可调谐耗散电路以及在低温下进行频率移位的方法技术

本发明专利技术提出了一种可调谐耗散电路，用于在低温冷却的环境中使得射频信号或微波信号的频率移位。一个或多个耦合器(604，605，703)在传播路径(301，606)与可调谐谐振元件(401)以及可控耗散器元件(402，501，502)之间进行耦合。到所述可调谐谐振元件(401)的第一控制输入(403)允许利用第一控制信号来改变所述可调谐谐振元件(401)的谐振频率。到所述可控耗散器元件(402，501，502)的第二控制输入(404，503)允许利用第二控制信号来改变所述可控耗散器元件(402，501，502)的阻尼率。502)的阻尼率。502)的阻尼率。

【技术实现步骤摘要】
可调谐耗散电路以及在低温下进行频率移位的方法


[0001]本专利技术通常涉及电路QED，即电路中的量子电动力学。特别地，本专利技术涉及可控地改变在打算用于低温电子器件中的电路中传播的射频或微波信号的频率。

技术介绍

[0002]在低温电子器件中，出于许多目的，需要精确调谐的射频或微波信号，包括但不限于控制电路元件的操作和读取量子处理电路中的量子位状态。属性“低温”是指电子器件的所需操作温度。它例如可以与所涉及的超导体材料的临界温度有关，或者取决于与所涉及的量子电子部件的量子能等级相比的热能等级。准确地改变频率可以涉及例如在中心频率附近执行频率调制或例如在依赖频率复用的系统中提供频率切换。
[0003]在期望的频率上产生振荡信号的传统方法是使用混频器，但是它们固有缺点是汇产生不想要的边带信号。在低温电子器件中，最重要的电路位于低温冷却的环境中这一事实会带来额外的困难。在周围的室温环境和低温冷却的环境之间传递微波信号比使用低频或DC信号更为复杂，因此如果仅在低温冷却的环境内就可以创建和处理所需的处于微调频率的微波信号，则其将是更加有利的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种在低温冷却的环境内以微调的射频和/或微波频率产生振荡信号的电路和方法。另一个目的是在量子处理电路中将这种信号的产生与改善的集成水平相结合。另一个目的是仅在适度的要求下产生这种信号，以便将硬件在室温和低温冷却的环境之间进行接口连接。
[0005]通过使用可调谐的耗散电路来实现这些以及其他有利的目的，耗散电路可以如此的方式与振荡信号相互作用，从而引起振荡信号的相位中的连续变化，从而有效地导致相应的频率中的变化，该频率中的变化明确地取决于用于控制可调谐的耗散电路的控制信号(们)。
[0006]根据第一方面，提供一种可调谐的耗散电路，该耗散电路在低温冷却的环境中用于使得射频信号或微波信号的频率移位。可调谐的耗散电路包括一个或多个耦合器，用于对所述射频信号或微波信号的传播路径进行相应的一个或多个耦合。可调谐的耗散电路还包括通过所述一个或多个耦合器中的至少一个耦合到所述传播路径的可调谐谐振元件，以及通过所述一个或多个耦合器中的至少一个耦合到所述传播路径的可控耗散器元件。提供到所述可调谐谐振元件的第一控制输入，以用于利用耦合到所述第一控制输入的第一控制信号来改变所述可调谐谐振元件的谐振频率。提供到所述可控耗散器元件的第二控制输入，以用于利用耦合到所述第二控制输入的第二控制信号来改变所述可调谐耗散电路的阻尼率。
[0007]根据一个实施例，可调谐谐振元件和可控耗散器元件是相同的电路元件，其通过所述一个或多个耦合器中的至少一个耦合到所述传播路径。这具有的优点是可以在电路的
基板上以高度优化的部件足迹(footprints)提供非常简洁的实施方式。
[0008]根据一个实施例，可调谐谐振元件和可控耗散器元件构成串联(series)，其中所述一个或多个耦合器中的一个将可调谐谐振元件耦合到所述传播路径，并且所述一个或多个耦合器中的另一个将可控耗散器元件耦合到所述可调谐谐振元件。这具有的优点是可以分别优化不同电路元件的性能和操作特性，并且可以将先前已知的部件实施方式用作构建块。
[0009]根据一个实施例，可控耗散器元件包括恒定耗散器和将所述恒定耗散器耦合到可调谐谐振元件的可控耦合器。这具有的优点是可以使电路的耗散器部分变得相对简单。
[0010]根据一个实施例，所述可调谐谐振元件包括恒定频率谐振部分和具有可调谐的电感或电容的部分的组合。这具有可以利用高度准确和有据可查的调谐方法的优点。
[0011]根据一个实施例，具有可调谐的电感或电容的所述部分是SQUID。然后，所述第一控制输入可以包括配置为可控地改变通过所述SQUID的磁通量的电感器。这具有的优点是可以利用可调谐谐振元件的准确且有据可查的控制方法。
[0012]根据一个实施例，所述可控耗散器元件包括量子回路制冷器，其包括至少一个正常导体(normal conductor)
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绝缘体
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超导体结，以下称为NIS结。然后，所述第二控制输入可以包括控制电压输入，用于向所述NIS结提供偏置电压，以控制光子辅助电子隧穿通过所述NIS结的概率。这具有的优点是可以利用可控耗散器元件的准确且有据可查的控制方法。
[0013]根据一个实施例，可调谐谐振元件和可控耗散器元件是还包括其他电路元件的电路元件网络的一部分，使得所述一个或多个耦合器在可调谐谐振元件、可控耗散器元件和所述其他电路元件之间形成耦合。这具有的优点是可以以非常灵活的方式在低温电子设备中的各种不同种类的电路中利用对射频或微波信号的频率进行调谐的原理。
[0014]根据第二方面，提供一种量子处理电路，其包括至少一个上述种类的可调谐耗散电路。
[0015]根据一个实施例，量子处理电路包括可控电路元件，其可控性取决于以下至少一项：信号的频率复用，信号的频率调制。可调谐的耗散电路中的传播路径然后可以去往或来自所述可控电路元件。这具有的优点是可以控制可控电路元件而没有与混频器相关的不利影响。
[0016]根据第三方面，提供一种用于在低温下进行频移的方法。该方法包括在低温冷却的环境中在传播路径、可调谐谐振元件和可控耗散器元件之间提供耦合。另外，该方法包括使射频信号或微波信号通过所述传播路径，并以显著高于谐振频率和阻尼率的调制幅度的共同调制频率(common modulation frequency)对所述可调谐谐振元件的谐振频率和阻尼率进行循环调制，从而使所述射频信号或微波信号频移。
[0017]根据一个实施例，对所述可调谐谐振元件的谐振频率的所述调制是通过调制通过形成所述可调谐谐振元件的一部分的SQUID的磁通量来完成的。这具有的优点是可以利用可调谐谐振元件的准确且有据可查的控制方法。
[0018]根据一个实施例，通过调制至少一个正常导体
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绝缘体
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超导体结(以下称为NIS结)的偏置电压来完成对阻尼率的所述调制，从而控制光子辅助电子隧穿通过所述NIS结的概率。这具有的优点是可以利用可控耗散器元件的准确且有据可查的控制方法。
[0019]根据一个实施例，通过调制恒定耗散器和可调谐谐振元件之间的耦合强度来完成
对阻尼率的调制。这具有的优点是可以使电路的耗散器部分相对简单。
附图说明
[0020]包括其以提供对本专利技术的进一步理解并构成本说明书的一部分的附图示出本专利技术的实施例，并且与说明书一起帮助解释说明本专利技术的原理。在图中：
[0021]图1示出了具有可调谐参数的谐振器中的输入信号、输出信号和第一谐振器模式信号；
[0022]图2示出了在具有特殊点的系统中，振荡信号的幅度和相位实际测得的参数空间表示；
[0023]图3示出了使用可调谐耗散电路进行低温移频的第一原理；
[0024]图4示出了使用可调谐耗散电路进行低温移频的第二原理；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐耗散电路，用于在低温冷却的环境中使得射频信号或微波信号的频率移位，可调谐耗散电路包括：一个或多个耦合器(604，605，703)，用于对所述射频信号或微波信号的传播路径(301，606)进行相应的一个或多个耦合；可调谐谐振元件(401)，其通过所述一个或多个耦合器(604，605，703)中的至少一个耦合到所述传播路径(301，606)；可控耗散器元件(402，501，502)，其通过所述一个或多个耦合器(604，605，703)中的至少一个耦合到所述传播路径(301，606)；
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到所述可调谐谐振元件(401)的第一控制输入(403)，用于利用耦合到所述第一控制输入(403)的第一控制信号来改变所述可调谐谐振元件(401)的谐振频率；
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到所述可控耗散器元件(402，501，502)的第二控制输入(404，503)，用于利用耦合到所述第二控制输入(404，503)的第二控制信号来改变所述可调谐耗散电路的阻尼率。2.根据权利要求1所述的可调谐耗散电路，其特征在于：可调谐谐振元件(401)和可控耗散器元件(402，501，502)是相同的电路元件(302)，通过所述一个或多个耦合器(604，605，703)中的至少一个耦合到所述传播路径(301，606)。3.根据权利要求1所述的可调谐耗散电路，其特征在于：可调谐谐振元件(401)和可控耗散器元件(402)构成串联，其中所述一个或多个耦合器中的一个耦合器(604)将可调谐谐振元件(401)耦合到所述传播路径(301，606)，并且所述一个或多个耦合器中的另一个耦合器(605)将可控耗散器元件(402)耦合到所述可调谐谐振元件(401)。4.根据权利要求1所述的可调谐耗散电路，其特征在于：可控耗散器元件包括恒定耗散器(501)和将所述恒定耗散器(501)耦合到可调谐谐振元件(401)的可控耦合器(502)。5.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐耗散电路，其特征在于：所述可调谐谐振元件(401)包括恒定频率谐振部分(601)和具有可调谐的电感或电容的部分(602)的组合。6.根据权利要求5所述的可调谐耗散电路，其特征在于：具有可调谐的电感或电容的所述部分是SQUID(602)；以及所述第一控制输入(403)包括电感器(603)，其配置为能够控制地改变通过所述SQUID(602)的磁通量。7.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦西里，
申请(专利权)人：IQM芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：