[發(fā)明專利]量子功率傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780062352.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN109891252B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 奧列格·弗拉基米羅維奇·阿斯塔菲夫;賴斯·謝哈伊達羅夫;弗拉基米爾·尼古拉耶維奇·安東諾夫;特雷莎·克萊爾·霍尼加爾-德克瑞尼斯;塞巴斯蒂安·埃里克·德格拉夫
• 申請（專利權）人: NPL管理有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;B82Y15/00;G01R1/24
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 徐川;姚開麗

一種量子功率傳感器，包括強耦合到支持傳播波的傳輸線的二能級量子系統(tǒng)。一種測量傳輸線中的功率的方法，該方法包括：將二能級量子系統(tǒng)耦合到傳輸線；以及確定二能級系統(tǒng)的耦合和Rabi頻率。

技術領域

本發(fā)明涉及功率傳感器，特別地涉及用于測量低溫恒溫器中的微波信號的絕對功率的傳感器。

背景技術

諸如量子裝置和超導量子位元的在低溫下工作的許多裝置使用或處理微波信號，該微波信號即頻率介于1GHz至50GHz的范圍內的信號。這樣的信號通過傳輸線傳輸。微波超導電路的研究進展，特別是對量子計算和量子光學的應用要求對微波線進行校準以及了解施加到低溫下的電路的功率。迄今為止，尚沒有用于測量在例如小于5K的低溫下連續(xù)傳輸線中的微波信號的絕對功率的方法。US 2009/0289638公開了一種用于通過測量支持單模的傳輸線腔中的駐波的功率來測量量子位元的狀態(tài)的裝置。已知的功率計和頻譜分析儀依賴于在低溫下不工作的基于半導體的電子器件。

因此，需要從低溫恒溫器中取出待測量的微波信號，使得可以在室溫下測量該微波信號的功率。然而，因為無法確切知道傳輸線在感興趣點和室溫測量裝置之間的衰減，所以在室溫下測量的功率不能準確地指示低溫恒溫器內感興趣點處的功率：只能例如在將引入額外的不確定性的單獨的實驗中間接地測量該功率。因為微波線的特性和部件的特性在該微波線和部件被冷卻到低溫溫度時會發(fā)生劇烈變化，所以無法在低溫下校準傳輸線和低溫元件。

因此，需要一種測量低溫傳輸線上的微波信號的絕對功率的方法。

發(fā)明內容

根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種量子功率傳感器，該量子功率傳感器包括二能級量子系統(tǒng)，該而能級量子系統(tǒng)耦合到支持傳播波的傳輸線。

本發(fā)明的實施例可以用于測量以任何類型的實施方式的傳輸線中的微波功率，該傳輸線諸如連接到由相同或任何其他實施方式制成的外部傳輸線的一部分的不中斷的微波波導，或者諸如支持傳播的微波信號的部分反射和/或全部反射的中斷的(“連續(xù)的”)傳輸線的一部分。傳輸線可以具有任何類型，包括2D波導和3D波導并且由任何材料制成以使得傳輸線支持傳播波。傳輸線可以具有支持一系列頻率的寬的帶寬，并且例如可以是由硅芯片上的金屬化層限定的連續(xù)的2D平面?zhèn)鬏斁€。

本發(fā)明能夠通過使用二能級系統(tǒng)進行微波功率的測量以實現(xiàn)在任何實施方式的傳輸線中測量功率。

在本發(fā)明的實施例中，傳輸線具有O.5GHz或更高的帶寬，優(yōu)選地具有1.0GHz或更高的帶寬。

在本發(fā)明的實施例中，傳輸線支持具有介于1GHz至20GHz的范圍內的頻率的傳播波。

本發(fā)明的實施例進一步包括分析儀，該分析儀被配置為測量二能級系統(tǒng)與傳輸線的耦合以及二能級系統(tǒng)的Rabi頻率。

在本發(fā)明的實施例中，分析儀是連接到傳輸線的頻譜分析儀或矢量網(wǎng)絡分析儀。

在本發(fā)明的實施例中，分析儀被配置為在室溫下工作。

本發(fā)明還提供了一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括如以上所描述的量子功率傳感器和待測量的目標裝置。

在本發(fā)明的實施例中，目標裝置連接在傳輸線和分析儀之間。

在本發(fā)明的實施例中，分析儀連接到傳輸線的輸入端，并且目標裝置連接到傳輸線的輸出端。

在本發(fā)明的實施例中，分析儀通過具有方向性的元件連接到傳輸線。

本發(fā)明的實施例進一步包括連接到傳輸線的電源和用于響應于分析儀來控制電源的控制系統(tǒng)。

在本發(fā)明的實施例中，目標裝置連接到傳輸線的輸入端，并且分析儀連接到傳輸線的輸出端。

本發(fā)明的實施例進一步包括控制源，該控制源通過具有方向性的元件耦合到傳輸線的輸入端。