[发明专利]一种产生交流量子电压的装置及方法

权利要求书

1.一种交流量子电压生成装置，包括上位机、时钟、驱动电路、数字电压表、微波源、低温探杆、低温杜瓦和PJVS结阵，其中：

上位机与时钟、驱动电路、数字电压表(DVM)和微波源连接，上位机控制驱动电路产生驱动电流；

数字电压表与上位机和低温探杆连接，数字电压表接收上位机的指令，读取PJVS结阵进行I-V特性扫描时的电压值，然后将读取的电压值送到上位机进行存储和分析；

微波源与上位机和低温探杆连接，微波源在上位机的控制下产生微波信号，通过低温探杆将微波信号输出在PJVS结阵上，激励PJVS结阵产生量子电压；

时钟与上位机、驱动电路、数字电压表和微波源连接，为上位机、驱动电路、数字电压表和微波源提供工作时钟；

低温探杆与驱动电路、数字电压表、微波源、PJVS结阵连接，低温探杆接收驱动电路产生的开关控制信号，控制低温探杆内开关的切换；低温探杆接收驱动电路产生的驱动电流并输出给PJVS结阵，驱动PJVS结阵产生相应的电压值；

PJVS结阵与低温探杆连接，在驱动电路和微波源的控制下产生三种偏置状态，正偏、零位和反偏，用于产生负电压、零电压和正电压；

低温杜瓦为PJVS结阵提供低温，使PJVS芯片处于超导状态。

2.根据权利要求1所述的交流量子电压生成装置，其特征在于，驱动电路进一步包括模拟开关控制电路和电压电流转换电路，模拟开关控制电路与上位机和低温探杆连接，模拟开关控制电路接收上位机的指令，产生控制低温探杆中开关的信号，使PJVS结阵工作在I-V特性扫描、直流量子电压输出、交流量子电压输出和输出短接四种状态下；

电压电流转换电路与上位机和低温探杆连接，电压电流转换电路接收上位机产生的偏置电压，产生偏置电流，并通过低温探杆将偏置电流输送到PJVS结阵，控制PJVS结阵偏置状态。

3.根据权利要求2所述的交流量子电压生成装置，其中电压电 流转换电路主要包括电压控制、电流驱动和阻抗匹配三部分，电压控制是在上位机的控制下产生相应的驱动电压，经过电流驱动和阻抗匹配两部分后转换成相应的驱动电流。

4.根据权利要求1所述的交流量子电压生成装置，其特征在于，微波源产生的微波信号为20GHz左右。

5.根据权利要求1所述的交流量子电压生成装置，其特征在于，低温为4K。

6.一种根据权利要求1所述的交流量子电压生成装置产生量子电压的方法，包括以下步骤：

步骤1：上位机发送指令给模拟开关控制电路，使低温探杆内部的开关切换到I-V特性扫描位置，对PJVS结阵的I-V特性进行扫描，确定所需偏置电流大小，根据偏置电流的大小设置驱动电路的电压输出；

步骤2：上位机发送指令给模拟开关控制电路，使低温探杆内部开关切换到量子电压输出状态，上位机控制微波源产生激励PJVS结阵所需微波信号，上位机根据所要合成阶梯波交流量子电压每一个台阶的电压值大小，计算每个台阶对应PJVS结阵14段结的偏置状态，包括正偏、零偏和反偏，将偏置状态对应的偏置矩阵存储下来，上位机控制电压电流转换电路产生偏置电流，在微波信号和偏置电流的控制下，根据偏置矩阵、偏置电流大小和线路电阻R计算出电压电流转换电路中DAC输出的偏置电压，在时钟fclk的控制下驱动PJVS结阵动态合成阶梯波交流量子电压信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤3：上位机控制微波源停止微波输出，上位机控制电压电流转换电路停止输出偏置电流，上位机发送指令给模拟开关控制电路，使低温探杆内部开关切换到输出短路状态。