量子计算和量子精密测量的教学设备制造技术

本发明专利技术涉及一种量子计算和量子精密测量的教学设备。量子计算和量子精密测量教学设备包括激光脉冲发生模块、光路模块、量子传感器和信号采集模块。激光脉冲发生模块用于发出激光脉冲。光路模块沿激光脉冲的光路设置。光路模块包括用导杆连接的镜架。镜架上沿光路依次设置第一准直聚焦元件、量子传感器、第二准直聚焦元件、滤光元件以及光电探测器。量子传感器用于在磁场的作用下受到激光脉冲的激发产生荧光。信号采集模块与光电探测器连接，用于采集荧光对应的电信号。本发明专利技术让学生通过动手操作，完成量子算法和量子精密测磁的演示实验，从而掌握量子计算的基本原理。学生可以对原始实验数据进行处理，加深对量子计算和量子精密测量的理解。

Teaching Equipment for Quantum Computing and Quantum Precision Measurement

【技术实现步骤摘要】
量子计算和量子精密测量的教学设备
本专利技术涉及教学仪器
，特别是涉及一种量子计算和量子精密测量的教学设备。
技术介绍
量子计算机是一类遵循量子力学规律，进行逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算对于提升运算能力，解决目前经典计算机无法解决的复杂问题，有着巨大潜力。量子精密测量技术是指利用量子系统，量子性质或者量子现象对物理量进行测量的技术。近年来，作为量子科学技术的一个分支，量子计算和精密测量技术飞速发展。常用的量子计算及精密测量技术平台包括自旋比特，离子阱，超导比特等等。量子计算具有超快并行的特征，在密码破解、路径规划、人工智能算法等领域有着重大应用。量子精密测量具有灵敏度高、分辨率高、可溯源等一系列优点，除了对基本物理参数进行测量外，量子精密测量技术在材料、能源、军工、医疗等领域均有着重大应用。因量子计算和量子精密测量具备的技术优点和广泛的应用前景，科研机构使用的量子计算和量子精密测量装置，体积庞大，功能复杂，造价高昂，无法作为学校教学工具使用。而为了方便教学，现急需一套结构紧凑、操作简易的量子计算和量子精密测量的教学系统，使在校学生能够熟悉量子计算和量子精密测量的基本原理。
技术实现思路
基于此，为了方便实现对学生进行量子计算和量子精密测量的教学，本专利技术提供一种量子计算和量子精密测量的教学设备。本量子计算和量子精密测量的教学设备，包括：激光脉冲发生模块，用于发出激光脉冲；光路模块，沿所述激光脉冲的光路设置，所述光路模块包括用导杆连接的镜架，所述镜架上沿所述光路依次设置第一准直聚焦元件、量子传感器、第二准直聚焦元件、滤光元件以及光电探测器，所述量子传感器用于在磁场的作用下受到所述激光脉冲的激发产生荧光；以及信号采集模块，与所述光电探测器连接，用于采集所述荧光对应的电信号。在其中一个实施例中，所述量子传感器为含有NV色心的金刚石，所述激光脉冲发生模块发出波长为532nm的激光。在其中一个实施例中，所述量子精密测量的教学设备还包括总控系统，与所述信号采集模块通信连接，用于接收所述信号采集模块采集的电信号，并进行信号处理和显示。在其中一个实施例中，所述量子精密测量的教学设备还包括控制脉冲发生模块，与所述激光脉冲发生模块和所述总控系统连接，所述总控系统控制所述控制脉冲发生模块发出特定的控制脉冲信号，所述控制脉冲信号用于控制所述激光脉冲发生模块的激光脉冲。在其中一个实施例中，所述控制脉冲模块发出的特定的控制脉冲信号为TTL信号，所述激光脉冲发生模块包括接受TTL信号触发的脉冲激光器。在其中一个实施例中，所述量子精密测量的教学设备还包括第一微波发生器，与所述总控系统和所述量子传感器连接，所述总控系统控制所述第一微波发生器发出第一微波，所述第一微波传输到所述量子传感器。在其中一个实施例中，所述量子精密测量的教学设备还包括第一微波开关，连接于所述第一微波发生器和所述量子传感器之间，且与所述控制脉冲发生模块连接，用于根据所述控制脉冲发生模块的脉冲信号控制所述第一微波的通断。在其中一个实施例中，所述量子精密测量的教学设备还包括微波功率放大器，连接于所述第一微波开关与所述量子传感器之间，用于对接收到的所述第一微波进行功率放大后传输到所述量子传感器。在其中一个实施例中，所述光路模块还包括设置于所述镜架的微波辐射模块，与所述微波功率放大器连接，所述量子传感器设置于所述微波辐射模块，所述微波辐射模块用于将接收到的所述第一微波辐射到所述量子传感器中。在其中一个实施例中，所述微波辐射模块为双开口谐振环，所述量子传感器设置于所述双开口谐振环的中心。在其中一个实施例中，所述量子精密测量教学设备还包括电源模块，与所述激光脉冲发生模块、信号采集模块连接，用于提供电源。一种量子计算教学设备，包括上述实施例所述的量子精密测量教学设备以及第二微波发生器，所述第二微波发生器与所述总控系统和所述量子传感器连接，所述总控系统控制所述第二微波发生器发出第二微波。在其中一个实施例中，所述量子计算教学设备还包括第二微波开关，连接于所述第二微波发生器和所述量子传感器之间，且与所述控制脉冲发生模块连接，用于根据所述控制脉冲发生模块的脉冲信号控制所述第二微波的通断。在其中一个实施例中，所述量子计算教学设备，还包括微波功率放大器，连接于所述第二微波发生器与所述量子传感器之间，用于对接收到的所述第二微波进行功率放大后传输到所述量子传感器。在其中一个实施例中，所述光路模块还包括设置于所述镜架的微波辐射模块，与所述微波功率放大器连接，所述量子传感器设置于所述微波辐射模块，所述微波辐射模块用于将接收到的所述第一微波和所述第二微波辐射到所述量子传感器中。上述量子计算和量子精密测量的教学设备，通过采用导杆连接的镜架，形成笼式系统，再在所述镜架上安装各光学元件，使得光路结构更加稳定，无需使用隔震平台，同时可操作性更强，便于教学中对各元件的讲解，必要时甚至可以拆卸下来进行单独观察、讲解。同时仅使用所述第一准直聚焦元件、所述量子传感器、所述第二准直聚焦元件、所述滤光元件和所述光电探测器组成所述光路模块，结果简单，实现了将传统的用于科学研究的具有复杂结构和庞大体积的量子计算和量子精密测量系统小型化的目的，且结构紧凑，易于操作，更方便用于教学。附图说明图1为本申请一实施例提供的量子精密测量的教学系统的光路模块的结构示意图；图2为本申请一实施例提供的量子精密测量的教学设备的结构示意图；图3为本申请一实施例提供的微波辐射模块的结构示意图；图4为本申请一实施例提供的金刚石NV色心的四种晶向的晶体结构示意图；图5为本申请一实施例提供的量子计算教学设备的结构示意图；图6为本申请一实施例提供的量子计算过程中的脉冲序列；图7为本申请一实施例提供的量子计算的实验结果。附图标号说明：10量子精密测量教学设备100激光脉冲发生模块200光路模块210导杆220镜架230第一准直聚焦元件240量子传感器250第二准直聚焦元件260滤光元件270光电探测器280微波辐射模块300信号采集模块400总控系统500控制脉冲发生模块610第一微波发生器620第一微波开关630微波功率放大器700电源模块20量子计算和精密测量教学设备21第二微波发生器22第二微波开关具体实施方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请一并参见图1和图2。本申请一实施例提供一种量子精密测量教学设备10，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子精密测量的教学设备，其特征在于，包括：激光脉冲发生模块(100)，用于发出激光脉冲；光路模块(200)，沿所述激光脉冲的光路设置，所述光路模块(200)包括用导杆(210)连接的镜架(220)，所述镜架(220)上沿所述光路依次设置第一准直聚焦元件(230)、量子传感器(240)、第二准直聚焦元件(250)、滤光元件(260)以及光电探测器(270)，所述量子传感器(240)用于在磁场的作用下受到所述激光脉冲的激发产生荧光；以及信号采集模块(300)，与所述光电探测器(270)连接，用于采集所述荧光对应的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种量子精密测量的教学设备，其特征在于，包括：激光脉冲发生模块(100)，用于发出激光脉冲；光路模块(200)，沿所述激光脉冲的光路设置，所述光路模块(200)包括用导杆(210)连接的镜架(220)，所述镜架(220)上沿所述光路依次设置第一准直聚焦元件(230)、量子传感器(240)、第二准直聚焦元件(250)、滤光元件(260)以及光电探测器(270)，所述量子传感器(240)用于在磁场的作用下受到所述激光脉冲的激发产生荧光；以及信号采集模块(300)，与所述光电探测器(270)连接，用于采集所述荧光对应的电信号。2.根据权利要求1所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，所述量子传感器(240)为含有NV色心的金刚石，所述激光脉冲发生模块(100)发出波长为532nm的激光。3.根据权利要求2所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，还包括总控系统(400)，与所述信号采集模块(300)通信连接，用于接收所述信号采集模块(300)采集的电信号，并进行信号处理和显示。4.根据权利要求3所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，还包括控制脉冲发生模块(500)，与所述激光脉冲发生模块(100)和所述总控系统(400)连接，所述总控系统(400)控制所述控制脉冲发生模块(500)发出特定的控制脉冲信号，所述控制脉冲信号用于控制所述激光脉冲发生模块(100)的激光脉冲。5.根据权利要求4所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，所述控制脉冲模块(500)发出的特定的控制脉冲信号为TTL信号，所述激光脉冲发生模块(100)包括接受TTL信号触发的脉冲激光器。6.根据权利要求4所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，还包括第一微波发生器(610)，分别与所述总控系统(400)和所述量子传感器(240)连接，所述总控系统(400)控制所述第一微波发生器(610)发出第一微波，所述第一微波传输到所述量子传感器(240)。7.根据权利要求6所述的量子精密测量的教学设备，其特征在于，还包括第一微波开关(620)，连接于所述第一微波发生器(610)和所述量子传感器(240)之间，且与所述控制脉冲发生模块(500)连接，用于根据所述控制脉冲发生模块(500)的脉冲信号控制所述第一微波的通断。8.根据权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：许克标，
申请(专利权)人：国仪量子合肥技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34