CN113993268A

CN113993268A - 一种原子发生器

Info

Publication number: CN113993268A
Application number: CN202111490377.6A
Authority: CN
Inventors: 苏东波; 郑晨光; 周卓俊; 黄毛毛; 韩琢; 罗乐
Original assignee: Guangdong Qike Quantum Information Technology Research Institute Co ltd; Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Guangdong Qike Quantum Information Technology Research Institute Co ltd; Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-01-28

Abstract

本发明属于量子计算技术领域，提供一种原子发生器，包括：壳体；安装在所述壳体内的原子源及加热器；所述壳体一端设置有发射口，另一端通过封板封装；所述加热器加热所述原子源激发所述原子源发出原子，所述原子通过所述发射口射出所述壳体。加热器包裹原子源安装在壳体内，加热器加热原子源产生原子，整体结构紧凑，实现刀片型离子阱结构的紧凑化和一体化，有助于离子阱技术应用于产品化的设备上，促进生产力。

Description

一种原子发生器

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，尤其涉及一种原子发生器。

背景技术

在量子计算领域，基于囚禁离子的离子阱技术是实现量力计算的主流技术路径之一，它采用冷却到基态的离子作为量子比特，通过激光进行量子比特的操控和读取，为了提高离子的囚禁稳定性，延长量子比特的相干时间，常常需要将离子阱放置于超高真空腔内。为了进一步减少气体分子对囚禁离子的碰撞，采用超低温技术将离子阱冷却到液氦温区已经在行业内得到应用。在液氦温区的离子阱一方面能够进一步提高真空腔的真空度，减少残余气体分子，另一方面能够降低离子晶体加热，提高离子晶体的持续时间，进而延长量子比特相干时间，大大提高量子逻辑门的保真度。

刀片型离子阱作为线性保罗阱的形式之一，具有囚禁电场稳定、离子可控性强、进光角度多等优点，在离子阱量子计算中得到广泛应用。但是刀片型离子阱与平面型离子阱相比，由于四个刀片电极需要三维立体空间分布，在超低温超高真空系统中难以实现紧凑化和一体化。原子发生器是刀片型离子阱的重要组成部分，研究紧凑化和一体化结构的原子发生器对实现刀片型离子阱的结构紧凑化和一体化至关重要。

因此，亟需一种原子发生器，以实现刀片型离子阱结构的紧凑化和一体化，有助于离子阱技术应用于产品化的设备上，促进生产力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种原子发生器，包括：壳体；安装在所述壳体内的原子源及加热器；所述壳体一端设置有发射口，另一端通过封板封装；所述加热器加热所述原子源激发所述原子源发出原子，所述原子通过所述发射口射出所述壳体。

可选地，所述加热器包裹于所述原子源的外围。

可选地，所述加热器包括套管及电热丝，所述电热丝缠绕于所述套管的外表并通过接线柱穿过所述封板连接到电源，所述封板为绝缘体，所述套管套装所述原子源。

可选地，所述原子源为粉末状或固体状。

可选地，所述套管的外表面形成有螺旋状的凹槽，所述电热丝缠绕在所述凹槽。

可选地，所述套管采用陶瓷制造。

可选地，所述加热器的外围设置有隔热绝缘管。

可选地，所述壳体内部两端分别配置了弹簧，两个所述弹簧将所述原子源限制在所述壳体的中部。

可选地，所述壳体采用非磁性金属材料制造。

可选地，所述原子源采用钙、铯、铍及镱中的一种或多种金属制造。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的原子发生器，通过设置加热器包裹原子源安装在壳体内，加热器加热原子源产生原子，整体结构紧凑，实现刀片型离子阱结构的紧凑化和一体化，有助于离子阱技术应用于产品化的设备上，促进生产力。

附图说明

图1为本发明的原子发生器的整体示意图；

图2为本发明的原子发生器的A-A剖视示意图；

图3为本发明的原子发生器的整体结构爆炸示意图。

图示说明：

200、壳体；201、原子源；202、加热器；203、发射口；204、封板；205、外翻边；206、套管；207、电热丝；208、接线柱；209、开口端；210、隔热绝缘管；211、弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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中的具体含义。

此外，后续所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1-图3，本发明的实施例提供一种原子发生器，包括：壳体200；壳体200内安装有原子源201及加热器202；壳体200一端设置有发射口203，另一端通过封板204封装；加热器202加热原子源201激发原子源201发出原子，原子通过发射口203射出壳体200。发射口203位于离子阱装置的中心轴线方向上，距离离子阱装置中心比较近，以便原子能够快速精准地进入离子阱装置中心的囚禁区域，从而实现离子囚禁。

具体地，壳体200呈一端封闭一端开口的圆柱形腔体，其开口端209形成有外翻边205，开口端209通过封板204封闭安装，壳体200的封闭端设置有发射口203。壳体200可以无氧铜或不锈铜或其他非磁性的高导热的金属制造，优选地，壳体200采用无氧铜制造。壳体200可以对原子发生器整体进行热沉处理，将加热器202产生的热量导向冷源，避免热量流向离子阱装置，导致离子晶体的破坏。

进一步地，原子源201安装在壳体200的内部，用于产生原子粒子。原子源201可采用钙、铯、铍及镱中的一种或多种金属制造，优选地，原子源201采用钙金属制造。原子源201在加热时可以产生原子蒸汽，原子蒸汽中饱含大量原子粒子，原子粒子可以从发射口203喷射出壳体200进入离子阱装置的囚禁区域。

进一步地，原子源201可以为粉末状或固体状，实际运用中，为了更好地对原子源201进行加热及方便安装，将原子源201加工成圆柱或矩形柱体状。优选地，将原子源201加工成圆柱体状，可以方便安装及整体受热均匀，有利于离子阱装置产品化的应用。

进一步地，加热器202安装在壳体200的内部，加热器202包裹原子源201的外围，加热器202用于对原子源201加热，从而激发原子源201产生大量原子形成原子蒸汽，原子蒸汽从发射口203喷出进入离子阱装置的囚禁区域。具体地，加热器202包括套管206及电热丝207，电热丝207缠绕于套管206的外表并通过接线柱208穿过封板204连接到电源（未图示）。优选地，封板204为耐高低温的绝缘体，接线柱208穿过封板204紧密安装，或可以将接线柱208与封板204一次浇注成型，提高封板204的密封性。封板204可以通过螺栓或者焊接等方式与壳体200进行紧密安装，可选地，封板204通过螺栓连接安装在壳体200的外翻边205。为了进一步提高封板204的安装密封性，可以配置一个密封垫（未图示），以保证原子发生器的正常运作，并可延长设备或装置的整体使用寿命。

进一步地，套管206可以加工成一端开口一端封闭的柱体，同样的，或为圆柱体或为矩形柱体，优选的为圆柱体。套管206可以套装在原子源201的外围，开口端209被用于原子蒸汽扩散，套管206的外表面形成有螺旋状的凹槽（未图示），电热丝207缠绕在凹槽里，两个端头连接到接线柱208，接线柱208连接外部电源。具体地，套管206采用可导热高温绝缘材料制造，能够快速地将热量传递到原子源201上。优选的，套管206采用陶瓷制造，比如氮化铝或氮化硅陶瓷。陶瓷的热稳定性及导热性能均较好，非常适用于制造离子发生器的加热器202，提高生产效益，有利于离子阱装置或设备的产品化应用。

在一些实施例中，加热器202的外围设置有隔热绝缘管210，隔热绝缘管210可以加工成中空圆柱体，套装于套管206外围。隔热绝缘管210采用低导热率的绝缘材料，比如玻璃纤维、石棉或岩棉等。隔热绝缘管210的作用是在其内部电热丝207通电加热时，减缓热量向外的流失，使得电热丝207的热量能够最大限度被内部的原子源201吸收，提高加热效率。

在一些实施例中，壳体200内部两端分别配置了弹簧211，弹簧211可以为压缩的弹簧211，两个弹簧211将原子源201限制在壳体200的中部。配置弹簧211能够保证原子源201与发射孔之间存在一定的距离，使得原子蒸汽喷出时具有一定的方向性，避免原子对离子阱的污染；此外，弹簧211还可以保证电热丝207与外壳的有效绝缘距离，避免短路，保障离子阱装置或设备的正常运行，提高设备质量。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种原子发生器，其特征在于，包括：壳体；安装在所述壳体内的原子源及加热器；所述壳体一端设置有发射口，另一端通过封板封装；所述加热器加热所述原子源激发所述原子源发出原子，所述原子通过所述发射口射出所述壳体。

2.如权利要求1所述的原子发生器，其特征在于，所述加热器包裹于所述原子源的外围。

3.如权利要求2所述的原子发生器，其特征在于，所述加热器包括套管及电热丝，所述电热丝缠绕于所述套管的外表并通过接线柱穿过所述封板连接到电源，所述封板为绝缘体，所述套管套装所述原子源。

4.如权利要求3所述的原子发生器，其特征在于，所述原子源为粉末状或固体状。

5.如权利要求3所述的原子发生器，其特征在于，所述套管的外表面形成有螺旋状的凹槽，所述电热丝缠绕在所述凹槽。

6.如权利要求3所述的原子发生器，其特征在于，所述套管采用陶瓷制造。

7.如权利要求1所述的原子发生器，其特征在于，所述加热器的外围设置有隔热绝缘管。

8.如权利要求1所述的原子发生器，其特征在于，所述壳体内部两端分别配置了弹簧，两个所述弹簧将所述原子源限制在所述壳体的中部。

9.如权利要求1所述的原子发生器，其特征在于，所述壳体采用非磁性金属材料制造。

10.如权利要求1所述的原子发生器，其特征在于，所述原子源采用钙、铯、铍及镱中的一种或多种金属制造。