量子教学机及用于量子教学机的电控系统的制作方法

本申请涉及量子计算，特别涉及量子教学机及用于量子教学机的电控系统。

背景技术：

1、量子信息相比于经典信息具有以下几个方面的优势：①量子态的叠加性和相干性；②量子信息无法被克隆；③量子纠缠。

2、由于量子信息具备以上优势，成为当今前沿技术领域内研究的热点。要实现对量子信息进行处理，就催生出了量子计算机，而囚禁离子的量子系统是目前最有希望实现量子计算机的系统之一。为了让更多人“可视化”地了解量子计算机，量子教学机应运而生。但是，现有的基于线性保罗离子阱(paul trap，paul阱)的量子教学机，系统集成度低，使用时需要借助额外的辅助仪器(如信号发生器、示波器等)，造成量子教学机使用不便、设备运行成本高。

技术实现思路

1、针对存在的技术问题，本申请提出了一种用于量子教学机的电控系统，本申请提出的用于量子教学机的电控系统集成度高，使用便捷。

2、本申请提出的用于量子教学机的电控系统包括：主控模块、电源转换模块、加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块；其中，主控模块用于根据预设指令或上位机指令对加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块的工作状态分别进行控制；电源转换模块用于连接电源以向加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块分别提供设定电压；加料回收控制模块用于控制量子教学机中的加料装置和回收装置的电源通断，其中，加料装置用于向量子教学机中的四级杆装置投放微粒，回收装置用于从所述四级杆装置回收微粒；四级杆装置控制模块用于向所述四级杆装置提供用于将微粒囚禁在离子阱中的直流电压和射频电压，所述离子阱包括在所述四级杆装置中；安全门控制模块用于控制量子教学机的外壳门的开闭，并且响应于外壳门的闭合而指示量子教学机上电工作；光源控制模块用于控制量子教学机中的激光光源的电源通断，通电后的激光光源发射激光以照亮囚禁在所述离子阱中的微粒；成像控制模块用于控制量子教学机中的成像装置的电源通断，通电后的成像装置拍摄囚禁在所述离子阱中的微粒以显示在量子教学机的屏幕上。

3、可选的，四级杆装置控制模块包括直流高压模块和射频高压模块，其中，直流高压模块用于向所述四级杆装置中的直流激发电极提供直流电压以从轴向维度将微粒限制在所述离子阱中；射频高压模块用于向所述四级杆装置中的射频电极提供射频电压以从径向维度将微粒限制在所述离子阱中。

4、可选的，直流高压模块包括电压设定电路和直流升压电路，其中，电压设定电路用于根据主控模块的指令设定电压信号，直流升压电路用于根据电压信号输出直流电压。

5、可选的，射频高压模块包括dds(direct digital synthesizer，直接数字式频率合成器)电路、放大器电路、射频高压监测电路和变压器；其中，dds电路用于根据主控模块的指令输出正弦波电压；放大器电路和变压器用于调节正弦波电压；射频高压监测电路用于监测正弦波电压是否符合射频电压。

6、可选的，dds电路还用于调节正弦波电压的频率和幅度。

7、可选的，加料回收控制模块包括柱塞泵控制模块、电磁阀控制模块和电机驱动模块，其中，电机驱动模块和柱塞泵控制模块用于产生气流以将微粒注入所述四级杆装置中，电磁阀控制模块用于调节气流的压力。

8、可选的，安全门控制模块包括门状态检测模块和门磁控制模块，其中，门状态检测模块用于检测所述外壳门的状态，门磁控制模块用于控制外壳门的开闭。

9、可选的，主控模块还用于在门状态检测模块检测到所述外壳门闭合时令量子教学机自动上电，且令门磁控制模块锁紧所述外壳门，以及，在门状态检测模块检测到所述外壳门打开时令四级杆装置控制模块停止运行。

10、可选的，所述用于量子教学机的电控系统还包括：通信模块，用于将来自上位机的指令发送至主控模块，以及将主控模块获得的加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块的工作状态信息发送至上位机。

11、本申请还提出一种量子教学机，所述量子教学机包括如上所述的电控系统。

12、本申请提出的量子教学机及用于量子教学机的电控系统不仅能够在无需借助外部辅助仪器(诸如，信号发生器、示波器)的情况下向量子教学机提供囚禁微粒所需的直流高压和射频高压，而且还能够实现对微粒注入和回收的自动化控制，有效地避免了人工操作可能发生的触电危险，并且还在一定程度上提升了量子教学机的设备集成度，降低了设备中的硬件成本。

技术特征：

1.一种用于量子教学机的电控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，直流高压模块包括电压设定电路和直流升压电路，其中，电压设定电路用于根据主控模块的指令设定电压信号，直流升压电路用于根据所述电压信号输出直流电压。

4.根据权利要求2所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，射频高压模块包括dds电路、放大器电路、射频高压监测电路和变压器；其中，dds电路用于根据主控模块的指令输出正弦波电压；放大器电路和变压器用于调节正弦波电压；射频高压监测电路用于监测正弦波电压是否符合射频电压。

5.根据权利要求4所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，dds电路还用于调节正弦波电压的频率和幅度。

6.根据权利要求1所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，加料回收控制模块包括柱塞泵控制模块、电磁阀控制模块和电机驱动模块，其中，电机驱动模块和柱塞泵控制模块用于产生气流以将微粒注入所述四级杆装置中，电磁阀控制模块用于调节气流的压力。

7.根据权利要求1所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，安全门控制模块包括门状态检测模块和门磁控制模块，其中，门状态监测模块用于检测所述外壳门的状态，门磁控制模块用于控制所述外壳门的开闭。

8.根据权利要求7所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，主控模块还用于在门状态检测模块检测到所述外壳门闭合时令量子教学机自动上电，且令门磁控制模块锁紧所述外壳门，以及，在门状态检测模块检测到所述外壳门打开时令四级杆装置控制模块停止运行。

9.根据权利要求1所述的用于量子教学机的电控系统，其特征在于，还包括：

10.一种量子教学机，其特征在于，所述量子教学机包括如权利要求1-9中任一项所述的电控系统。

技术总结
本申请公开了量子教学机及用于量子教学机的电控系统，包括：主控模块、电源转换模块、加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块；其中，主控模块用于根据预设指令或上位机指令对加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块的工作状态分别进行控制；电源转换模块用于连接电源以向加料回收控制模块、四级杆装置控制模块、安全门控制模块、光源控制模块和成像控制模块分别提供设定电压。本申请不仅能够在无需借助外部辅助仪器的情况下向量子教学机提供囚禁微粒所需的直流高压和射频高压，而且还有效地避免了人工操作可能发生的触电危险。

技术研发人员：刘永军,周卓俊,詹苏,韩琢,罗乐
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（北京）有限公司
技术研发日：20221206
技术公布日：2024/1/15