CN112652214B - 一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱 - Google Patents

Abstract

一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱，包括有一个用于放置离子源的离子源箱体、两个用于实验离子相干性的辐射箱体和一个用于观察两个离子相干性的观察箱体，可将多种辐射源分别移动至辐射窗或将多种辐射源同时移动至辐射窗的辐射添加单元，通过辐射添加单元实现不同辐射源的切换，既能实现单辐射源干扰，也能实现多辐射源干扰，实验模式多样化，更方便实验各种辐射源对量子相干性的影响。

Description

一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱

技术领域

本发明涉及量子技术领域，具体为一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱。

背景技术

量子领域中，相干性被描述为“态之间的关联性”。相干性是量子体系最重要的性质，开放量子系统的量子相干性会因为与外在环境发生量子纠缠而随着时间逐渐丧失，这效应称为量子退相干，又称为量子去相干。

量子信息科学的进一步发展受到了包括量子退相干现象等一系列问题的制约，例如量子计算机，量子计算机与传统计算机不同，量子计算机的运算时间是有限制的。这是因为，量子比特之间的相干性很难保持长时间，量子比特不是一个孤立系统，它会与外部环境发生作用而使量子相干性衰减，经过一定的时间后，一旦遇到外界实体的观测或者干扰，就会失去相干性。量子比特从相干状态到失去相干性这段时间叫做“退相干时间”。如果退相干时间不能足够长，就无法完成计算。所以，延长退相干时间，是以后必须解决的重大课题。

现在亟需缺乏一种可靠的实验设备，用于测试在不同辐射环境下离子的退相干性。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有一个用于放置离子源的离子源箱体、两个用于实验离子相干性的辐射箱体和一个用于观察两个离子相干性的观察箱体；所述离子源箱体分别与两个辐射箱体连通，两个辐射箱体均于观察箱体连通；

在一个以上的辐射箱体上开设有辐射窗；

所述实验箱还包括可将多种辐射源分别移动至辐射窗或将多种辐射源同时移动至辐射窗的辐射添加单元，所述辐射添加单元上还设置有开闭辐射源的开闭单元；辐射添加单元的数量与辐射窗的数量对应，开闭单元的数量与辐射源的数量对应。

作为优选，所述辐射添加单元包括一个主轴、移动至辐射窗的若干安装盘、与安装盘对应的套筒和转动杆；

所述安装盘固接在套筒的顶端，套筒的侧壁与转动杆的一端固接，转动杆的另一端可转动的套接在主轴上；所述若干转动杆沿主轴长度方向依次排列；

所述主轴上固接有与转动杆一一对应的弧板，弧板的两侧壁可在主轴的带动下推动转动杆转动；弧板的长度Y的计算公式如下：

Y＝{360-(N-X)*(360/N)}*π*A/180；

式中N为转动杆的数量，X为当前转动杆从上至下的排列序号，A为转动杆到主轴轴心的距离；

主轴正向或反向转动，若干弧板的其中一个侧壁保持若干转动杆以相同夹角的分布转动。

作为优选，所述实验箱还包括有用于辐射添加单元的第一安装箱体和第二安装箱体，第一安装箱体与对应的辐射箱体通过辐射窗连通，第二安装箱体安装在第一安装箱体下方且与第一安装箱体连通；安装盘、主轴、套筒和转动杆均位于第一安装箱体内。

作为优选，所述实验箱还包括有齿盘、太阳轮、行星架、电机、与安装盘一一对应的安装杆和行星轮；齿盘、太阳轮、行星架、安装杆和行星轮均位于第一安装箱体内，电机位于第二安装箱体内；

所述套筒底端可活动的插接在安装杆的顶端，安装杆的底端均设置有一个可转动的行星轮，且安装杆位于行星轮的中轴线上；

所述齿盘固接在第一安装箱体上，齿盘的圆周边沿固接有一圈齿条，齿条的齿朝向齿盘中心，齿盘的中轴线与主轴中轴线重合；

所述电机通过升降单元可升降的安装在第二安装箱体内，电机的输出轴可转动的伸入第一安装箱体，且可与主轴底端面连接；电机的输出轴顶端面设置有可与主轴底端第一凹槽传动连接的第一凸台；

所述太阳轮可转动的套装在电机的输出轴上，太阳轮与电机输出轴的连接处设置有可与电机输出轴上第二凸台传动连接的第二凹槽，第二凸台和第二凹槽之间有不影响传动的预设间隙；太阳轮的一个侧面固接有第一安装环台，另一个侧面固接有第二安装环台，第一安装环台、第二安装环台的中轴线与第二凹槽的中轴线重合；第一安装环台通过轴承与第一安装箱体转动连接，太阳轮可转动的位于齿盘内，太阳轮的中轴线与齿盘的中轴线重合；

所述行星轮等间距的分布在齿条和太阳轮之间，且与齿条和太阳轮啮合；所述行星架的中心固接在第二安装环台上，行星架的转臂分别与一根安装杆固接。

作为优选，所述开闭单元包括有固接在安装盘上的内壳，在内壳的外壁可转动的套设有外壳，内壳和外壳之间设置有扭簧；扭簧一端与内壳底端面固接，另一端与外壳内侧壁固接，在内壳和外壳上均开设有在扭簧自然状态下开口相错的开口，在外壳的侧壁上还设置有齿环，齿环可与位于辐射窗位置处的齿条啮合，齿条固接在实验辐射箱体上。

作为优选，所述升降单元包括有第一底座，第一底座与地面垂直设置，电机固定在第一底座上，第一底座一侧设置有第一滑块，第二安装箱体内侧壁上设置有第一滑槽，第一滑块可活动的位于第一滑槽内；

所述升降单元还包括第二底座，电机与第二底座保持接触，第二底座位于第二安装箱体底端面处，第二底座底面固接有第一螺纹杆，第一螺纹杆穿过第二安装箱体底面并固接有第一把手，第二安装箱体上设置有与第一螺纹杆配合的螺纹。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1.主轴的结构简单可靠，故障率低，通过电机的正转或反转即可改变若干转动杆之间的角度，形成多种实验模式。

2.箱体相对于外界全封闭，不会受到外界环境因素影响，实验数据更加准确可靠。

3.通过辐射添加单元切换不同辐射源，对辐射箱体内进行不同的干扰研究，既能实现单次单辐射源干扰，也能实现同时多辐射源干扰，实验过程灵活，实验样本更加多样化，实验数据更丰富。

4.辐射添加单元为机械结构构成，工作中不会产生额外的电信号，避免了未知干扰源出现。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的箱体结构示意图(一)。

图2为本发明的箱体结构示意图(二)。

图3为本发明的齿盘示意图(一)。

图4为本发明的齿盘示意图(二)。

图5为本发明的电机示意图。

图6为本发明的辐射添加单元示意图。

图7为本发明的开闭单元示意图。

图8为本发明的主轴示意图。

图中：1.离子源箱体；2.辐射箱体；3.观察箱体；4.辐射窗；5.安装盘；6.第一安装箱体；7.第二安装箱体；8.齿盘；9.太阳轮；10.行星架；11.电机；12.安装杆；13.行星轮；14.齿条；15.输出轴；16.安装环台；17.安装轴；18.轴承；19.转臂；20.内壳；21.外壳；22.扭簧；23.开口；24.齿环；25.齿条；26.主轴；27.套筒；28.转动杆；29.弧板；30.第一凹槽；31.第一凸台；32.第二凸台；33.第二凹槽；34.第二安装环台；35.第一底座；36.第一滑块；37.第一滑槽；38.第二底座；39.第一螺杆杆；40.第一把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1至图2所示，一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱，所述实验箱包括有一个用于放置离子源的离子源箱体1、两个用于实验离子相干性的辐射箱体2和一个用于观察两个离子相干性的观察箱体3；所述离子源箱体1分别与两个辐射箱体1连通，两个辐射箱体2均于观察箱体3连通；

在一个以上的辐射箱体2上开设有辐射窗4；

所述实验箱还包括可将多种辐射源分别移动至辐射窗4或将多种辐射源同时移动至辐射窗4的辐射添加单元，所述辐射添加单元上还设置有开闭辐射源的开闭单元；辐射添加单元的数量与辐射窗4的数量对应，开闭单元的数量与辐射源的数量对应。

该实施例中，离子源箱体发射两个带有相干性的离子，两个离子分别通过不同的通道进入不同的辐射箱体内，其中一侧的辐射箱体旁边设置有辐射添加单元，辐射添加单元转动时，会依次将单个开闭单元旋转至辐射窗位置并打开，或者同时将多个开闭单元旋转至辐射窗位置并打开，开闭单元内装载的不同辐射源将对离子进行干扰，可能会导致离子退相干，当两个未知状态的离子来到观测箱体内，实验人员对离子进行观测，检查不同辐射源对相干性的影响，研究退相干时间和成因。

如图6至图8所示，所述辐射添加单元包括一个主轴26、移动至辐射窗的若干安装盘5、与安装盘5对应的套筒27和转动杆28；

所述安装盘5固接在套筒27的顶端，套筒27的侧壁与转动杆28的一端固接，转动杆28的另一端可转动的套接在主轴26上；所述若干转动杆28沿主轴26长度方向依次排列；

所述主轴26上固接有与转动杆28一一对应的弧板29，弧板29的两侧壁可在主轴26的带动下推动转动杆28转动；弧板29的长度Y的计算公式如下：

Y＝{360-(N-X)*(360/N)}*π*A/180；

式中N为转动杆28的数量，X为当前转动杆28从上至下的排列序号，A为转动杆28到主轴26轴心的距离；

主轴26正向或反向转动，若干弧板29的其中一个侧壁保持若干转动杆28以相同夹角的分布转动。

该实施例中，弧板的数量和弧长均取决于设置在主轴上的转动杆数量，转动杆可转动的套设在主轴上，固接在主轴上的弧板的侧壁与转动杆接触，转动杆位于在弧板的两侧壁之间，不同弧板的侧壁之间有预设角度差，每个弧板的侧壁推动对应的转动杆转动，使得若干转动杆形成同样的角度差，当主轴反向转动时，弧板另一侧侧壁同样有预设角度差，侧壁推动若干转动杆之间形成另一特定角度。

若图1至图2所示，所述实验箱还包括有用于辐射添加单元的第一安装箱体6和第二安装箱体7，第一安装箱体6与对应的辐射箱体2通过辐射窗4连通，第二安装箱体7安装在第一安装箱体6下方且与第一安装箱体6连通；安装盘5、主轴26、套筒27和转动杆28均位于第一安装箱体6内。

该实施例中，辐射添加单元设置在辐射箱体旁边，并通过辐射窗连通。

如图3至图5所示，所述实验箱还包括有齿盘8、太阳轮9、行星架10、电机11、与安装盘5一一对应的安装杆12和行星轮13；齿盘8、太阳轮9、行星架10、安装杆12和行星轮13均位于第一安装箱体6内，电机11位于第二安装箱体7内；

所述套筒27底端可活动的插接在安装杆12的顶端，安装杆12的底端均设置有一个可转动的行星轮13，且安装杆12位于行星轮13的中轴线上；

所述齿盘8固接在第一安装箱体6上，齿盘8的圆周边沿固接有一圈齿条14，齿条14的齿朝向齿盘8中心，齿盘(8)的中轴线与主轴26中轴线重合；

所述电机11通过升降单元可升降的安装在第二安装箱体7内，电机11的输出轴15可转动的伸入第一安装箱体6，且可与主轴26底端面连接；电机11的输出轴15顶端面设置有可与主轴26底端第一凹槽30传动连接的第一凸台31；

所述太阳轮9可转动的套装在电机11的输出轴15上，太阳轮9与电机输出轴15的连接处设置有可与电机输出轴15上第二凸台32传动连接的第二凹槽33，第二凸台32和第二凹槽33之间有不影响传动的预设间隙；太阳轮9的一个侧面固接有第一安装环台16，另一个侧面固接有第二安装环台34，第一安装环台16、第二安装环台34的中轴线与第二凹槽33的中轴线重合；第一安装环台16通过轴承18与第一安装箱体6转动连接，太阳轮9可转动的位于齿盘8内，太阳轮9的中轴线与齿盘8的中轴线重合；

所述行星轮13等间距的分布在齿条14和太阳轮9之间，且与齿条14和太阳轮9啮合；所述行星架10的中心固接在第二安装环台34上，行星架10的转臂19分别与一根安装杆12固接。

该实施例中，电机所在的升降单元在最低位时为默认位置，若干套筒均插接安装杆上，电机输出轴的第二凸台与太阳轮的第二凹槽配合，电机输出轴的第一凸台不与主轴的第一凹槽接触，当电机启动后，电机输出轴带动太阳轮在齿盘上转动，齿盘固定不动，行星轮绕太阳轮转动，行星架跟随太阳轮转动，插接在安装杆上的套筒带着转动杆、开闭单元、主轴跟随行星轮一起转动，若干开闭单元彼此之间形成与若干行星轮之间一样的的角度差，开闭单元内的辐射源一个一个依次经过辐射窗进行辐射试验；

当需要切换辐射模式时，先关闭电机，操作升降单元使电机位置上升，输出轴的第二凸台将脱离太阳轮的第二凹槽，太阳轮、行星轮将不再旋转，输出轴的第一凸台伸入主轴的第一凹槽中，电机继续上升将主轴连同主轴上的转动杆、开闭单元、套筒顶起，套筒脱离安装杆，然后电机启动，此时转动时，各开闭单元将不再被安装杆限制，而受到主轴上的弧板侧壁限制，不同弧板的侧壁有一定的预设角度差，不同弧板侧壁推动相应转动杆形成跟弧板的预设角度一样的角度，预设角度够小的时候，多个开闭单元可一起转动至辐射窗前进行干扰试验。电机反向转动时，若干转动杆会根据弧板另一侧侧壁预设角度形成另一预设角度差，可形成第三种辐射实验模式。

如图7所示，所述开闭单元包括有固接在安装盘5上的内壳20，在内壳20的外壁可转动的套设有外壳21，内壳20和外壳21之间设置有扭簧22；扭簧22一端与内壳20底端面固接，另一端与外壳21内侧壁固接，在内壳20和外壳21上均开设有在扭簧22自然状态下开口相错的开口23，在外壳21的侧壁上还设置有齿环24，齿环24可与位于辐射窗4位置处的齿条25啮合，齿条25固接在实验辐射箱体2上。

该实施例中，当辐射添加单元转动时，开闭单元跟随着一起转动，当开闭单元运动到辐射窗位置时，外壳的齿环会与齿条啮合，导致外壳相对与内壳发生自转，外壳和内壳之间本来位置相错的开口逐渐对齐，从而使放置在内壳中的辐射源暴露出来，辐射源通过辐射窗干扰到辐射箱体内经过的离子，进行退相干的实验，当开闭单元离开辐射窗位置时，外壳的齿环与辐射窗上方的齿条脱离啮合，扭簧将外壳复位，使外壳和内壳之间的开口再次回到相错的位置，进而将放置在内壳中的辐射源被封闭起来。

如图5所示，所述升降单元包括有第一底座35，第一底座35与地面垂直设置，电机11固定在第一底座35上，第一底座35一侧设置有第一滑块36，第二安装箱体7内侧壁上设置有第一滑槽37，第一滑块36可活动的位于第一滑槽37内；

所述升降单元还包括第二底座38，电机11与第二底座38保持接触，第二底座38位于第二安装箱体7底端面处，第二底座38底面固接有第一螺纹杆39，第一螺纹杆39穿过第二安装箱体7底面并固接有第一把手40，第二安装箱体7上设置有与第一螺纹杆39配合的螺纹。

该实施例中，电机固接在第一底座上并与第二底座接触，转动第一把手，第一螺纹杆与第二安装箱体的螺纹配合，第一螺纹杆带动第二底座旋转上升，从而使电机上升，电机上升带动第一底座上升，第一底座上升行程受到第一滑槽限制。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于组合多辐射源的量子退相干实验箱，其特征在于，所述实验箱包括有一个用于放置离子源的离子源箱体(1)、两个用于实验离子相干性的辐射箱体(2)和一个用于观察两个离子相干性的观察箱体(3)；所述离子源箱体(1)分别与两个辐射箱体连通，两个辐射箱体(2)均与观察箱体(3)连通；

在一个以上的辐射箱体(2)上开设有辐射窗(4)；

所述实验箱还包括可将多种辐射源分别移动至辐射窗(4)或将多种辐射源同时移动至辐射窗(4)的辐射添加单元，所述辐射添加单元上还设置有开闭辐射源的开闭单元；辐射添加单元的数量与辐射窗(4)的数量对应，开闭单元的数量与辐射源的数量对应；

所述辐射添加单元包括一个主轴(26)、移动至辐射窗的若干安装盘(5)、与安装盘(5)对应的套筒(27)和转动杆(28)；

所述安装盘(5)固接在套筒(27)的顶端，套筒(27)的侧壁与转动杆(28)的一端固接，转动杆(28)的另一端可转动的套接在主轴(26)上；所述若干转动杆(28)沿主轴(26)长度方向依次排列；

所述主轴(26)上固接有与转动杆(28)一一对应的弧板(29)，弧板(29)的两侧壁可在主轴(26)的带动下推动转动杆(28)转动；弧板(29)的长度Y的计算公式如下：

Y＝{360-(N-X)*(360/N)}*π*A/180；

式中N为转动杆(28)的数量，X为当前转动杆(28)从上至下的排列序号，A为转动杆(28)到主轴(26)轴心的距离；

主轴(26)正向或反向转动，若干弧板(29)的其中一个侧壁保持若干转动杆(28)以相同夹角的分布转动。

2.如权利要求1所述的基于组合多辐射源的量子退相干实验箱，其特征在于，所述实验箱还包括有用于辐射添加单元的第一安装箱体(6)和第二安装箱体(7)，第一安装箱体(6)与对应的辐射箱体(2)通过辐射窗(4)连通，第二安装箱体(7)安装在第一安装箱体(6)下方且与第一安装箱体(6)连通；安装盘(5)、主轴(26)、套筒(27)和转动杆(28)均位于第一安装箱体(6)内。

3.如权利要求2所述的基于组合多辐射源的量子退相干实验箱，其特征在于，所述实验箱还包括有齿盘(8)、太阳轮(9)、行星架(10)、电机(11)、与安装盘(5)一一对应的安装杆(12)和行星轮(13)；齿盘(8)、太阳轮(9)、行星架(10)、安装杆(12)和行星轮(13)均位于第一安装箱体(6)内，电机(11)位于第二安装箱体(7)内；

所述套筒(27)底端可活动的插接在安装杆(12)的顶端，安装杆(12)的底端均设置有一个可转动的行星轮(13)，且安装杆(12)位于行星轮(13)的中轴线上；

所述齿盘(8)固接在第一安装箱体(6)上，齿盘(8)的圆周边沿固接有一圈齿条(14)，齿条(14)的齿朝向齿盘(8)中心，齿盘(8)的中轴线与主轴(26)中轴线重合；

所述电机(11)通过升降单元可升降的安装在第二安装箱体(7)内，电机(11)的输出轴(15)可转动的伸入第一安装箱体(6)，且可与主轴(26)底端面连接；电机(11)的输出轴(15)顶端面设置有可与主轴(26)底端第一凹槽(30)传动连接的第一凸台(31)；

所述太阳轮(9)可转动的套装在电机(11)的输出轴(15)上，太阳轮(9)与电机输出轴(15)的连接处设置有可与电机输出轴(15)上第二凸台(32)传动连接的第二凹槽(33)，第二凸台(32)和第二凹槽(33)之间有不影响传动的预设间隙；太阳轮(9)的一个侧面固接有第一安装环台(16)，另一个侧面固接有第二安装环台(34)，第一安装环台(16)、第二安装环台(34)的中轴线与第二凹槽(33)的中轴线重合；第一安装环台(16)通过轴承(18)与第一安装箱体(6)转动连接，太阳轮(9)可转动的位于齿盘(8)内，太阳轮(9)的中轴线与齿盘(8)的中轴线重合；

所述行星轮(13)等间距的分布在齿条(14)和太阳轮(9)之间，且与齿条(14)和太阳轮(9)啮合；所述行星架(10)的中心固接在第二安装环台(34)上，行星架(10)的转臂(19)分别与一根安装杆(12)固接。

4.如权利要求3所述的基于可变单辐射源的量子退相干实验箱，其特征在于，所述开闭单元包括有固接在安装盘(5)上的内壳(20)，在内壳(20)的外壁可转动的套设有外壳(21)，内壳(20)和外壳(21)之间设置有扭簧(22)；扭簧(22)一端与内壳(20)底端面固接，另一端与外壳(21)内侧壁固接，在内壳(20)和外壳(21)上均开设有在扭簧(22)自然状态下开口相错的开口(23)，在外壳(21)的侧壁上还设置有齿环(24)，齿环(24)可与位于辐射窗(4)位置处的齿条(25)啮合，齿条(25)固接在实验辐射箱体(2)上。

5.如权利要求4所述的基于可变单辐射源的量子退相干实验箱，其特征在于，所述升降单元包括有第一底座(35)，第一底座(35)与地面垂直设置，电机(11)固定在第一底座(35)上，第一底座(35)一侧设置有第一滑块(36)，第二安装箱体(7)内侧壁上设置有第一滑槽(37)，第一滑块(36)可活动的位于第一滑槽(37)内；

所述升降单元还包括第二底座(38)，电机(11)与第二底座(38)保持接触，第二底座(38)位于第二安装箱体(7)底端面处，第二底座(38)底面固接有第一螺纹杆(39)，第一螺纹杆(39)穿过第二安装箱体(7)底面并固接有第一把手(40)，第二安装箱体(7)上设置有与第一螺纹杆(39)配合的螺纹。

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