[发明专利]运行于微波频率的矢量信号发生器和产生矢量信号的方法

说明书

一种能够在微波频率上工作的矢量信号发生器，其包括微波谐振器(101)、用于将微波光子耦合出所述微波谐振器(101)的输出(102)、耦合到微波谐振器(101)的第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)，其用于将微波信号发射到微波谐振器中。第一偏置电路(105)，其设置用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列(104，201，401)施加第一偏置。可调谐衰减器(106)耦合到所述微波谐振器(101)。

技术领域

总体而言，本发明涉及这样的技术领域：产生具有所需频率、幅度和相位的时间整形信号，以用作在微波频率上工作的低温冷却电路的可控输入。具体地，本发明涉及在低温冷却环境内产生这种信号。

背景技术

量子纳米电子和量子计算等技术涉及使用非常特殊的电路，该电路在极低的温度下工作，这只能使用先进的低温冷却技术实现。微波频率上的振荡信号(几GHz甚至几十或几百GHz的数量级)用作这些电路的输入。因此需要能够以所需的频率、幅度和相位生成这种信号。可能需要连续波(CW)和脉冲信号两者。在涉及材料科学、自旋共振测量和通信的应用中可能出现类似的需求。

产生所述类型信号的传统方法涉及在室温下使用基带信号发生器和微波混频器，并通过同轴电缆、滤波器和级联热化级的布置而将信号由此馈送到低温恒温器。传统方法涉及许多缺点，包括但不限于所需设备的庞大和高成本、传输线上不可避免地发生需要衰减的热噪声、和任何反馈控制循环的相对长的延迟。随着纳米电子电路变得更复杂，这些问题变得更加困难，因为信道的数量可能显著增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号源，其用于以所需的频率、幅度和相位产生连续波和脉冲输入信号给低温冷却的纳米电子电路，同时避免或至少减轻上述现有技术的问题。本发明的特别目的是该解决方案应该是可扩展的，以便在大量信道上工作，同时将低温恒温器的热负荷维持在低水平。本发明的另一个目的是信号源电路的至少重要部分可以集成到公共基板上，以便局部地使用所产生的信号，而无需与芯片连接的外部微波线。

利用纳米电子集成电路器件实现本发明的这些和另外的有利目的，该器件结合了可调谐频率微波源、具有可控内部和外部质量因子的谐振器、以及可控的2*pi移相器。可以使用外部施加的电压脉冲来控制该器件。

根据第一方面，提供了一种能够在微波频率上工作的矢量信号发生器。矢量信号发生器包括微波谐振器、用于将微波光子耦合出所述微波谐振器的输出、以及第一约瑟夫逊结或结阵列。所述第一约瑟夫逊结或结阵列耦合到微波谐振器，用于将微波信号发射到微波谐振器中。矢量信号发生器包括：第一偏置电路，用于向所述第一约瑟夫逊结或结阵列施加第一偏置；以及可调谐衰减器，其耦合到所述微波谐振器。

根据一个实施例，所述可调衰减器包括SINIS结构和第二偏置电路，其用于向所述SINIS结构施加第二偏置，以控制电子在隧穿所述SINIS结构中从所述谐振器吸收微波光子的速率。SINIS结构包括超导体-绝缘体-普通导体-绝缘体-超导体链。这涉及的优点是，所述第二偏置电压可用于控制从微波谐振器吸收微波光子的冷却速率。

根据一个实施例，所述可调谐衰减器包括耦合到所述微波谐振器的可调谐谐振频率的第二耗散谐振器。这涉及的优点是，结构上相对简单的解决方案可用作可调谐衰减器。

根据一个实施例，所述输出包括可控耦合器。这涉及的优点是，微波谐振器的外部质量因子可以独立调谐。

根据一个实施例，所述可控耦合器包括具有初级侧和次级侧的转换器，转换器的所述初级侧耦合到所述微波谐振器。所述转换器包括可调谐电感，用于通过所述转换器调谐从所述微波谐振器耦合出微波光子的耦合效率。这涉及的优点是：可控耦合器的操作是众所周知的，并且可以利用相对简单的控制布置灵活地控制；并且可以使输出耦合中的不希望的衰减变小。