部。需要说明的是，腔体I在垂直于纸面方向上是具有厚度的，图1是正视图，故未予显示。而电路板2的厚度较小，为薄片状。并且，腔体I由前后两部分组成，两部分结构对称并能通过机械结构结合在一起。而在该图1中显示的是拿掉了其中前半部分后的示意图。
[0036]图2是本实用新型的上述实施例中采用的腔体的结构示意图。如图2所示，腔体I为长方体，包括壳体11和壳体内部开出的空腔12，空腔的延伸方向与腔体的长度方向一致。输入端口 3和输出端口 4从腔体I的上部穿入壳体11以与空腔12连通。腔体I从其一个侧面沿着空腔的延伸方向向空腔开有一个狭槽13。输入端口 3和输出端口 4从腔体I的上部垂直接入腔体I内。电路板2从腔体I的开有狭槽13的一个侧面经由该狭槽13伸入，并且，电路板2的平面平行于腔体I前、后平面。图中13a是狭槽外部开口的狭缝。
[0037]图3是本实用新型的上述实施例中采用的电路板的结构示意图。如图3所示，电路板2为PCB板，包括外接部分2a和内插部分2b，外接部分2a的宽度较宽，内插部分2b的宽度较窄，呈长条状，使得电路板整体类似一个“T”形。所述内插部分2b能够经由所述腔体I的狭槽13插入腔体的空腔中。所述电路板的内插部分2b刻有沿其插入方向延伸的金属引线21，位于插入部分2b末端的位置是量子比特设备安装位2d，该安装位2d用于安装量子比特安装设备。在量子比特设备安装位2d和金属线结21之间的电路板上的位置的等电位连接线区2c，其中分布有等电位连接线(bonding wires，图中未示出)。金属引线21以及等电位连接线共同构成本实用新型的直流引线结构。由于等电位连接线极短且细，故未在图3中画出。
[0038]电路板2的外接部分2a固定在腔体I的外壳11上(外壳向电路板2的部分延伸出一固定部，未在图在示出)，负责将位于腔体I内的直流引线导出。在外接部分2a的左端，有通用的8针孔插槽底座结构，焊接好插槽后，即可将测量设备的引线插上，连通直流引线，从而最终控制量子比特设备。
[0039]如图1所示，金属引线21的方向是与输入端口 3、输出端口 4的伸入方向正交的。另需要说明的是，金属引线21的引线数量并非固定，出于不同的需求，以及尺寸的限制，引线的数量可为8根至16根。等电位连接线则可使用现有的wire bonding设备。
[0040]本实用新型中涉及的量子比特设备可采用现有的设备，但由于本实用新型的目的即用于精确操控各种各样的量子比特设备，从而量子比特设备构成了本实用新型的一种附属配件。
[0041 ] 图4是本实用新型的上述实施例的电路板完全插入腔体时的示意图。经过本申请的设计人的大量模拟，在3D微波谐振腔的正常工作模式下，腔体内的空腔的正中心为微波最强处。因此，为了达到最大耦合，本本明将量子比特设备安置在空腔的正中心。实现这一点需要使量子比特设备安装在在安装位2d上，且电路板的插入部分2b的长度正好到达空腔12的正中心。
[0042]图5是为使用本实用新型实施例的3D微波谐振腔对砷化镓双量子点进行探测的一个实例的示意图。幅值极低的微波信号由网络分析仪5输出端口出发，经过本实用新型所包含的3D微波谐振腔的输入端口，在3D微波谐振腔内达到谐振后，经过3D腔的输出端口 4，再返回网络分析仪5的输入端口。网络分析仪5可以给出整个电路的S参数的幅值、相位、谐振峰Q值等信息。该实施例所使用的量子比特设备，即砷化镓双量子点8，经由电路板2的等电位连接线与金属引线21，该砷化镓双量子点8与一系列用于直流偏置的锁相放大器6连接。锁相放大器6的作用是给每个输出端口一个恒定的直流电压偏置，从而借由本实用新型的直流引线结构实现了对该砷化镓双量子点8的精确调控作用。在合适的直流偏置下，3D微波谐振腔中的微波光子与砷化镓双量子点8中的电子处于親合状态，可以相互交换信息，从而影响到微波光子的谐振特性，最终反映在测出的S参数上。本实施例中所使用的网络分析仪5以及锁相放大器6均通过电脑7控制，达到大量采集与存储数据的目的。
[0043]如上所述，在本实用新型中，微波光子在由铝壳包裹的长方体空间内传输，形成特定的驻波模式。这种结构有两个优势:一是长方体空腔内的驻波模式可以轻易地由电磁波传输的边界条件求解得出，实物与理论模拟的误差更小，从而可控度更高；二是在3D微波谐振腔内，电场的分布具有高度的对称性，所以极易获取电场强度最大的位置，从而确保内部的量子比特设备与微波光子能够达到最强耦合。在本实用新型的使用过程中，一般使用最低阶的TElOl驻波模式，因为该模式电场强度最大处只有一个，即3D微波谐振腔的正中心，从而极大地简化了与本实用新型相关的其他部分的设计。
[0044]并且，在本实用新型中，量子比特设备粘附在电路板的末端，精确地伸到3D腔的正中心。电路板平面穿过3D腔的正中心。缝隙的位置经过详细的模拟，内部的电磁波并不会从缝隙处泄露，同时也不会引入过大的噪声源。
[0045]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种3D微波谐振腔，包括腔体(I)、电路板(2)、输入端口(3)和输出端口(4)，其中， 所述腔体为长方体，包括壳体(11)和壳体内部开出的空腔(12)，所述空腔(12)的延伸方向与所述腔体(I)的长度方向一致； 所述输入端口⑶和输出端口⑷从腔体⑴的上部穿入壳体(11)以与所述空腔(12)连通，腔体从其一个侧面沿着所述空腔的延伸方向朝向空腔开有一个狭槽(13); 所述电路板(2)包括外接部分(2a)和内插部分(2b)，外接部分的宽度较宽，内插部分的宽度较窄且呈长条状，使得电路板整体类似一个“T”形；所述内插部分能够经由所述腔体的狭槽(13)插入腔体的空腔中；且该内插部分包括沿其插入方向延伸的金属引线(21)、位于插入部分末端的量子比特设备安装位(2d)、以及连接该金属引线与量子比特设备安装位的等电位连接线。
2.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述腔体(I)由前后两部分组成，两部分结构对称并能通过机械结构结合在一起。
3.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述输入端口(3)及输出端口(4)的接入位置对称地分布于所述腔体(I)的上表面。
4.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，当所述电路板内插部分(2b)全部插入所述腔体时，所述量子比特设备安装位正好位于所述腔体的空腔(12)的中心。
5.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述腔体(I)的外部还具有一个固定部，该固定部位于电路板(2)的一侧并与腔体(I)形成一个整体，当电路板(2)的内插部分(2b)全部插入腔体(I)时，电路板的外接部分可以固定在该固定部。
6.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述电路板2的内插部分(2b)的伸入方向与所述输入端口(3)、输出端口(4)的伸入方向垂直。
7.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述腔体的外壳(11)为纯铝制成。
8.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述腔体(I)的空腔(12)位于所述壳体(11)的中心。
9.如权利要求1所述的3D微波谐振腔，其特征在于，所述电路板(2)为PCB板。
【专利摘要】本实用新型公开了一种3D微波谐振腔，包括腔体、电路板、输入端口和输出端口，腔体为长方体，包括壳体和壳体内部开出的空腔；输入端口(3)和输出端口从腔体(1)的上部穿入壳体与空腔连通，腔体从其一个侧面沿着空腔的延伸方向朝向空腔开有一个狭槽；电路板包括外接部分(2a)和内插部分，外接部分的宽度较宽，内插部分的宽度较窄且呈长条状，内插部分经由狭槽插入空腔中。且内插部分包括沿其插入方向延伸的金属引线、位于插入部分末端的量子比特设备安装位、以及连接该金属引线与量子比特设备安装位的等电位连接线。本实用新型能达到更好的耦合效果，且能实现对量子比特的精确调控。
【IPC分类】G01N22-00, H01P7-06
【公开号】CN204497356
【申请号】CN201520201982
【发明人】郭国平, 孔伟成, 邓光伟, 李舒啸, 李海鸥, 曹刚, 肖明
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月3日