２の部分を酸化することを含むことができる。
【００７９】
１００８において、方法１０００は、１つまたは複数の絶縁バリアを横切る超伝導材料の１つまたは複数の第２のパターンを形成し、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２を形成することを含むことができる（例えば、図７Ａ〜図７Ｃに例示的に示される製造の第４の段階に関して本明細書で説明されるように）。１００６において形成することは、１つまたは複数の堆積技法によって容易にすることができ、堆積技法としては蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、電子ビーム・スパッタリング、イオン・スパッタリング、プラズマ・スパッタリング、パルスレーザ・スパッタリング、ＭＢＥ成長、エピタキシャル成長、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。さらには、堆積は、１つまたは複数のリソグラフィ処理によって容易にすることができ、リソグラフィ処理としては電子ビーム・リソグラフィ、光学リソグラフィ、深紫外線リソグラフィ、直接レーザ・リソグラフィ、その組合せなどを挙げることができるが、それに限定されない。加えて、１００６において形成することは１つまたは複数の超伝導材料（例えば、１つまたは複数の第２の超伝導材料１１０）を、１つまたは複数の第２のキャパシタ・パッド１１２に動作可能に（電気的に）結合することを容易にすることができる。１つまたは複数の実施形態では、１００８において形成することは、１つまたは複数の基板１０６上に配置された超伝導材料の１つまたは複数の部分的に完成されたパターンをさらに完成させることができる。
【００８０】
当業者であれば、図４Ａ〜図７Ｃに関して本明細書で説明される製造の段階の様々な特徴または実施形態あるいはその両方が、本明細書で説明される方法（例えば、方法８００、方法９００、または方法１０００あるいはその組合せ）の様々な特徴または実施形態あるいはその両方を容易にすることができることを認識されよう。さらには、本明細書で説明される様々な方法は、本明細書で説明される多くの実施形態の任意のまたはすべてのあるいはその両方の製造を容易にすることができる。
【００８１】
加えて、用語「または（or）」は、排他的「or」ではなく包括的「or」を意味することを意図されている。すなわち、特に明記しない限り、またはコンテキストから明らかではない限り、「Ｘは、ＡまたはＢを採用する」とは、自然包括的並べ替えのうちの任意のものを意味することを意図されている。すなわち、ＸがＡを採用する、ＸがＢを採用する、またはＸがＡおよびＢを両方採用する場合、「ＸがＡまたはＢを採用する」が前述の事例の任意のものの下で満足される。さらには、本主題の明細書および添付される図面内で使用される場合、冠詞「１つの（a）」および「１つの（an）」は、単数形を対象とするよう特に明記しない限り、またはコンテキストから明らかではない限り、一般的に「１つまたは複数の」を意味するものと解釈されるべきである。本明細書において使用される場合、用語「例（example）」または「例示の（exemplary）」あるいはその両方は、例、事例、または図示として機能することを意味するよう利用される。疑念の回避のため、本明細書において開示される主題はそのような例によって限定されない。加えて、本明細書において「例」または「例示の」あるいはその両方として説明されるあらゆる態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも、好ましいまたは有利であるとして解釈される必要はなく、また当業者に既知の等価な例示の構造および技法を排除することも意図されていない。
【００８２】
もちろん、本開示を説明することを目的として、コンポーネント、製品または方法あるいはその組合せのすべての考えられる組合せを説明することは不可能だが、当業者であれば本開示の多くのさらなる組合せおよび並べ替えが可能であることを理解されよう。さらには、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（includes）」、「有する（has）」、「所有する（possesses）」などが使用される範囲では、そのような用語は、請求項の移行句として採用される場合に「を備える（comprising）」が解釈される際の用語「を備える（comprising）」と類似するやり方で、包括的であることを意図されている。例示を目的として様々な実施形態の説明を提示してきたが、網羅的であること、または開示された実施形態に限定することは意図されていない。説明された実施形態の範囲および思想から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が当業者にとって明らかとなろう。本明細書において使用される用語法は、実施形態の原理、実践的な用途もしくは市場で見られる技術に対する技術的な改善を最良に説明するため、または当業者の他の者が本明細書において開示される実施形態を理解できるように選ばれたものである。
【図１】
2021536666.tif 000003
【図２】
2021536666.tif 000004
【図３】
2021536666.tif 000005
【図４Ａ】
2021536666.tif 000006
【図４Ｂ】
2021536666.tif 000007
【図４Ｃ】
2021536666.tif 000008
【図５Ａ】
2021536666.tif 000009
【図５Ｂ】
2021536666.tif 000010
【図５Ｃ】
2021536666.tif 000011
【図６Ａ】
2021536666.tif 000012
【図６Ｂ】
2021536666.tif 000013
【図６Ｃ】
2021536666.tif 000014
【図７Ａ】
2021536666.tif 000015
【図７Ｂ】
2021536666.tif 000016
【図７Ｃ】
2021536666.tif 000017
【図８】
2021536666.tif 000018
【図９】
2021536666.tif 000019
【図１０】
2021536666.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和3年7月2日(2021.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配置される第１の超伝導材料の第１のパターンと、
ある位置で前記第１の超伝導材料の第１のパターンを横切って延びる第２の超伝導材料の第２のパターンと、
前記位置に配置され、前記第１超伝導材料の第１のパターンと前記第２超伝導材料の第２のパターンとを接続する絶縁バリアを含むジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項２】
前記超伝導材料の第１のパターンが、第１のキャパシタ・パッドに動作可能に結合され、前記超伝導材料の第２のパターンが前記超伝導材料の第１のパターンを横切って延び、第２のキャパシタ・パッドに動作可能に結合する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ジョセフソン接合は、超伝導体−絶縁体−超伝導体接合を含み、前記ジョセフソン接合は、前記第１の超伝導材料の第１のパターン内に含まれる第１の超伝導体金属、および前記第２の超伝導材料の第２のパターン内に含まれる第２の超伝導体金属を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の超伝導体金属が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択され、前記第２の超伝導体金属が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択され、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の超伝導材料の第１のパターンを横切って延びる超伝導材料の第３のパターンと、
前記超伝導材料の第３のパターンと前記第１の超伝導材料の第１のパターンとを接続する第２の絶縁バリアを含む第２のジョセフソン接合と
をさらに備える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
超伝導体材料のリングと、
前記超伝導体材料のリングを横切って配置される超伝導体材料の経路と、
前記超伝導体材料のリングと前記超伝導体材料の経路とを接続する絶縁バリアを含むジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項７】
前記ジョセフソン接合が、前記超伝導体材料の経路が前記超伝導体材料のリングと交差する位置に配置され、超伝導体−絶縁体−超伝導体接合を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記超伝導体材料のリングおよび前記超伝導体材料の経路が半導体基板上に配置され、前記超伝導体材料のリングが第１のキャパシタ・パッドに動作可能に結合され、前記超伝導体材料の経路が前記超伝導体材料のリングと交差して第２のキャパシタ・パッドに動作可能に接続する、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記超伝導体材料のリングが第一種超伝導材料および第二種第二種超伝導材料から成る第１の群から選択される材料を含み、前記超伝導体材料の経路が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択される別の材料を含み、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
基板に配置される第１の超伝導路と、
ある位置で前記第１の超伝導路と交差する第２の超伝導路と、
前記位置に配置され、前記第１の超伝導路の第１の超伝導体材料、前記第２の超伝導路の第２の超伝導体材料、および絶縁バリアを含む、ジョセフソン接合と
を備える、装置。
【請求項１１】
第２の位置で前記第１の超伝導路と交差する第３の超伝導路と、
前記第２の位置に配置される第２のジョセフソン接合であって、前記第２のジョセフソン接合が、前記第１の超伝導体材料、前記第３の超伝導路の第３の超伝導体材料、および第２の絶縁バリアを含む、前記第２のジョセフソン接合と
をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の超伝導路が第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択される第１の超伝導材料を含み、前記第２の超伝導路が前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第２の群から選択される第２の超伝導材料を含み、前記第３の超伝導路が、前記第一種超伝導材料および前記第二種超伝導材料から成る第３の群から選択される第３の超伝導材料を含み、前記絶縁バリアが低温において電気的に絶縁性の誘電体材料である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置がグラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスである、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
第１の超伝導材料の第１のパターンを基板上に堆積することと、
前記基板とは反対側の前記第１の超伝導材料の表面に絶縁バリアを形成することと、
前記絶縁バリアの上に第２の超伝導材料の第２のパターンを堆積して、ジョセフソン接合を形成することと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記第１の超伝導材料の第１のパターンが動作可能に結合する第１のキャパシタ・パッドを形成することと、
前記第２の超伝導材料の第２のパターンが前記第１の超伝導材料の第１のパターンを横切って延び、動作可能に結合する第２のキャパシタ・パッドを形成することと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のパターンはリング形状であり、前記第２のパターンは経路形状である、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の超伝導材料を堆積することが、前記基板上に、第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第１の群から選択される前記第１の超伝導材料を蒸着させることを含み、前記第２の超伝導材料を堆積することが、前記絶縁バリア上に、第一種超伝導材料および第二種超伝導材料から成る第２の群から選択される前記第２の超伝導材料を蒸着させることを含む、請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記絶縁バリアを前記形成することが、前記第１の超伝導材料の少なくとも一部を酸化することを含む、請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の超伝導材料がアルミニウムを含み、前記第２の超伝導材料がアルミニウムを含み、前記絶縁バリアがアルミニウム酸化物を含む、請求項１４ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１４ないし１９のいずれか１項に記載の方法を含み、前記ジョセフソン接合が、前記第１の超伝導材料と前記第２の超伝導材料とを含む、超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソン接合である、グラジオメトリック超伝導量子干渉デバイスの形成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
製造の第３の段階の間に、１つまたは複数の絶縁材料６０２を形成することができる。１つまたは複数の絶縁材料６０２は、低温において電気的に絶縁性の誘電体材料とすることができる。１つまたは複数の絶縁材料６０２は、１つまたは複数のジョセフソン接合１０２内に含まれる１つまたは複数の薄い絶縁バリアとして機能することができる。例えば、１つまたは複数の絶縁材料６０２は、ジョセフソン接合１０２の将来的な場所に形成することができる。
【国際調査報告】
2021536666.tif 000021
2021536666.tif 000022
2021536666.tif 000023