[发明专利]超导量子数模转换电路以及量子电压噪声源器件

说明书

本申请提供一种超导量子数模转换电路以及量子电压噪声源器件。第一高速脉冲信号与第二高速脉冲信号沿着各自对应的微波传输线结构向尾端传输，传输至合路模块时进行合路。两组幅度相等但是极性相反的第一高速脉冲信号与第二高速脉冲信号相互抵消，再被终端电阻模块吸收，可以解决传统超导量子数模转换电路的共模电压误差问题。因此，使用的高速数字信号不必为了避免共模电压误差问题而采用效率更低的编码方式。因此，通过超导量子数模转换电路不仅解决了共模电压问题，而且可以使任意波形合成系统简单、且可保持最大的可合成信号幅值。

技术领域

本申请涉及集成超导约瑟夫森结阵电路设计技术领域，特别是涉及一种超导量子数模转换电路以及量子电压噪声源器件。

背景技术

基于交流约瑟夫森效应，采用一系列高速的电流脉冲序列来驱动约瑟夫森结阵，当单个电流脉冲的幅值在量子电压台阶内时，约瑟夫森结阵在受到驱动后均会相应地产生时间积分面积恒等于h/2e的量子电压脉冲。这个特性使约瑟夫森结成为一个量子的脉冲调制器，可以用它对商用数字信号发生器产生的具有幅度和相位抖动的数字序列进行量子化滤波，产生理论上完全准确的量子化输出的数字序列。另一个方面，约瑟夫森效应能够将电压和脉冲重复频率直接联系起来，重复频率大小可以对应平均输出电压高低，这样就可以采用一系列高速的电流脉冲序列来驱动约瑟夫森结阵的方法可以实现量子精度的数模转换和任意波形的模拟电压的合成。

在计量领域，合成单频和多频交流信号具有重大的意义。具有量子精度的单频交流信号可作为某频率与幅值的交流电压标准。为了提高合成信号的幅度，交流量子电压波形合成系统使用包含成千上万个串联结的约瑟夫森结阵作为超导量子数模转换器件。在多频信号合成应用方面，可通过高速脉冲驱动约瑟夫森结阵来合成幅度和相位随机的赝噪声信号，用它作为噪声温度计的参考噪声源。

然而，传统的超导量子数模转换电路，为了保证输入的高速脉冲信号在约瑟夫森结阵没有功率反射导致驻波，在约瑟夫森结阵的末端串联终端电阻来耗散传输至此的信号。此时，当驱动信号流过终端电阻时，信号中包含的低频分量会在终端电阻上产生共模电压误差。

发明内容

基于此，有必要针对传统超导量子数模转换电路的共模电压误差的问题，提供一种超导量子数模转换电路以及量子电压噪声源器件。

本申请提供一种超导量子数模转换电路。所述超导量子数模转换电路包括第一脉冲信号模块、第二脉冲信号模块、第一约瑟夫森结阵列、第二约瑟夫森结阵列、合路模块以及终端电阻模块。所述第一脉冲信号模块用于发出第一脉冲信号。所述第一约瑟夫森结阵列设置于微波传输线结构中。

所述第一约瑟夫森结阵列包括第一输入端和第一输出端。所述第一脉冲信号通过所述第一输入端输入所述第一约瑟夫森结阵列。所述第二脉冲信号模块用于发出第二脉冲信号。所述第二脉冲信号与所述第一脉冲信号为幅度相等且极性相反的脉冲信号。所述第二约瑟夫森结阵列设置于微波传输线结构中。所述第二约瑟夫森结阵列包括第二输入端和第二输出端。所述第二脉冲信号通过所述第二输入端输入所述第二约瑟夫森结阵列。

所述合路模块包括第一合路输入端、第二合路输入端和合路输出端。所述第一合路输入端与所述第一输出端连接。所述第二合路输入端与所述第二输出端连接。所述终端电阻模块连接于所述合路输出端和地之间。

在一个实施例中，所述超导量子数模转换电路还包括第一低通滤波模块。所述第一低通滤波模块的第一端与所述第一约瑟夫森结阵列的所述第一输出端连接。所述第一低通滤波模块的第二端与所述第二约瑟夫森结阵列的所述第二输出端连接。

在一个实施例中，所述超导量子数模转换电路还包括第二低通滤波模块。所述第二低通滤波模块的第一端与所述第一约瑟夫森结阵列的所述第一输入端连接。所述第二低通滤波模块的第二端为所述超导量子数模转换电路的正输出端。