CN111600608B - 超导量子数模转换电路 - Google Patents

超导量子数模转换电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111600608B
CN111600608B CN202010374053.5A CN202010374053A CN111600608B CN 111600608 B CN111600608 B CN 111600608B CN 202010374053 A CN202010374053 A CN 202010374053A CN 111600608 B CN111600608 B CN 111600608B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conversion circuit
module
analog conversion
josephson junction
superconducting quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010374053.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111600608A (zh
Inventor
钟源
李劲劲
钟青
王雪深
曹文会
屈继峰
周琨荔
赵建亭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Metrology
Original Assignee
National Institute of Metrology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Metrology filed Critical National Institute of Metrology
Publication of CN111600608A publication Critical patent/CN111600608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111600608B publication Critical patent/CN111600608B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters
    • H03M1/86—Digital/analogue converters with intermediate conversion to frequency of pulses
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0626—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by filtering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

本申请提供一种超导量子数模转换电路。约瑟夫森结阵列的输入端为数字脉冲输入端，将脉冲信号输入约瑟夫森结阵列中。终端电阻模块设置于超导量子数模转换电路的末端，可以耗散传输至此的信号，保证了输入的高速脉冲信号在所述约瑟夫森结阵列位置处没有功率反射导致驻波。直流阻断模块设置于约瑟夫森结阵列之后，终端电阻模块之前。脉冲发生模块发出的含有完整频率信息的高速脉冲信号通过数字脉冲输入端传输到微波传输线结构中的约瑟夫森结阵列，产生合成的波形。合成的波形传输通过直流阻断模块可以滤除低频分量，高频分量被终端电阻模块吸收。从而，不会在终端电阻模块上产生共模电压误差，解决传统超导量子数模转换电路的共模电压误差的问题。

Description

超导量子数模转换电路
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。
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与任意波形的模拟电压的合成。
在计量领域，合成单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。
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。
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约瑟夫森结阵列、直流阻断模块、终端电阻模块、第一低通滤波模块以及第二低通滤波模块。所述约瑟夫森结阵列的输入端为数字脉冲输入端。所述直流阻断模块的第一端与所述约瑟夫森结阵列的输出端连接。
所述终端电阻模块的第一端与所述直流阻断模块的第二端连接。所述终端电阻模块的第二端接地。所述第一低通滤波模块的第一端与所述约瑟夫森结阵列的输入端连接。所述第二低通滤波模块的第一端与所述约瑟夫森结阵列的输出端连接。
所述第一低通滤波模块的第二端作为所述超导量子数模转换电路的正输出端。所述第二低通滤波模块的第二端作为所述超导量子数模转换电路的负输出端。
在一个实施例中，所述超导量子数模转换电路还包括脉冲发生模块。所述脉冲发生模块用于发出脉冲信号。所述约瑟夫森结阵列的输入端与所述脉冲发生模块连接。
在一个实施例中，所述第一低通滤波模块为低通滤波器。
在一个实施例中，所述第二低通滤波模块为低通滤波器。
在一个实施例中，所述脉冲发生模块为脉冲发生器。
在一个实施例中，所述直流阻断模块包括至少一个电容。
在一个实施例中，所述终端电阻模块包括至少一个电阻。
在一个实施例中，所述约瑟夫森结阵列包括多个串联的约瑟夫森结。
在一个实施例中，所述约瑟夫森结包括依次设置的超导体层、绝缘体层以及超导体层。
在一个实施例中，所述约瑟夫森结包括依次设置的超导体层、非超导金属层以及超导体层。
本申请提供上述超导量子数模转换电路。将所述约瑟夫森结阵列设置于完整的微波传输线结构之中。所述脉冲发生模块发出脉冲信号，所述约瑟夫森结阵列的输入端为数字脉冲输入端，将脉冲信号输入所述约瑟夫森结阵列中。所述终端电阻模块设置于所述超导量子数模转换电路的末端，可以耗散传输至此的信号，保证了输入的高速脉冲信号在所述约瑟夫森结阵列位置处没有功率反射导致驻波。
同时，将所述直流阻断模块连接于所述约瑟夫森结阵列与所述终端电阻模块之间。即，所述直流阻断模块设置于所述约瑟夫森结阵列之后，所述终端电阻模块之前。
此时，所述脉冲发生模块发出的含有完整频率信息的高速脉冲信号通过数字脉冲输入端传输到微波传输线结构中的所述约瑟夫森结阵列，产生合成的波形。合成的波形传输通过所述直流阻断模块可以滤除低频分量，然后再被所述终端电阻模块吸收。从而，不会在所述终端电阻模块上产生共模电压误差，解决了传统超导量子数模转换电路的共模电压误差的问题。
并且，在所述约瑟夫森结阵列的输入端和输出端分别设置所述第一低通滤波模块和所述第二低通滤波模块，并将所述第一低通滤波模块的第二端作为所述超导量子数模转换电路的正输出端。所述第二低通滤波模块的第二端作为所述超导量子数模转换电路的负输出端。
此时，通过所述第一低通滤波模块和所述第二低通滤波模块，可以使得所述超导量子数模转换电路的正负输出端，容许低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号不能通过。从而，通过所述第一低通滤波模块和所述第二低通滤波模块可以对高速脉冲信号进行隔离，避免高速脉冲信号泄漏到所述超导量子数模转换电路的正负输出端，可以避免高速脉冲信号对采集的合成信号产生干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一个实施例中超导量子数模转换电路的结构示意图。
图2为本申请提供的一个实施例中超导量子数模转换电路的结构示意图。
附图标记说明
超导量子数模转换电路100、脉冲发生模块10、约瑟夫森结阵列30、直流阻断模块40、终端电阻模块50、第一低通滤波模块210、第二低通滤波模块220、电容410、电阻510。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1，本申请提供一种超导量子数模转换电路100。所述超导量子数模转换电路100包括脉冲发生模块10、约瑟夫森结阵列30、直流阻断模块40、终端电阻模块50、第一低通滤波模块210以及第二低通滤波模块220。所述脉冲发生模块10用于发出脉冲信号。所述约瑟夫森结阵列30的输入端与所述脉冲发生模块10连接。
所述约瑟夫森结阵列30的输入端为数字脉冲输入端。所述直流阻断模块40的第一端与所述约瑟夫森结阵列30的输出端连接。所述终端电阻模块50的第一端与所述直流阻断模块40的第二端连接。所述终端电阻模块50的第二端接地。所述第一低通滤波模块210的第一端与所述约瑟夫森结阵列30的输入端连接。所述第二低通滤波模块220的第一端与所述约瑟夫森结阵列30的输出端连接。
在一个实施例中，所述约瑟夫森结阵列30包括多个串联或并联的约瑟夫森结。
本实施例中，每个所述约瑟夫森结可以由二个互相微弱连接的超导体组成，微弱连结的组成结构可以是一个薄的绝缘层，形成超导体–绝缘体–超导体结构(即S-I-S结构)。所述约瑟夫森结也可以由二个互相微弱连接的超导体组成，微弱连结的组成结构可以是一小段非超导金属，形成S-N-S结构。所述约瑟夫森结也可以由二个互相微弱连接的超导体组成，可弱化接触点超导性的狭窄部分，形成简称S-s-S结构。
所述第一低通滤波模块210的第二端作为所述超导量子数模转换电路100的正输出端。所述第二低通滤波模块220的第二端作为所述超导量子数模转换电路100的负输出端。
本实施例中，将所述约瑟夫森结阵列30设置于完整的微波传输线结构之中。所述脉冲发生模块10发出脉冲信号，所述约瑟夫森结阵列30的输入端为数字脉冲输入端，将脉冲信号输入所述约瑟夫森结阵列30中。所述终端电阻模块50设置于所述超导量子数模转换电路100的末端，可以耗散传输至此的信号，保证了输入的高速脉冲信号在所述约瑟夫森结阵列30位置处没有功率反射导致驻波。
同时，将所述直流阻断模块40连接于所述约瑟夫森结阵列30与所述终端电阻模块50之间。即，所述直流阻断模块40设置于所述约瑟夫森结阵列30之后，所述终端电阻模块50之前。此时，所述脉冲发生模块10发出的含有完整频率信息的高速脉冲信号通过数字脉冲输入端传输到微波传输线结构中的所述约瑟夫森结阵列30，产生合成的波形。合成的波形传输通过所述直流阻断模块40可以滤除低频分量，然后再被所述终端电阻模块50吸收。从而，不会在所述终端电阻模块50上产生共模电压误差，解决了传统超导量子数模转换电路的共模电压误差的问题。
并且，在所述约瑟夫森结阵列30的输入端和输出端分别设置所述第一低通滤波模块210和所述第二低通滤波模块220，并将所述第一低通滤波模块210的第二端作为所述超导量子数模转换电路100的正输出端。所述第二低通滤波模块220的第二端作为所述超导量子数模转换电路100的负输出端。
此时，通过所述第一低通滤波模块210和所述第二低通滤波模块220，可以使得所述超导量子数模转换电路100的正负输出端，容许低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号不能通过。从而，通过所述第一低通滤波模块210和所述第二低通滤波模块220可以对高速脉冲信号进行隔离，避免高速脉冲信号泄漏到所述超导量子数模转换电路100的正负输出端，可以避免高速脉冲信号对采集的合成信号产生干扰。
在一个实施例中，所述第一低通滤波模块210为低通滤波器。
本实施例中，所述第一低通滤波模块210为低通滤波器。所述低通滤波器为容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
在一个实施例中，具体地，所述第一低通滤波模块210允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。
本实施例中，通过所述低通滤波器，可以对所述脉冲发生模块10发出的高速脉冲信号进行隔离，避免高速脉冲信号泄漏到所述超导量子数模转换电路100的正输出端，可以避免高速脉冲信号对采集的合成信号产生干扰。
在一个实施例中，所述第二低通滤波模块220为低通滤波器。
本实施例中，所述第二低通滤波模块220为低通滤波器，所述低通滤波器为容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。
具体地，所述第二低通滤波模块220允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。
通过所述低通滤波器，可以对所述脉冲发生模块10发出的高速脉冲信号进行隔离，避免高速脉冲信号泄漏到所述超导量子数模转换电路100的负输出端，可以避免高速脉冲信号对采集的合成信号产生干扰。
在一个实施例中，所述脉冲发生模块10为脉冲发生器。
本实施例中，所述脉冲发生模块10为脉冲发生器，用于发出高速脉冲信号。并通过数字脉冲输入端，进入所述约瑟夫森结阵列30。
其中，分别设置于所述约瑟夫森结阵列30输入端和输出端的所述第一低通滤波模块210和所述第二低通滤波模块220，可以根据所述高速脉冲信号的频率进行设置。从而，实现对高速脉冲信号进行隔离，避免高速脉冲信号泄漏到所述超导量子数模转换电路100的正负输出端，避免高速脉冲信号对采集的合成信号产生干扰。
请参见图2，在一个实施例中，所述直流阻断模块40包括至少一个电容410。
本实施例中，所述直流阻断模块40用于滤除低频分流量，避免信号流经所述终端电阻模块50时信号中包含的低频分量在所述终端电阻模块50上产生共模电压误差。
同时，所述直流阻断模块40包括至少一个电容410，可以理解为所述直流阻断模块40可以包括两个及两个以上的电容410串联构成。具体地址，所述直流阻断模块40包括两个串联的电容410形成。
通过串联两个所述电容410，可以从补偿(减少)电抗的角度来改善所述超导量子数模转换电路100的电压，以减少电能损耗，提高所述超导量子数模转换电路100的稳定性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种超导量子数模转换电路，其特征在于，包括：
约瑟夫森结阵列(30)，所述约瑟夫森结阵列(30)的输入端为数字脉冲输入端；
直流阻断模块(40)，包括多个串联的电容(410)，所述多个串联的电容(410)的第一端与所述约瑟夫森结阵列(30)的输出端连接；
终端电阻模块(50)，所述终端电阻模块(50)的第一端与所述多个串联的电容(410)的第二端连接，所述终端电阻模块(50)的第二端接地；
第一低通滤波模块(210)，所述第一低通滤波模块(210)的第一端与所述约瑟夫森结阵列(30)的输入端连接；
第二低通滤波模块(220)，所述第二低通滤波模块(220)的第一端与所述约瑟夫森结阵列(30)的输出端连接；
所述第一低通滤波模块(210)的第二端作为所述超导量子数模转换电路的正输出端，所述第二低通滤波模块(220)的第二端作为所述超导量子数模转换电路的负输出端。
2.如权利要求1所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述第一低通滤波模块(210)为低通滤波器。
3.如权利要求1所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述第二低通滤波模块(220)为低通滤波器。
4.如权利要求1所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述终端电阻模块(50)包括电阻(510)。
5.如权利要求1所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述约瑟夫森结阵列(30)包括多个串联的约瑟夫森结。
6.如权利要求5所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述约瑟夫森结包括依次设置的超导体层、绝缘体层以及超导体层。
7.如权利要求5所述的超导量子数模转换电路，其特征在于，所述约瑟夫森结包括依次设置的超导体层、非超导金属层以及超导体层。
CN202010374053.5A 2020-04-17 2020-05-06 超导量子数模转换电路 Active CN111600608B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2020103040010 2020-04-17
CN202010304001 2020-04-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111600608A CN111600608A (zh) 2020-08-28
CN111600608B true CN111600608B (zh) 2021-10-26

Family

ID=72190899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010374053.5A Active CN111600608B (zh) 2020-04-17 2020-05-06 超导量子数模转换电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111600608B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11876512B1 (en) 2022-07-23 2024-01-16 International Business Machines Corporation Josephson RF envelope-to-DC converter

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112668270B (zh) * 2020-12-30 2021-11-23 中国计量科学研究院 约瑟夫森结阵量子台阶确定方法、装置、设备和存储介质
CN112929007A (zh) * 2021-01-19 2021-06-08 中国科学技术大学 一种acjvs装置集成电子学系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104639119A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 中国计量科学研究院 一种交流量子电压波形合成方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016183213A1 (en) * 2015-05-14 2016-11-17 D-Wave Systems Inc. Frequency multiplexed resonator input and/or output for a superconducting device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104639119A (zh) * 2014-12-24 2015-05-20 中国计量科学研究院 一种交流量子电压波形合成方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AC Coupling Technique for Josephson Waveform Synthesis;Samuel P. Benz 等;《 IEEE Transactions on Applied Superconductivity》;20010331;第11卷(第1期);参见第612页摘要-第615页右栏倒数第2段，图1-图6 *
Pulse-Bias Electronics and Techniques for a Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer;Samuel P. Benz 等;《 IEEE Transactions on Applied Superconductivity》;20140711;全文 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11876512B1 (en) 2022-07-23 2024-01-16 International Business Machines Corporation Josephson RF envelope-to-DC converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN111600608A (zh) 2020-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111600608B (zh) 超导量子数模转换电路
CN111030733B (zh) 一种基于直流供电线的用于通信的总线系统
CN111565050B (zh) 超导量子数模转换电路以及量子电压噪声源器件
Jeschke et al. Impact of HV battery cables’ emissions on the signal integrity of 2-wire ethernet communication in automotive application
EP0366265A2 (en) Phase detector for amplitude modulated radio frequency signals containing a low frequency waveform
EP0244988A1 (en) Self biasing diode microwave frequency multiplier
US9172432B2 (en) Device and system for communicating on a supply line
US7583159B2 (en) High power bipolar pulse generators with impedance transformation
CN115549670B (zh) 数字隔离器
CN211319030U (zh) 一种基于pcb板高速数据采集系统装置
RU2227361C2 (ru) Способ широтно-импульсной модуляции для последовательно включенных преобразователей
CN116995931A (zh) 反激电源和相关充电器
CN210927586U (zh) 一种隔离式igbt栅极驱动信号传输电路
Tuema et al. The design and performance of a low-impedance, self-matched transmission line pulse generator
CN108233340B (zh) 阻尼型阻断电路
CN117744810A (zh) 一种量子测控信号隔离电路
US3999135A (en) Clock signal regeneration system operating on ternary pulses
CN114157134B (zh) 一种具有精简结构的共模有源滤波器
JP2005521371A (ja) 二分割伝送路を用いた負荷への電気的エネルギー供給装置
CN220234658U (zh) 一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑及电源装置
CN220019751U (zh) 一种电路波形记录系统
CN211089126U (zh) 一种防雷阻抗匹配器
CN214591354U (zh) 一种基于量化、脉宽调制的阶梯波信号发生器
CN215641587U (zh) 一种传导发射测试回路检查装置
US5675275A (en) Arrangement for the generation of a high-frequency needle pulse train and of an inverted needle pulse train

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant