[发明专利]量子功率传感器

说明书

一种量子功率传感器，包括强耦合到支持传播波的传输线的二能级量子系统。一种测量传输线中的功率的方法，该方法包括：将二能级量子系统耦合到传输线；以及确定二能级系统的耦合和Rabi频率。

技术领域

本发明涉及功率传感器，特别地涉及用于测量低温恒温器中的微波信号的绝对功率的传感器。

背景技术

诸如量子装置和超导量子位元的在低温下工作的许多装置使用或处理微波信号，该微波信号即频率介于1GHz至50GHz的范围内的信号。这样的信号通过传输线传输。微波超导电路的研究进展，特别是对量子计算和量子光学的应用要求对微波线进行校准以及了解施加到低温下的电路的功率。迄今为止，尚没有用于测量在例如小于5K的低温下连续传输线中的微波信号的绝对功率的方法。US 2009/0289638公开了一种用于通过测量支持单模的传输线腔中的驻波的功率来测量量子位元的状态的装置。已知的功率计和频谱分析仪依赖于在低温下不工作的基于半导体的电子器件。

因此，需要从低温恒温器中取出待测量的微波信号，使得可以在室温下测量该微波信号的功率。然而，因为无法确切知道传输线在感兴趣点和室温测量装置之间的衰减，所以在室温下测量的功率不能准确地指示低温恒温器内感兴趣点处的功率：只能例如在将引入额外的不确定性的单独的实验中间接地测量该功率。因为微波线的特性和部件的特性在该微波线和部件被冷却到低温温度时会发生剧烈变化，所以无法在低温下校准传输线和低温元件。

因此，需要一种测量低温传输线上的微波信号的绝对功率的方法。

发明内容

根据本发明的方面，提供了一种量子功率传感器，该量子功率传感器包括二能级量子系统，该而能级量子系统耦合到支持传播波的传输线。

本发明的实施例可以用于测量以任何类型的实施方式的传输线中的微波功率，该传输线诸如连接到由相同或任何其他实施方式制成的外部传输线的一部分的不中断的微波波导，或者诸如支持传播的微波信号的部分反射和/或全部反射的中断的(“连续的”)传输线的一部分。传输线可以具有任何类型，包括2D波导和3D波导并且由任何材料制成以使得传输线支持传播波。传输线可以具有支持一系列频率的宽的带宽，并且例如可以是由硅芯片上的金属化层限定的连续的2D平面传输线。

本发明能够通过使用二能级系统进行微波功率的测量以实现在任何实施方式的传输线中测量功率。

在本发明的实施例中，传输线具有O.5GHz或更高的带宽，优选地具有1.0GHz或更高的带宽。

在本发明的实施例中，传输线支持具有介于1GHz至20GHz的范围内的频率的传播波。

本发明的实施例进一步包括分析仪，该分析仪被配置为测量二能级系统与传输线的耦合以及二能级系统的Rabi频率。

在本发明的实施例中，分析仪是连接到传输线的频谱分析仪或矢量网络分析仪。

在本发明的实施例中，分析仪被配置为在室温下工作。

本发明还提供了一种测量系统，该测量系统包括如以上所描述的量子功率传感器和待测量的目标装置。

在本发明的实施例中，目标装置连接在传输线和分析仪之间。

在本发明的实施例中，分析仪连接到传输线的输入端，并且目标装置连接到传输线的输出端。

在本发明的实施例中，分析仪通过具有方向性的元件连接到传输线。

本发明的实施例进一步包括连接到传输线的电源和用于响应于分析仪来控制电源的控制系统。

在本发明的实施例中，目标装置连接到传输线的输入端，并且分析仪连接到传输线的输出端。

本发明的实施例进一步包括控制源，该控制源通过具有方向性的元件耦合到传输线的输入端。