一种低温耦合器及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种低温耦合器及其使用方法，低温耦合器包括腔体，腔体的开口处盖合有盖子，所述腔体内安装有PCB板，所述PCB板包括交流部分和直流部分；所述交流部分设有交流功能模块，交流部分输入端口输入射频信号和脉冲信号；所述直流部分设有相互连接的中频功能模块和低频脉冲功能模块，且中频功能模块和低频脉冲功能模块均设有抑制信号干扰的器件；所述交流部分的信号与直流部分的信号经同一个输出端口输出。本发明专利技术不仅能兼容4

【技术实现步骤摘要】
一种低温耦合器及其使用方法
[0001]本申请为申请日为2018年7月2日，申请号为201810707677.7，专利名称为一种低温耦合器及其使用方法的分案申请。


[0002]本专利技术涉及耦合器
，具体涉及一种低温耦合器及其使用方法。

技术介绍

[0003]量子比特的调控依赖于高精度的模拟输入信号。对于超导量子比特而言，它所依赖的信号主要分为高频脉冲(4
‑
8GHz频段)，中频脉冲(0.01
‑
500MHz频段)，以及直流偏置信号(<1kHz)三类。在对超导量子比特进行操控时，我们不仅需要同时施加这三类脉冲信号，同时还需要在一个通道内合成以上信号，通常我们使用多端口耦合器件或者模块来完成信号的合成。考虑到脉冲信号的特性，耦合器件或者模块在合成信号的同时必须具备极高的端口阻抗匹配设计。无源多端口耦合器件的端口阻抗匹配性能一般较差，有时候需要使用复杂的有源模块来实现高质量的信号合成。
[0004]超导量子比特工作在30mK左右的极低温，以上三类信号进入包含超导量子比特的量子芯片之前，需要经过完全不同的低温线路优化，因而也只能在极低温进行合成。但是，针对以下应用情况，现有技术无法满足以下需求：在极低温下实现超导量子比特的中频脉冲与直流偏置信号合成的情况。
[0005]首先，有源的多端口耦合模块需要额外供电与提供信号输入，消耗功率巨大，无法在极低温环境中使用；其次，能够在极低温环境下稳定工作的无源多端口耦合器件，无法做到良好的端口阻抗匹配，会对中频脉冲信号产生严重的变形恶化。更一般情况下，现有技术无法提供满足中频脉冲信号以及直流偏置信号完美合成的技术方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术无法满足在极低温下实现超导量子比特的中频脉冲与直流偏置信号合成的问题。
[0007]本专利技术采用以下技术手段解决上述技术问题：
[0008]一种低温耦合器及其使用方法，包括腔体，腔体的开口处盖合有盖子，所述腔体内安装有PCB板，所述PCB板包括交流部分和直流部分；
[0009]所述交流部分设有交流功能模块，交流部分输入端口输入射频信号和脉冲信号；
[0010]所述直流部分设有相互连接的中频功能模块和低频脉冲功能模块，且中频功能模块和低频脉冲功能模块均设有抑制信号干扰的器件；
[0011]所述交流部分的信号与直流部分的信号经同一个输出端口输出。
[0012]进一步地，所述腔体由底部和侧壁围成，腔体的中部连接有隔离块，所述隔离块将腔体内部分隔成相通的两部分，分别为第一信号腔和第二信号腔，第一信号腔侧壁开设有直流输入端口；第二信号腔侧壁上开设有交流输入端口，所述侧壁上还开设有混合输出端
口，所述直流输入端口、交流输入端口以及混合输出端口处均安装有连接器；
[0013]所述PCB板的交流部分输入端口与腔体上的交流输入端口对应；所述PCB板的直流部分信号输入端口与腔体上的直流输入端口对应；所述PCB板的输出端口与腔体上的混合输出端口对应。
[0014]进一步地，所述直流部分的信号输入端口与低频脉冲功能模块连接。
[0015]进一步地，所述中频功能模块抑制信号干扰的器件包括多个高频电感，低频脉冲功能模块抑制信号干扰的器件包括多个低频电感。
[0016]进一步地，所述抑制信号干扰的器件包括多个电阻元件。
[0017]进一步地，所述隔离块包括相对且间隔设置的第一隔离块和第二隔离块，且第一隔离块和第二隔离块均与对应侧的侧壁一体成型。
[0018]进一步地，所述直流输入端口、交流输入端口以及混合混出端口处均设有凹槽，凹槽中部设有通孔，所述连接器与凹槽紧固连接，且所述针芯穿过通孔。
[0019]进一步地，所述PCB板通过螺钉贴合固定在腔体的底部。
[0020]进一步地，所述腔体的背面连接有固定块，所述固定块上开设有连接孔。
[0021]进一步地，所述固定块与腔体背面一体成型。
[0022]进一步地，所述侧壁的端面上开设有盖槽，所述盖槽与盖子的外边缘相配合，盖槽与盖子通过螺钉紧固连接。
[0023]进一步地，所述低温耦合器使用的材料为紫铜，紫铜具有优良的导热性，在工作时，将产生的热量通过紫铜的接触，将热量导出至外界环境中。
[0024]本专利技术还提供低温耦合器的使用方法，耦合器的直流部分输入端口连接至一台直流源，耦合器的交流部分输入端口连接至一台任意波形发生器。耦合器的输出端口连接至量子芯片，并且耦合器以及量子芯片均处于稀释制冷机内部低至30mK以下的极低温环境中；在使用时，直流源输出的直流信号以及AWG输出的脉冲信号经过低温线路同时输入到耦合器内，并从输出端口合并输出到量子芯片。从信号合成实例中可以看出，合成后的信号能够完好地同时保留脉冲成分以及直流成分，因而本应用方法能够满足前述量子芯片所需的在极低温下实现超导量子比特的中频脉冲与直流偏置信号合成的情况。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术在PCB板上布置低频脉冲功能模块和中频功能模块，通过抑制信号干扰的器件，将信号波动抑制在一定范围内，从而使微波器件不仅能兼容4
‑
8GHz持续微波信号，同时也能兼容最低10MHz的任意波脉冲信号，利用空腔的物理结构增大各端口间的隔离度。该微波器件能有效降低三个端口间驻波比，实现良好的阻抗匹配，大大增加端口间的隔离度，抑制信号严重变形。该微波器件的电路设计简单，选用的电子元器件种类少数量少，降低设计成本，安装方便，性能可靠。
[0027]本专利技术能够在30mK以下的极低温环境稳定工作；具有极小的功耗，不会引起发热；工作频段完全满足超导量子比特所需的中频脉冲以及直流偏置信号的完美合成需求；端口阻抗接近50欧姆，中频脉冲信号的脉冲波形不会受到恶化，直流偏置信号的幅度不会受到不可控降低。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例中耦合器的立体图，图中未示出盖子；
[0029]图2是本专利技术实施例中耦合器另一角度的立体图；
[0030]图3是本专利技术实施例中盖子的结构图；
[0031]图4是本专利技术实施例中PCB板的功能示意图；
[0032]图5是本专利技术实施例应用于超导量子芯片测控领域中的使用方法示意图。
具体实施方式
[0033]为了对本专利技术的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，采用较佳的实施例及附图进行详细说明，具体如下：
[0034]一种低温耦合器及其使用方法，如图1
‑
3所示，包括腔体1、盖子2、连接器3和PCB板4。
[0035]腔体1由底部11和侧壁12围成，腔体1的中部连接有隔离块121，隔离块121包括相对且间隔设置的第一隔离块1211和第二隔离块1212，且第一隔离块1211和第二隔离块1212均与对应侧的侧壁12一体成型。第一隔离块1211和第二隔离块1212相隔一段距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超导量子比特的低温耦合器，包括：直流部分，用于连接直流源，以提供量子比特所需要的直流偏置信号；交流部分，用于连接任意波形发生器，以提供量子比特所需要的中频信号；耦合部分，连接所述直流部分和所述交流部分，用于对所述直流偏置信号和所述中频信号进行合成；其特征在于，还包括腔体；所述腔体包括相互隔离但连通的第一信号腔和第二信号腔，用于容置并隔离所述交流部分和所述直流部分，所述直流部分对应的直流输入端口、所述交流部分对应的交流输入端口分别设置在第一信号腔和所述第二信号腔的侧壁上；所述耦合部分的输出端口设置在所述第二信号腔的侧壁上。2.根据权利要求1所述的用于超导量子比特的低温耦合器，其特征在于：所述腔体通过设置在所述腔体内的隔离块被隔离成相互连通的第一信号腔和第二信号腔。3.根据权利要求2所述的用于超导量子比特的低温耦合器，其特征在于：所述隔离块从所述腔体的侧壁向所述腔体内延伸形式，且与腔体侧壁一体成型。4.根据权利要求3所述的用于超导量子比特的低温耦合器，其特征在于：所述隔离块包括两个相对设置的子隔离块。5.根据权利要求1所述的用于超导量子比特的低温耦合器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，孔伟成，
申请(专利权)人：本源量子计算科技合肥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：