一种约瑟夫森结阵量子器件、电压计量系统的制作方法

1.本实用新型涉及计量技术领域，具体涉及一种约瑟夫森结阵量子器件、电压计量系统。


背景技术：

2.电压计量是基本物理量的一个重要计量领域。电压计量所用的方法是基于约瑟夫森量子电压台阶的方法。约瑟夫森结阵是一种电子电路，一个约瑟夫森结所产生的电压台阶在微伏量级，一般意义上的电压需要在伏的量级，因此需要几万个约瑟夫森结串联输出几伏的电压。为了满足人们生活中对更多电压值的需求，一般需要将其分为8个或者16个分支，并且将这些分支上的约瑟夫森结阵串联在一起才能实现较高电压和微波的均匀传输。
3.如果需要实现更精细的电压值，相关技术中通常将其中的1个或2个分支再细分为成8段。由于微波总输入功率是不变的，每条引线都会导致一定的微波功率流向地端，导致微波功率会流向细分段多的分支，分段少的分支得到的功率少，导致微波功率分配不均衡，且对应的电压台阶宽度也会变小，甚至观测不到。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中将约瑟夫森结阵中的1个或2个分支进行细分导致各段得到的功率不均衡、电压台阶较小甚至观测不到的缺陷，从而提供一种约瑟夫森结阵量子器件、电压计量系统。
5.根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种约瑟夫森结阵量子器件，包括：多条串联的约瑟夫森结支路，每一条所述约瑟夫森结支路包括：多个串联的约瑟夫森结，所述多个串联的约瑟夫森结之间接入预设数量的均衡引线，每一条约瑟夫森结支路包含的约瑟夫森结数量以及均衡引线的数量均相同。
6.可选地，所述约瑟夫森结包括：两个超导体以及设置在两个超导体之间的非导电层。
7.可选地，所述多个串联的约瑟夫森结之间接入的均衡引线的数量为3个。
8.可选地，所述多条约瑟夫森结支路中的至少2条约瑟夫森结支路中相邻均衡引线划分出的有效约瑟夫森结段的有效约瑟夫森结的数量呈预设倍数关系，所述有效约瑟夫森结为参与电压计量的约瑟夫森结。
9.可选地，所述预设倍数为3倍。
10.可选地，所述均衡引线连接直流电流源，用于驱动对应的约瑟夫森结。
11.根据第二方面，本实用新型实施例还公开了一种电压计量系统，包括：如第一方面或第一方面任一实施方式所述的约瑟夫森结阵量子器件，用于产生多个阶梯电压；微波振荡器，与所述约瑟夫森结阵量子器件连接，用于为所述约瑟夫森结阵量子器件提供微波束；数字电压表，与所述约瑟夫森结阵量子器件连接，用于显示阶梯电压。
12.可选地，所述电压计量系统还包括：上位机，用于显示所述多个阶梯电压。
13.本实用新型技术方案，具有如下优点：
14.1.本实用新型提供的约瑟夫森结阵量子器件，包括：多条串联的约瑟夫森结支路，每一条约瑟夫森结支路包括：多个串联的约瑟夫森结，多个串联的约瑟夫森结之间接入预设数量的均衡引线，每一条约瑟夫森结支路包含的约瑟夫森结数量以及均衡引线的数量均相同。本实用新型通过在约瑟夫森结阵的各条约瑟夫森结支路均引入相同的均衡引线以及设置相同数量的约瑟夫森结，使得微波在约瑟夫森结阵的各条约瑟夫森结支路更加均衡的传输，实现了微波功率的均匀分配，从而使得约瑟夫森结阵的量子电压台阶的位置和宽度都达到了比较优化的效果。
15.2.本实用新型提供的电压计量系统，包括：约瑟夫森结阵量子器件，用于产生多个阶梯电压；微波振荡器，与约瑟夫森结阵量子器件连接，用于为约瑟夫森结阵量子器件提供微波束；数字电压表，与约瑟夫森结阵量子器件连接，用于显示阶梯电压。本实用新型通过将微波振荡器传输到分布均衡的约瑟夫森结阵量子器件中，实现了微波功率的均匀分配，使得得到的阶梯电压比较均匀。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例中约瑟夫森结阵量子器件的一个具体示例图；
18.图2为本实用新型实施例中电压计量系统的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.本实用新型实施例公开了一种约瑟夫森结阵量子器件，如图1所示，包括：
24.多条串联的约瑟夫森结支路10，每一条约瑟夫森结支路10包括：多个串联的约瑟夫森结11，多个串联的约瑟夫森结11之间接入预设数量的均衡引线12，每一条约瑟夫森结支路10包含的约瑟夫森结11数量以及均衡引线12的数量均相同。
25.示例性地，如图1所示，多条约瑟夫森结支路10通过导线13串联在一起，构成串联回路。每一条约瑟夫森结支路10包括：多个串联的约瑟夫森结11，且每一条约瑟夫森结支路10包含的约瑟夫森结11的数量是相同的。该约瑟夫森结11包括：两个超导体以及设置在两个超导体之间非常薄的非导电层。
26.该约瑟夫森结11的数量可以为9200个，本实用新型实施例对该约瑟夫森结的数量不作具体限定，本领域技术人员可以根据具体的电压计量需求确定。如图1所示，约瑟夫森结包括有效约瑟夫森结110(图1中的“x”)和无效约瑟夫森结111(图1中的“o”)，有效约瑟夫森结110和无效约瑟夫森结111的数量和为每条约瑟夫森结支路10的约瑟夫森结的总和。其中，有效约瑟夫森结110指的是参与电压计量的约瑟夫森结，无效约瑟夫森结111指的是不参与电压计量的约瑟夫森结，用来平衡每条约瑟夫森结支路10上的约瑟夫森结数量，保证每条约瑟夫森结支路10包含的约瑟夫森结数量相同。
27.多个串联的约瑟夫森结11之间接入预设数量的均衡引线12，且每一条约瑟夫森结支路10包含的均衡引线12的数量均相同。该均衡引线的数量可以为2条，也可以为3条，本实用新型实施例对该均衡引线的数量不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际需求确定。本实用新型实施例以均衡引线的数量为3条为例进行展示。
28.本实用新型提供的约瑟夫森结阵量子器件，包括：多条串联的约瑟夫森结支路，每一条约瑟夫森结支路包括：多个串联的约瑟夫森结，多个串联的约瑟夫森结之间接入预设数量的均衡引线，每一条约瑟夫森结支路包含的约瑟夫森结数量以及均衡引线的数量均相同。本实用新型通过在约瑟夫森结阵的各条约瑟夫森结支路均引入相同的均衡引线以及设置相同数量的约瑟夫森结，使得微波在约瑟夫森结阵的各条约瑟夫森结支路更加均衡的传输，实现了微波功率的均匀分配，从而使得约瑟夫森结阵的量子电压台阶的位置和宽度都达到了比较优化的效果。
29.作为本实用新型实施例一个可选实施方式，多条约瑟夫森结支路10中的至少2条约瑟夫森结支路10中相邻均衡引线12划分出的有效约瑟夫森结段的有效约瑟夫森结的数量呈预设倍数关系，有效约瑟夫森结为参与电压计量的约瑟夫森结。
30.示例性地，该预设倍数可以为2倍，也可以为3倍，本实用新型实施例对该预设倍数不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况设定。优选地，预设倍数为3倍，可产生多个台阶电压，同时不需要很多的数字序列。
31.利用均衡引线12对每一条约瑟夫森结支路10进行划分，划分后得到有效约瑟夫森结段的有效约瑟夫森结的数量包括一个预设倍数的序列，例如，当预设倍数为3倍，每一条约瑟夫森结支路10的约瑟夫森结的数量为9200个时，划分后得到有效约瑟夫森结段中的有效约瑟夫森结的数量中包括“4，12，36，108，324，972，2916，8748”这个序列。需要说明的是，划分后得到有效约瑟夫森结的数量也可以包括其他数，例如，5832，7828，8476等，本实用新型实施例对划分后的段的有效约瑟夫森结数量不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况确定，只要利用均衡引线12划分后的约瑟夫森结阵量子器件的有效约瑟夫森结段的
有效约瑟夫森结的数量包括一个预设倍数的数字序列即可。
32.作为本实用新型实施例一个可选实施方式，均衡引线12连接直流电流源，用于驱动对应的约瑟夫森结11。
33.示例性地，该直流电流源为16通道低噪声的直流电流源，当直流电流源加直流电流时，驱动对应的约瑟夫森结11产生一个量子电压。
34.如图1所示，该约瑟夫森结阵量子器件还包括4个电容14，每个电容连接2条约瑟夫森结支路，起到隔直流通交流的作用，即使得微波可以通过，阻隔直流电流，保证直流电流从一条约瑟夫森结支路流到另一条约瑟夫森结支路。同时使得微波可以通过该电容传输到下面的约瑟夫森结支路。
35.该约瑟夫森结阵量子器件中的无效约瑟夫森结111的另一端连接电容，电容的另一端接地。此处的电容也起到隔直流通交流的作用，使得微波可以通过，保证了微波传输的均衡，阻隔直流电流，使得无效约瑟夫森结不参与电压计量。
36.本实用新型实施例还公开了一种电压计量系统，如图2所示，包括：微波振荡器20、约瑟夫森结阵量子器件21和数字电压表22。
37.微波振荡器20，与约瑟夫森结阵量子器件21连接，用于为约瑟夫森结阵量子器件提供微波束；
38.示例性地，该微波振荡器可以为电真空微波振荡器，也可以为固体微波振荡器，本实用新型实施例对该微波振荡器不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况设定。微波振荡器用于为约瑟夫森结阵量子器件21提供预设频率的微波，而约瑟夫森结阵量子器件产生的阶梯电压只与物理常数和微波的频率有关，因此，便于约瑟夫森结阵量子器件21产生多个阶梯电压。具体产生电压的方法为现有技术，在此不再赘述。
39.数字电压表22，与约瑟夫森结阵量子器件21连接，用于显示阶梯电压。
40.示例性地，该数字电压表可以为安捷伦的34420的数字电压表，本实用新型实施例对该数字电压表不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况设定。
41.本实用新型提供的电压计量系统，包括：约瑟夫森结阵量子器件，用于产生多个阶梯电压；微波振荡器，与约瑟夫森结阵量子器件连接，用于为约瑟夫森结阵量子器件提供微波束；数字电压表，与约瑟夫森结阵量子器件连接，用于显示阶梯电压。本实用新型通过将微波振荡器传输到分布均衡的约瑟夫森结阵量子器件中，实现了微波功率的均匀分配，使得得到的阶梯电压比较均匀。
42.作为本实用新型实施例一个可选实施方式，该电压计量系统还包括：上位机，用于显示多个阶梯电压。
43.示例性地，显示多个阶梯电压可以通过文字显示，例如，0.4v，0.6v，0.8v；也可以通过i
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v坐标图显示，本实用新型实施例对该多个阶梯电压的显示方法不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际情况设定。
44.虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。