[发明专利]无需移相器圆极化频率可调固体色心微波操控系统及方法

说明书

无需移相器圆极化频率可调固体色心微波操控系统及方法，能够使得系统无需移相器便可产生圆极化的微波磁场，实现固体色心能级的选择性跃迁，其使固体色心能级在零磁场环境下选择性跃迁成为可能，从而为固体色心量子精密测量装置实现小型化提供了有利条件，其特征在于，包括圆极化频率可调天线，所述圆极化频率可调天线具有矩形天线框，在所述矩形天线框的中心位置为固体色心样品放置区，所述矩形天线框内的对角线上设置有馈电端口以接收微波信号源装置输出的微波信号。

技术领域

本发明涉及量子精密测量的技术，特别是一种无需移相器的圆极化频率可调固体色心微波操控系统及方法，通过在圆极化频率可调天线的矩形天线框内的对角线上设置馈电端口以接收微波信号源装置输出的微波信号，能够使得系统无需移相器便可产生圆极化的微波磁场，实现固体色心能级的选择性跃迁，其使固体色心能级在零磁场环境下选择性跃迁成为可能，从而为固体色心量子精密测量装置实现小型化提供了有利条件。

背景技术

近年来，固体色心材料，例如金刚石NV色心(nitrogen-vacancy center)等，已经广泛应用于量子计算、量子测量等领域。固体色心电子自旋量子态需要微波操控系统进行操控，因此，用于操控色心电子自旋量子态的微波操控系统是量子精密测量的关键。但微波操控系统中的天线谐振频率受基底材料、天线尺寸参数，以及电磁环境的影响都较大，这就需要天线具有频率可调的功能。目前，微波可通过圆极化技术实现色心能级的选择性跃迁，其使色心能级在零磁场环境下选择性跃迁成为可能，为固体色心量子精密测量装置实现小型化提供了重要条件。但是，本发明人注意到，现有的圆极化微波磁场需要移相器，而需要移相器的圆极化阻碍了小型化的实现。本发明人认为，如果在圆极化频率可调天线的矩形天线框内的对角线上设置馈电端口这一特殊设计以接收微波信号源装置输出的微波信号，就能够使得系统无需移相器便可产生圆极化的微波磁场，从而有利于真正实现固体色心量子精密测量装置的小型化。有鉴于此，本发明人完成了本发明。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种无需移相器的圆极化频率可调固体色心微波操控系统及方法，通过在圆极化频率可调天线的矩形天线框内的对角线上设置馈电端口以接收微波信号源装置输出的微波信号，能够使得系统无需移相器便可产生圆极化的微波磁场，实现固体色心能级的选择性跃迁，其使固体色心能级在零磁场环境下选择性跃迁成为可能，从而为固体色心量子精密测量装置实现小型化提供了有利条件。

本发明技术方案如下：

无需移相器的圆极化频率可调固体色心微波操控系统，其特征在于，包括圆极化频率可调天线，所述圆极化频率可调天线具有矩形天线框，在所述矩形天线框的中心位置为固体色心样品放置区，所述矩形天线框内的对角线上设置有馈电端口以接收微波信号源装置输出的微波信号。

所述矩形天线框的四个顶角上均设置有变容二极管，四个变容二极管以一对一的方式连接有四个电压调节装置。

所述电压调节装置通过改变变容二极管的两端电压，从而改变所述圆极化频率可调天线的总体阻抗，实现频率可调功能，以使圆极化频率可调天线的谐振频率匹配于固体色心样品的频率。

所述固体色心样品为金刚石NV色心样品。

所述矩形天线框连接在基底上，所述基底通过天线支架与三轴位移台相连接，所述三轴位移台和所述圆极化频率可调天线构成天线平台装置。

所述微波信号源装置包括依次连接的微波源、微波开关和功率放大器，所述功率放大器连接所述圆极化频率可调天线。

所述微波源和所述微波开关分别连接计算机控制系统，所述微波开关在计算机控制系统的控制下为所述馈电端口提供馈电的微波信号。

所述微波源和所述微波开关分别连接计算机控制系统，所述计算机控制系统发出指令，使所述微波源发出微波信号，该微波信号经所述微波开关后，被所述功率放大器放大，通过传输线输入到所述馈电端口。