CN116092914B - 离子阱芯片快速更换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子阱芯片快速更换系统，包括：真空模块，真空模块内形成有真空腔，真空模块设有用于将真空腔与真空模块的外部选择性地连通的连接口，真空腔内设有安装座；芯片安装结构，芯片安装结构用于安装芯片，且芯片安装结构适于沿连接口的敞开方向与安装座拔插拆装。根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，通过设置彼此能够连通的真空腔和芯片更换腔，可保证二者之间真空度的统一性。同时，真空腔内固定安装有安装座，利用固定的安装座可保证芯片安装结构在安装或拆卸地过程中不易发生晃动、偏移等状况。以及，通过安装座与芯片安装结构的拔插配合可保证芯片安装结构能够在真空腔内保持稳定的状态，从而有利于芯片的正常工作。

Description

离子阱芯片快速更换系统

技术领域

本公开涉及离子阱芯片制造技术领域，尤其涉及一种离子阱芯片快速更换系统。

背景技术

芯片在加工完成后需要安装到离子阱系统中进行测试，而在现有技术中，芯片在安装后需要进行长达10-15天的抽真空作业，才能使离子阱系统的真空度达到预期要求，且在更换芯片时，还会破坏离子阱系统的真空度，使得再次实现超高真空环境时需要较长周期的抽真空作业，同时外界环境中的各种杂质也会严重污染离子阱系统，使得离子阱系统在进行清洗除杂时也需要很长的作业周期以及巨大的工作量。以及，相关及技术中，利用开闭真空腔进行更换芯片的过程中，仍然存在芯片在更换时会与外界环境接触的情况，如此，仍存在外界环境与真空腔的接触风险导致真空腔受到破坏的情况。因此，存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种离子阱芯片快速更换系统，可极大降低芯片更换过程中真空腔的被污染风险。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，包括：真空模块，所述真空模块内形成有真空腔，所述真空模块设有用于将所述真空腔与所述真空模块的外部选择性地连通的连接口，所述真空腔内设有安装座；芯片安装结构，所述芯片安装结构用于安装芯片，且所述芯片安装结构适于沿所述连接口的敞开方向与所述安装座拔插拆装。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，通过设置彼此能够连通的真空腔和芯片更换腔，可保证二者之间真空度的统一性。同时，真空腔内固定安装有安装座，利用固定的安装座可保证芯片安装结构在安装或拆卸地过程中不易发生晃动、偏移等状况。以及，安装座与芯片安装结构为拔插配合，因而当芯片安装结构安装后，芯片安装结构能够在真空腔内保持稳定的状态，从而有利于芯片的正常工作。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述芯片安装结构包括电路板和芯片支架，所述芯片支架用于承载芯片，所述电路板与所述安装座拔插配合，所述芯片支架安装于所述电路板上。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述安装座设有滑动插槽，所述电路板与所述滑动插槽滑动配合。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述电路板设有金手指，所述安装座设有电接触片，所述电接触片限定出与所述滑动插槽连通的电连接插槽，所述电路板适于沿所述滑动插槽滑动至所述金手指与所述电连接插槽插接配合。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述芯片安装结构还包括连接于所述电路板底部的支架底托，所述安装座设有与所述滑动插槽连通的底托槽，所述支架底托适于支撑于所述底托槽的内底壁。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述电路板的宽度大于所述支架底托的宽度。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述支架底托设置有底托镂空部。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述支架底托的顶部设有底托支脚，所述芯片支架的底部设有支架支脚，所述底托支脚与所述支架支脚一一对应。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述电路板朝向所述金手指的一端构造为楔形结构。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述安装座包括上座体和下座体，所述上座体与所述下座体拼接相连，所述滑动插槽形成于所述上座体与所述下座体的连接处。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述电路板的顶面的两侧均设有RF接电镀层和DC接电镀层，所述RF接电镀层和所述DC接电镀层的分布方向与阱芯片所构成的囚禁场轴向相同。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述电路板的衬底材料为氧化锆陶瓷材料。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统，所述安装座设有用于嵌入铜片的接电缺口。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统的侧视图；

图3是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统的俯视图；

图4是根据本发明实施例的抓取机构抓取芯片安装结构时的效果图；

图5是根据本发明实施例的另一种抓取机构抓取芯片安装结构时的效果图；

图6是根据本发明实施例的安装座的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的安装座中的上座体的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的安装座中的下座体的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的芯片安装结构安装于安装座时的效果图；

图10是根据本发明实施例的芯片安装结构插接于电连接插槽时的效果图；

图11是根据本发明实施例的芯片安装结构的结构示意图；

图12是根据本发明实施例的定位套管套设于芯片安装结构的效果图；

图13是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统中第一种更换芯片方法的流程图；

图14是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统中第二种更换芯片方法的流程图；

图15是根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统中第三种更换芯片方法的流程图。

附图标记：

离子阱芯片快速更换系统100，

真空模块1，真空腔11，

更换模块2，芯片更换腔21，安装口22，更换口23，定位套管231，活动管腔2311，限位部2312，定位槽2313，支撑槽2314，

第一活动座3，第一阀板31，第一活动口32，第一操作旋钮33，

抓取机构4，夹持部41，固定板411，活动板412，卡接凸起4121，传动杆42，旋转轴421，真空壳体43，杆驱动件44，

安装座5，上座体51，限位凸起511，下座体52，限位凹槽521，滑动插槽522，电接触片523，电连接插槽524，底托槽525，接电缺口53，

第二活动座6，第二阀板61，第二活动口62，第二操作旋钮63，

芯片安装结构200，电路板201，金手指2011，RF接电镀层2012，DC接电镀层2013，

芯片支架202，支架支脚2021，支架底托203，底托镂空部2031，底托支脚2032。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如无特殊的说明，本申请中的前后方向为离子阱芯片快速更换系统100的纵向，即X向；左右方向为离子阱芯片快速更换系统100的横向，即Y向；上下方向为离子阱芯片快速更换系统100的竖向，即Z向。

下面参考图1-图15描述根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统100，包括：真空模块1、更换模块2以及第一阀板31。需要说明的是，如图1所示，真空模块1内形成有真空腔11，即真空模块1构造为具有超高真空腔11的环形结构，使得真空模块1内部可达到UHV等级的真空环境，从而保证真空模块1所形成的超高真空腔11能够为芯片提供超高真空环境，进而保证芯片安装在真空模块1内时能够顺利的进行工作，实现量子比特操控与读出。

以及，更换模块2内形成有芯片更换腔21，更换模块2构造为具有芯片更换腔21的三角阀状结构。其中，芯片更换腔21的内部可达到高真空环境。在实际工作中，因芯片更换腔21内能够提供高真空环境，使得已拆卸的芯片和待安装的芯片可以在更换模块2内进行存放并实现更换操作。其中，更换模块2设有与芯片更换腔21连通的抽真空口，拆卸的芯片以及待安装的芯片均可从抽真空口处通过，从而实现更换任务。

也就是说，在实际安装中，将更换模块2与真空模块1相连，使得抽真空口处于更换模块2以及真空模块1之间，且真空腔11和芯片更换腔21可通过抽真空口连通。由此，在更换芯片的过程中可保证真空腔11的环境未受到明显污染，避免影响芯片的正常工作。

以及，第一阀板31构造为方形板件结构。在实际安装中，将第一阀板31安装于更换模块2与真空模块1的连接处，使得第一阀板31可用于选择性地隔断芯片更换腔21与真空腔11，从而保证真空腔11始终处于超高真空环境，避免芯片更换腔21的真空环境影响真空腔11的真空环境，从而起到阻隔作用。同时，第一阀板31构造为可控阀板，可根据实验要求进行实时操控第一阀板31的起落升降，从而利于更换芯片的操作，提高安装效率，减小工作量。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统100，通过设置彼此能够连通的真空腔11和芯片更换腔21，可保证二者之间真空度的统一性。同时，真空腔11内固定安装有安装座5，利用固定的安装座5可保证芯片安装结构200在安装或拆卸地过程中不易发生晃动、偏移等状况。以及，安装座5与芯片安装结构200为拔插配合，因而当芯片安装结构200安装后，芯片安装结构200能够在真空腔11内保持稳定的状态，从而有利于芯片的正常工作。

在一些实施例中，更换模块2与真空模块1的连接处设有第一活动座3，第一活动座3设有与芯片更换腔21、真空腔11连通的第一活动口32，第一阀板31可活动地安装于第一活动口32处且适于选择性地伸至芯片更换腔21与真空腔11的连通处。需要说明的是，如图2所示，第一活动口32构造为圆形通孔，且使得第一阀板31连接于第一活动口32处以形成第一活动座3。其中，第一阀板31在选择性地连通真空腔11和芯片更换腔21的过程中可保证第一活动口32始终处于密封状态，从而保证真空腔11以及芯片更换腔21的真空环境不受到外界环境的污染和破坏，同时第一阀板31的宽度大于第一活动口32的直径，从而保证第一阀板31在遮挡第一活动口32时可达到绝对密封效果。

在一些实施例中，第一活动座3设有第一操作旋钮33，第一操作旋钮33位于第一活动座3的外侧且与第一阀板31相连，第一操作旋钮33适于在转动过程中带动第一阀板31相对于第一活动口32升降。需要说明的是，如图3所示，第一操作旋钮33设置在第一阀板31的顶部，且第一操作旋钮33与第一阀板31螺纹连接，使得第一操作旋钮33在发生扭转地过程中能够推进或提拉第一阀板31进行升降，从而实现打开或关闭第一活动口32的目的。

也就是说，通过旋转第一操作旋钮33可使得第一阀板31畅通或闭塞，如本实施例中，当顺时针旋转第一操作旋钮33时，第一阀板31开始下降，继续旋转第一操作旋钮33，使第一阀板31底部低于第一活动口32的最下端，从而达到闭塞真空腔11和芯片更换腔21。当逆时针旋转第一操作旋钮33时，第一阀板31开始上升，继续旋转第一操作旋钮33，使第一阀板31的底部高于第一活动口32的最上端，从而达到畅通真空腔11和芯片更换腔21。

在一些实施例中，离子阱芯片快速更换系统100还包括：抓取机构4，抓取机构4设置于更换模块2，且抓取机构4设有可活动的夹持部41，夹持部41用于夹持芯片安装结构200在芯片更换腔21与真空腔11之间运动。

需要说明的是，抓取机构4整体构造为杆件结构并且安装于更换模块2背离真空模块1的一侧，且抓取机构4能够可拆卸地安装于更换模块2。也就是说，当抓取机构4从更换模块2上拆卸后，可将待安装的芯片与已拆卸的芯片进行更换操作，然后再将抓取机构4装回更换模块2进而实现下一步的操作。

其中，抓取机构4设有可活动的夹持部41，夹持部41用于夹持芯片安装结构200在芯片更换腔21与真空腔11之间运动，使得芯片安装结构200能够从真空腔11内脱出或安装，从而完成更换芯片的过程。

在一些实施例中，抓取机构4还包括传动杆42、真空壳体43和杆驱动件44，夹持部41连接于传动杆42的一端，杆驱动件44与传动杆42的另一端相连且用于驱动传动杆42轴向伸缩，传动杆42的轴向与芯片安装结构200的拔插拆装方向平行，真空壳体43与杆驱动件44相连。

可以理解的是，传动杆42用于控制夹持部41使得夹持部41能够随传动杆42同时进行轴向伸缩运动，真空壳体43用于提供保护作用，杆驱动件44内设置有动力元件，可向传动杆42提供驱动力以控制传动杆42能够进行轴向伸缩运动。

具体地，可将夹持部41连接于传动杆42的一端，将杆驱动件44与传动杆42的另一端相连，而真空壳体43与杆驱动件44相连，将真空壳体43套设于传动杆42外且用于与更换模块2密封配合。

由此，将抓取机构4与更换模块2相连后，同时杆驱动件44驱动传动杆42进行伸缩运动，使得传动杆42端部的夹持部41与真空腔11内的芯片安装结构200发生接触并夹持住芯片安装结构200，然后再通过杆驱动件44驱动传动杆42复位，从而完成拆卸真空腔11内的芯片安装结构200的目的。继续地，将芯片安装结构200上的芯片进行更换后，再利用杆驱动件44驱动传动杆42进行伸缩运动，使得夹持部41能够抓住芯片安装结构200在真空腔11内运动，随即便可将芯片安装结构200安装于真空腔11。

以及，更换模块2在背离真空模块1的一端设有安装口22，传动杆42穿设于安装口22处。需要说明的是，如图3所示，安装口22为圆形且安装口22的半径大于传动杆42的半径可保证传动杆42能够顺利通过安装口22实现抓取工作。

其中，真空壳体43套设于传动杆42外且与安装口22的内周壁密封配合。可以理解的是，更换模块2在安装口22的外周壁设置有径向翻边，且真空壳体43相抵于安装口22的端部也设置有径向翻边，从而可通过更换模块2与真空壳体43的径向翻边彼此相抵以加强安装口22处的密封效果，进而保证更换模块2内部的芯片更换腔21的真空环境不受到破坏或污染。

在一些实施例中，安装口22、芯片更换腔21和真空腔11沿传动杆42的伸缩方向依次连通。也就是说，如图2所示，安装口22、芯片更换腔21和真空腔11均在同一方向上依次设置，且均与传动杆42的伸缩方向保持一致，同时使得安装口22的位置与芯片更换腔21和真空腔11在相连处的位置为正对设置，从而保证传动杆42能够自由地在真空腔11和芯片更换腔21之中来回进行伸缩运动。

其中，第一活动口32的位置还与安装口22的位置对齐，从而保证传动杆42能够从安装口22处延伸至第一活动口32。同时，第一活动口32的直径还大于传动杆42端部直径和芯片安装结构200的径向尺寸，可保证芯片安装结构200能够顺利地从真空腔11移动至芯片更换腔21。

在一些实施例中，夹持部41包括固定板411和活动板412，固定板411与传动杆42的端部固定相连，需要说明的是，如图4所示，固定板411和活动板412均构造为条形板，且均设置于传动杆42的端部处。其中，将固定板411在传动杆42端部上的高度低于芯片安装结构200在真空腔11上的高度，也就是说，使固定板411地顶面可与芯片安装结构200中的底面相抵，从而当伸缩杆进行伸缩运动时，可避免夹持部41的固定板411与芯片相碰导致夹持部41不能抓取芯片安装结构200的问题。

以及，活动板412与固定板411可转动地相连且适于朝靠近或远离固定板411的方向转动，且活动板412朝向固定板411的一侧设有卡接凸起4121。也就是说，活动板412与固定板411均为传动杆42端部上凸出设置的板件结构，而活动板412可以连接处为圆心进行转动，使得活动板412在转动的过程中能够夹持住芯片安装结构200。同时，卡接凸起4121的端部为倒钩设计，使得卡接凸起4121与芯片安装结构200在相抵时产生的压强较大，即增大了卡接凸起4121施加给芯片安装结构200的夹持力，从而保证夹持过程中芯片安装结构200在移动中不易轻易脱落，保证运动过程的稳定性。

在另一些实施例中，夹持部41为多个，且多个夹持部41可转动地连接于传动杆42，多个夹持部41中的任意一个均可转动至朝向芯片安装结构200的安装位置。需要说明的是，如图5所示，多个夹持部41绕转动轴线可转动地连接于传动杆42的一端，传动杆42用于控制夹持部41使得夹持部41能够随传动杆42同时进行伸缩运动。同时，在传动杆42的一端设置有旋转轴421，旋转轴421与传动杆42转动连接，而多个夹持部41固定连接于旋转轴421的端面上，使得旋转轴421相对于传动杆42转动的同时，旋转轴421上的夹持部41能够相对于传动杆42进行转动，进而夹持部41所夹持的芯片安装结构200可相对于传动杆42进行转动。

由此，在传动杆42的驱动作用下，芯片安装结构200能够在芯片更换腔21以及真空腔11内进行伸缩运动以及旋转运动，利用伸缩运动进行安装和拆卸芯片安装结构200，利用旋转运动进行更换芯片安装结构200，从而实现更换芯片这一过程。

也就是说，当传动杆42驱动夹持部41完成拆卸真空腔11内的芯片安装结构200后，传动杆42将夹持部41复位至芯片更换腔21，此时旋转轴421转动，使得已拆卸的芯片安装结构200脱离安装轨道，待安装的芯片安装结构200转动至安装轨道，随即杆驱动件44驱动传动杆42进行伸展运动，使得夹持部41上的待安装芯片安装结构200抵达真空腔11上的安装位置并安装配合，然后夹持部41松开芯片安装结构200，杆驱动件44驱动传动杆42缩进芯片更换腔21，从而实现整个更换过程。

在另一些实施例中，多个夹持部41围绕转动轴线设置，且在转动轴线的周向上均匀地间隔开分布。也就是说，如图5所示，多个夹持部41均围绕旋转轴421的轴心周向分布，且使得任意相邻的两个夹持部41之间的圆心角相同，从而保证任意相邻的两个夹持部41之间的距离相同。其中，旋转轴421上的所有夹持部41均与旋转轴421固定连接，使得旋转轴421转动的过程中，所有的夹持部41均同时运动。

由此，当已拆卸的芯片安装结构200在进行转动任意角度时，与其相邻的夹持部41所转动的角度将保持一致，当相邻的且携带有待安装的芯片安装结构200的夹持部41转动至与传动杆42伸缩方向相同的方向时停止转动，即旋转轴421旋转了相邻两个夹持部41之间的角度，此时再次推进传动杆42即可完成芯片安装结构200的安装。

可以理解的是，当旋转轴421上设置四个夹持部41时，相邻两个夹持部41之间的角度保持一致，即为90度，由此，在进行转动更换芯片安装结构200时，旋转轴421旋转90度即可。或者，在旋转轴421上设置五个夹持部41，则相邻的两个夹持部41之间的角度为72度，更换时旋转72度即可，或旋转轴421上设置六个夹持部41，相邻的两个夹持部41之间的角度为60度，更换时旋转60度即可，或者也可设置更多个夹持部41。由此，具体夹持部41的数量可根据实际需要进行设置，本实施例对此不做限制。

可以理解的是，将夹持部41均匀的周向分布有利于降低旋转轴421转动角度时的容错率，即可通过设定相同的角度以节省人工调试角度的时间，也有利于通过转角程度统计芯片更换腔21内的剩余待安装芯片安装结构的数量，从而节省了时间成本和人工成本。

在另一些实施例中，夹持部41呈多组分布，每组的夹持部41为两个且两个夹持部41在转动轴线的径向上正对分布。也就是说，如图5所示，本实施例中的每组夹持部41均围绕旋转轴421对称分布，即一组夹持部41包括两个夹持部41，且每组夹持部41中的两个夹持部41均过轴心，如此，当多组夹持部41固定于旋转轴421上时，才可保证相邻的两组夹持部41之间的角度相同，保证多组夹持部41均匀地周向分布，进而可保证相邻的两个夹持部41之间的角度相同，即保证相邻的两个夹持部41的距离相同。

在另一些实施例中，多个夹持部41的固定板411位于同一水平高度。也就是说，如图5所示，每个夹持部41的构造相同，且旋转轴421水平安装于传动杆42的端部，当所有夹持部41均安装于旋转轴421上时，每组夹持部41中的固定板411均与传动杆42的端面相抵，从而保证了每组夹持部41中的固定板411均相对于传动杆42保持同一高度。

如此，可保证在转动携带有已拆卸的芯片安装结构200的夹持部41时，相邻的携带有待安装的芯片安装结构200的夹持部41在转动至安装位置时能够准确无误地在真空腔11内完成对芯片安装结构200的安装，避免转动时夹持部41出现高度偏差，导致无法安装的问题。

在一些实施例中，更换模块2设有更换口23。可以理解的是，如图3所示，更换口23构造为圆形孔，且更换口23的直径大小大于芯片安装结构200的径向尺寸。如此，可将拆卸下的芯片安装结构200从更换口23处移出更换模块2，且可将待安装的芯片安装结构200从更换口23处放置在更换模块2内以完成更换芯片的过程。

其中，更换口23处可活动地安装有第二阀板61，且用于选择性地封闭更换口23。需要说明的是，如图3所示，第二阀板61构造为方形板件结构。在实际安装中，如图3所示，将第二阀板61安装于更换模块2中不同于第一阀板31的一侧，且使第二阀板61用于选择性地隔断芯片更换腔21与外界环境，从而便于调整芯片更换腔21的真空环境，使得芯片更换腔21在更换芯片后能够保持密闭空间，从而起到阻隔作用后进行改善芯片更换腔21的真空环境。

同时，第二阀板61设计为可控阀板，可根据实验要求进行实时操控第二阀板61的起落升降，从而利于更换芯片的操作，保证真空环境的稳定。

具体地，在更换模块2上还设有第二活动座6，第二活动座6设有与更换口23连通的第二活动口62，第二活动座6上设置第二阀板61，使得第二阀板61能够活动地安装于第二活动口62处进行选择性地伸至更换口23。需要说明的是，第二活动口62构造为圆形通孔，且使得第二阀板61连接于第二活动口62处以形成第二活动座6。其中，第二阀板61在选择性的连通芯片更换腔21和外界环境的过程中可保证第二活动口62始终处于密封状态。同时，第二翻版的宽度大于第二活动口62的直径，从而保证第二阀板61在遮挡第二活动口62时可达到绝对密封的效果。

在一些实施例中，第二活动座6设有第二操作旋钮63，第二操作旋钮63位于第二活动座6的外侧且与第二翻版相连。第二操作旋钮63适于在转动过程中带动第二翻版相对于第二活动口62升降。需要说明的是没，如图3所示，第二操作旋钮63设置在第二阀板61的顶部，且第二操作旋钮63和第二阀板61通过螺纹连接，使得第二操作旋钮63在发生扭转的过程中能够推进或提拉第二阀板61进行升将，从而实现打开或关闭第二活动口62的目的。

也就是说，通过旋转第二操作旋钮63可使得第二阀板61畅通或闭塞，如本实施例中，当顺时针旋转第二操作旋钮63时，第二阀板61开始下降，继续旋转第二操作旋钮63，使第二阀板61底部低于第二活动口62的最下端，从而达到闭塞芯片更换腔21和外界环境。当逆时针旋转第二操作旋钮63时，第二阀板61开始上升，继续旋转第二操作旋钮63，使第二阀板61的底部高于第二活动口62的最上端，从而使得芯片更换腔21和外界环境连通。

在一些实施例中，安装口22的敞开方向与更换口23的敞开方向垂直。需要说明的是，如图3所示，安装口22与真空腔11在同一方向上保持水平，而更换口23在芯片更换腔21的一侧以确保能够拿出芯片安装结构200即可。其中，在本实施例中，将更换口23设置在芯片安装结构200的Y向一侧，使得安装口22、第二活动口62均为X向，从而使得更换口23与安装口22相互垂直。

可以理解的是，更换口23与安装口22以垂直角度设置可避免抓取机构4在工作过程中受到其他结构影响自由度的问题。同时，垂直角度设置更换口23和安装口22，使更换口23到芯片更换腔21中心的距离更短，可节约制造成本且有利于更换芯片安装结构200的取出和安装等操作。

在一些实施例中，真空腔11中设置有安装座5，安装座5用于与芯片安装结构200拔插相连且拔插的方向朝向芯片更换腔21。也就是说，将安装座5安装于真空腔11内，芯片安装结构200安装于安装座5上以进行正常的工作。同时，安装座5在真空腔11内固定且保证安装座5的拔插口与芯片更换腔21保持一致，从而使得芯片安装结构200能够与安装座5进行拔插相连，且保证芯片安装结构200与安装座5进行拔插配合的过程不会发生偏移，避免电连接失败或连接不稳定等状况，进而影响芯片的工作。

在一些实施例中，芯片安装结构200包括电路板201和芯片支架202，芯片支架202用于承载芯片，电路板201与安装座5拔插配合，需要说明的是，如图9及图10所示，电路板201构造为矩形板，且将芯片支架202固定安装于电路板201的顶端。由此，可通过电路板201与安装座5进行拔插配合即可带动芯片支架202在安装座5上活动，从而完成拆卸或者更换的过程。

以及，芯片支架202安装于电路板201上。也就是说，如图10所示，将芯片支架202安装在电路板201上，且利用芯片支架202的承载作用以将芯片安装于芯片支架202上，使得芯片支架202能够对芯片电极起到支撑和定位的作用。从而便于芯片电极的安装和定位，从而便于芯片与电路板201的电连接。

在一些实施例中，安装座5设有滑动插槽522，电路板201与滑动插槽522滑动配合。需要说明的是，如图8所示，滑动插槽522的宽度与电路板201的宽度相同，使得电路板201能够滑动插接于滑动插槽522内，从而实现卡接电路板201，达到固定芯片安装结构200的目的。以及，滑动插槽522的长度小于电路板201的长度，使得电路板201与滑动插槽522配合滑动配合后，电路板201的一端能够突出于滑动插槽522一部分。

也就是说，电路板201在滑动插槽522内滑动配合后，电路板201的另一端还能够凸出安装座5一部分。由此，可保证电路板201的凸出部分能够被夹持部41所夹持，从而保证夹持部41能够将力传动至电路板201以驱动电路板201在滑动插槽522上以动，进而实现电路板201与安装座5的完美配合，保证芯片与电路板201之间稳定的电连接。

在一些实施例中，安装座5包括上座体51和下座体52，上座体51与下座体52拼接相连。需要说明的是，如图6所示，上座体51构造为U形板结构，下座体52构造为中间区域具有凹槽的板件结构。其中，上座体51在端部构造有朝向下座体52方向的限位凸起511，而下座体52在对应位置处设置有限位凹槽521。当上座体51与下座体52贴合安装时，限位凸起511与限位凹槽521配合可保证上座体51与下座体52的固定连接。

其中，滑动插槽522形成于上座体51与下座体52的连接处，即滑动插槽522形成于下座体52与上座体51相连的旁侧。具体地，在下座体52的中心位置处构造有矩形凹槽，下座体52的Y向两端分别与上座体51相抵并进行拼接固定。

在一些实施例中，电路板201的衬底材料为氧化锆陶瓷材料。可以理解的是，氧化锆陶瓷材料，其介质损耗只有玻璃的1/20，可以有效降低电路板201的射频损耗，且可提高电路板201的电压承受能力，降低电路板201的等效电容。同时，相较于其他材料，如硅胶材料、氮化铝或氧化铝等材料。氧化锆陶瓷材料的韧性、密度、抗弯强度以及断裂韧性等参数均更优，从而保证电路板201不会轻易因外力而发生损坏，提高了电路板201的抗压抗摔能力，且提高了电路板201得韧性以及键合压焊过程中的成品率，使得电路板201具有更高的耐磨性能以及耐高温性能。

在一些实施例中，电路板201设有金手指2011，安装座5设有电接触片523，电接触片523限定出与滑动插槽522连通的电连接插槽524，电路板201适于沿滑动插槽522滑动至金手指2011与电连接插槽524插接配合。需要说明的是，如图11所示，电路板201在端部设置有金手指2011，安装座5包括的底板且在底板端部设置有电接触片523，使金手指2011在电路板201上的分布位置与电接触片523在底板上的分布位置保持相同设计。同时，使电接触片523构造为具有电连接插槽524的凹槽结构。

由此，在实际安装中，将电路板201沿滑动插槽522滑动至与电接触片523相抵，随即继续推动电路板201继续前进，使得电路板201进入电连接插槽524内并达到极限位置。此时，电路板201上的金手指2011可与安装座5上的电接触片523相配合，从而实现二者之间的电连接，即连接外部电源以控制电路。

在一些实施例中，电路板201朝向金手指2011的一端构造为楔形结构。可以理解的是，在实际加工中，通过将电路板201朝向金手指2011的一端构造为楔型结构有利于导向，提高芯片的安装容错率。

在一些实施例中，电路板201的顶面的两侧均设有RF接电镀层2012和DC接电镀层2013，RF接电镀层2012和DC接电镀层2013的分布方向与阱芯片所构成的囚禁场轴向相同。需要说明的是，如图11所示，将RF接电镀层2012和DC接电镀层2013设置有在电路板201的Y向两侧，且与芯片的所形成的囚禁场轴向一致。由此，有利于缩短芯片电极片与电路板201之间的接线距离，从而降低线路产生的电磁信号干扰，并且有利于减少布线占用的空间，使得激光光路能够拥有更多选择的入阱空间位点。

在一些实施例中，安装座5设有用于嵌入铜片的接电缺口53。需要说明的是，如图7及图8所示，在上座体51的限位凸起511与下座体52的限位凹槽521处沿X向对称的一端均设置有接电缺口53。接电缺口53为矩形通口，可使得上座体51与下座体52在拼接后，唯有接电缺口53能够连通安装座5内部与外界。由此，可在接电缺口53处嵌入铜片，从而便于安装座5上的接电镀层与芯片电极之间的电连接。

在一些实施例中，芯片安装结构200还包括连接于电路板201底部的支架底托203，安装座5设有与滑动插槽522连通的底托槽525，支架底托203适于支撑于底托槽525的内底壁。需要说明的是，如图10所示，支架底托203连接于电路板201底部中心位置处，从而保证芯片安装结构200受力均匀。

具体地，支架底托203的大小与下座体52所形成的底托槽525大小相同。可以理解的是，底托槽525为滑动插槽522中心位置处构造出的凹槽结构，使得下座体52从Z向上形成阶梯状的结构。

其中，将底托槽525在滑动插槽522上的相对位置与支架底托203在电路板201上的相对位置保持相同，从而保证支架底托203能够滑动插接至底托槽525的内底壁的同时，还能保证电路板201能够滑动插接至滑动插槽522内。

由此，当支架底托203到达底托槽525的极限位置时停止，此时电路板201完全插接至滑动插槽522，且金手指2011也完全插接至电连接插槽524内，从而使得电路板201的金手指2011可与下座体52上的电接触片523相配合，同时电路板201上的电镀层与芯片上的电极相配合，进而实现芯片的安装过程，如此，可保证芯片的正常工作。

在一些实施例中，电路板201的宽度大于支架底托203的宽度，且支架底托203的长度也大于支架底托203的长度。可以理解的是，支架底托203可由结构强度较高的材料制成，使得支架底托203能够提供较大的结构强度，从而可减小支架底托203的体积，从而有利于减少芯片安装结构200整体的体积和重量。

在一些实施例中，支架底托203设置有底托镂空部2031。需要说明的是，如图10所示，支架底托203的中心位置处设置有底托镂空部2031，使得支架底托203的内部形成空心结构，从而进一步的减轻支架底托203的重量，从而减少了夹持部41所需要施加的驱动力的大小，便于更快更安全的实现拆卸及安装操作。

在一些实施例中，支架底托203的顶部设有底托支脚2032，芯片支架202的底部设有支架支脚2021，底托支脚2032与支架支脚2021一一对应。需要说明的是，底托支脚2032与支架支脚2021均与电路板201接触，将底托支架与支架支脚2021在电路板201的上下两端一一对应，有利于保证芯片安装结构200在移动或拆装芯片时，电路板201所受到的力较为均匀，从而避免电路板201因受力不均匀而出现倾斜、弯折等问题，进而提高电路板201的使用寿命。

在一实施例中，离子阱芯片快速更换系统100还包括用于给抓取机构4喂送芯片安装结构200的定位套管231，定位套管231具有保持芯片安装结构200喂送姿态的限位结构。需要说明的是，定位套管231可由塑胶材料构而成的圆环状结构，使得定位套管231能够发生弹性形变，在安装时更为简单方便，且不易损坏。同时，软质的定位套管231在安装后能够对芯片安装结构200提高保护，使得芯片安装结构200发生磕碰时，可通过定位套管231进行缓冲抵挡，削弱碰撞的能量以达到保护芯片安装结构200不受到破坏。

以及，定位套管231具有的限位结构可保证芯片安装结构200在运动过程中的姿态不发生变化，使得芯片安装结构200能够准确的定位并且在真空腔11内完成安装过程，从而提高安装过程的效率，保证安装过程的稳定性。

在一些实施例中，还包括用于放置定位套管231的更换口23，定位套管231与安装口22的内周壁周向限位配合。需要说明的是，如图12所示，定位套管231的外径大小与更换口23的内径大小相同，使得定位套管231能够适配安装于更换口23上，从而保证二者的密封性，可进一步地保证真空环境地稳定性。

在一些实施例中，定位套管231内形成有活动管腔2311和与活动管腔2311连通的定位槽2313，芯片安装结构200与定位槽2313滑动定位配合。需要说明的是，如图12所示，定位套管231内部形成有两个限位部2312，两个限位部2312均设置在活动管腔2311的下端并对称分布，使得芯片安装结构200可与限位部2312限位低压以实现固定芯片安装结构200的目的。

具体地，两个限位部2312均设置有相同大小的定位槽2313，且两个定位槽2313相对于定位管腔水平对称分布，使得两个定位槽2313之间的距离可与电路板201的宽度保持一致，如此，当芯片安装结构200进入到活动管腔2311时，电路板201与水平方向上的两个定位槽2313滑动插接配合，可保证芯片安装结构200进入芯片更换腔21时的姿势保持水平，从而有利于芯片安装结构200更准确的与芯片更换腔21内的夹持部41进行夹持配合，进而有利于准确的在真空腔11内准确的与安装座5配合安装，减少芯片安装结构200与安装座5之间的不确定性受力，便于离子阱系统的快速寻址。

其中，当芯片安装结构200进入更换口23 与定位套管231滑动插接后，定位套管231将跟随芯片安装结构200同时运动。当芯片安装结构200准确的放置于夹持部41上时，将定位套管231从芯片更换腔21内移出至更换口23 处，从而为下一次更换芯片安装结构200做准备。

在一些实施例中，定位套管231内还形成有与定位槽2313连通的支撑槽2314，支架底托203滑动支撑于支撑槽2314。需要说明的是，如图12所示，每个限位部2312上均设置有一个支撑槽2314，两个支撑槽2314水平对称分布，且两个支撑槽2314分别设置在两个定位槽2313的下方，同时保证两个支撑槽2314之间的距离与支架底托203的宽度相同，使得支架底托203可与支撑槽2314滑动配合，从而利于支撑槽2314对支架底托203提供支撑力，减少定位槽2313的支撑力，进而保护电路板201，避免电路板201受力过大发生弯折或断裂等风险，提高芯片安装结构200的安装精准度。

根据本发明实施例的离子阱芯片快速更换系统100，包括有如下几种更换芯片的实施例：

第一种：利用抓取机构4的拆卸实现更换芯片。

也就是说，如图13所示，利用抓取机构4于更换模块2的拆卸过程使得芯片安装结构200被取出外界并实现更换芯片支架202上的芯片的过程，具体的操作过程如下：

F1：将芯片更换腔21抽真空至与真空腔11相同的真空环境或者高于真空腔11的真空环境。

F2：打开第一阀板31，将抓取机构4中的夹持部41伸至真空腔11并抓取芯片安装结构200，使得芯片安装结构200从真空腔11内脱出至芯片更换腔21。

F3：关闭第一阀板31，将抓取机构4从芯片更换腔21上拆卸下来，然后将夹持部41所夹持的芯片安装结构200上的芯片进行更换。

F4：将夹持有芯片安装结构200的抓取机构4重新安装回芯片更换腔21，然后将芯片更换腔21抽真空至与真空腔11相同的真空环境。

F5：打开第一阀板31，将抓取机构4上的芯片安装结构200安装于真空腔11，随即抓取机构4复位至芯片安装腔。

F6：关闭第一阀板31，检测真空腔11的真空环境，若真空环境的真空度较低则抽真空至符合要求的参数环境。

第二种：在更换口23处拆卸芯片安装结构200实现更换芯片。

也就是说，如图14所示，当抓取机构4将芯片安装结构200移动至芯片更换腔21后，通过打开更换口23，从而将芯片安装结构200从芯片更换腔21内拿出，进而将芯片支架202上的芯片进行更换的过程，具体地操作过程如下：

S1：将芯片更换腔21抽真空至与真空腔11相同的真空环境或者高于真空腔11的真空环境。

S2：打开第一阀板31，将抓取机构4中的夹持部41伸至真空腔11并抓取芯片安装结构200，使得芯片安装结构200从真空腔11内脱出至芯片更换腔21。

S3：关闭第一阀板31，打开第二阀板61，将抓取机构4中夹持部41上的芯片安装结构200从更换口23处拿出，并将芯片安装结构200上的芯片进行更换。

S4：将待安装的芯片安装结构200从更换口23处伸进芯片更换腔21以与夹持部41固定连接，随即关闭第二阀板61。

S5：将芯片更换腔21抽真空至与真空腔11相同的真空环境。

S6：打开第一阀板31，将抓取机构4上的芯片安装结构200安装于真空腔11内，随即抓取机构4复位至芯片更换腔21。

S7：关闭第一阀板31，检测真空腔11的真空环境，若真空环境的真空度较低则抽真空至符合要求的参数环境。

第三种：在芯片更换腔21内实现更换芯片。

也就是说，如图15所示，通过设置多个夹持部41，每个夹持部41上均夹持有一个芯片安装结构200，当夹持部41将真空腔11内的芯片安装结构200移动至芯片更换腔21后，转动夹持部41以将另一个芯片安装结构200进行安装于真空腔11，实现更换芯片的过程。具体的操作过程如下：

T1：检测芯片更换腔21的真空环境，若芯片更换腔21的真空环境较低，将芯片更换腔21抽真空至与真空腔11相同的真空环境或者高于真空腔11的真空环境。

T2：打开第一阀板31，抓取机构4中对应真空腔11方向的夹持部41伸至真空腔11内并抓取芯片安装结构200并使芯片安装结构200从真空腔11内拆卸下来。

T3：将携带有已拆卸的芯片安装结构200的夹持部41进行转动，使得携带有新的芯片安装结构200的夹持部41转动至与真空腔11的方向一致时停下。

T4：将携带有新的芯片安装结构200的夹持部41朝向真空腔11的方向推进，使得芯片安装结构200能够稳定固定在真空腔11内。

T5：抓取机构4退回芯片更换腔21，且将第一阀板31关闭。

T6：检测真空腔11的真空环境，若真空环境的真空度较低则抽真空至符合要求的参数环境。

可以理解的是，第三种更换芯片的方法在短期内无需打开离子阱系统，使得离子阱系统在更换芯片时始终不与外界接触，从而避免外界环境对真空腔11以及芯片更换腔21内的真空环境进行干扰，进而保证了芯片工作环境的稳定性。同时，因每次更换芯片的操作更简单，可进一步的提高整个更换芯片过程所耗费的时间，提高了更换效率。

但是，抓取机构4所抓取的夹持部41是有数量限制的。因此，当所有夹持部41上的芯片安装结构200均使用过时，则需要更换所有夹持部41上的芯片安装结构200，此时，即可通过上述中的第一种方法或第二种方法进行更换芯片支架202上的芯片。如此，能够高效且充分地保证离子阱系统的真空环境在相当长的时间保证稳定。

在一些实施例中，第一阀板31设置为在芯片更换腔21内的真空度为超过设定真空度时将芯片更换腔21与真空腔11连通，设定真空度为10-6mBar。可以理解的是，在上述中的三种更换芯片的方法中，抽真空环境的参数需大于10-6mBar，从而可保证离子阱系统的真空环境不会受到破坏。

也就是说，在实际操作中可能存在些许误差使得真空度略有下降，但是根据实验测得，当芯片更换腔21的真空度达到10-6mBar以上时，在连续进行两次更换芯片的过程中，真空腔11内的真空环境仍未受到明显污染，即进行量子比特的操控与读出未受到影响。

由此，可解决因更换芯片时，真空环境受到污染而需要进行庞大工作量的问题，进而减少了成本。同时，本实施例中将真空腔11从10-6mBar到10-9mBar的抽真空过程中所花费的时间仅仅只需0.5h左右，可大幅度的减少了抽真空所花费的时间，减少作业周期，提高工作效率。

1、在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

2、在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。

3、在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

4、在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

5、在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，包括：

真空模块，所述真空模块内形成有真空腔，所述真空模块设有用于将所述真空腔与所述真空模块的外部选择性地连通的连接口，所述真空腔内设有安装座；

芯片安装结构，所述芯片安装结构用于安装芯片，且所述芯片安装结构适于沿所述连接口的敞开方向与所述安装座拔插拆装；

所述芯片安装结构包括电路板和芯片支架，所述芯片支架用于承载芯片，所述电路板与所述安装座拔插配合，所述芯片支架安装于所述电路板上；

所述安装座设有滑动插槽，所述电路板与所述滑动插槽滑动配合；

所述电路板设有金手指，所述安装座设有电接触片，所述电接触片限定出与所述滑动插槽连通的电连接插槽，所述电路板适于沿所述滑动插槽滑动至所述金手指与所述电连接插槽插接配合。

2.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述芯片安装结构还包括连接于所述电路板底部的支架底托，所述安装座设有与所述滑动插槽连通的底托槽，所述支架底托适于支撑于所述底托槽的内底壁。

3.根据权利要求2所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述电路板的宽度大于所述支架底托的宽度。

4.根据权利要求2所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述支架底托设置有底托镂空部。

5.根据权利要求2所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述支架底托的顶部设有底托支脚，所述芯片支架的底部设有支架支脚，所述底托支脚与所述支架支脚一一对应。

6.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述电路板朝向所述金手指的一端构造为楔形结构。

7.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述安装座包括上座体和下座体，所述上座体与所述下座体拼接相连，所述滑动插槽形成于所述上座体与所述下座体的连接处。

8.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述电路板的顶面的两侧均设有RF接电镀层和DC接电镀层，所述RF接电镀层和所述DC接电镀层的分布方向与阱芯片所构成的囚禁场轴向相同。

9.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述电路板的衬底材料为氧化锆陶瓷材料。

10.根据权利要求1所述的离子阱芯片快速更换系统，其特征在于，所述安装座设有用于嵌入铜片的接电缺口。

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