CN207282490U - 一种量子芯片降噪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种量子芯片降噪装置，属于微波器件技术领域。它包括屏蔽桶和热沉架，所述屏蔽桶包括桶盖和桶身，所述桶身采用铝合金6061材质，所述桶盖和所述热沉架均采用紫铜材质，所述桶盖上设置有信号线孔和矩形孔，所述热沉架贯穿所述矩形凹槽向所述屏蔽桶内部延伸，且所述热沉架的一端与制冷机系统连接，另一端与量子芯片封装盒连接，所述桶身内壁上设置有红外辐射屏蔽层。本实用新型能够在有效吸收量子芯片工作时产生的热量的同时，降低环境红外辐射以及磁场辐射对量子芯片的影响，从而提升量子芯片的品质因子，提高量子信息处理过程的效率与保真度，满足量子芯片对于工作环境的要求。

Description

一种量子芯片降噪装置

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，涉及一种量子芯片降噪装置，更具体地说，涉及一种工作在极低温环境下，用于量子芯片降噪封装的屏蔽装置。

背景技术

固态量子芯片的工作条件极其苛刻，其中一个重要的工作条件是必须将其放置在低于20mK的极低温环境中。在该温度下，由于热噪声被抑制到极低水平，因而量子芯片的量子性质才能得以体现，使得量子芯片中的量子信息处理过程得以完成。然而，极低温仅仅是用于支持量子芯片工作的基本条件，它不能消除所有环境噪声的影响(环境噪声，指的是包含热噪声、电气噪声、红外辐射噪声、磁场噪声、机械振动噪声等等在内的任意形式的光、声、电的波动，它会导致有效信息被淹没在因光、声、电的波动而产生的无效信息中)。绝大多数环境噪声，依然以红外辐射以及磁场辐射的形式存在，并且随机地干扰量子芯片中保存的信息。为此，业内采用制备屏蔽装置，并将量子芯片放置在该屏蔽装置内，从而避免磁场辐射噪声的干扰，但是这种能够屏蔽磁场辐射的装置并不能屏蔽红外辐射。此外，量子芯片在该屏蔽装置内运行时，由于有大量的信号输入量子芯片进行处理，导致局部升温，使得量子芯片的温度可能远高于20mK，进而产生大量的热噪声，这种热噪声可能会直接破坏量子芯片中保存的信息，导致量子芯片无法正常运行。

为了克服上述屏蔽装置不能屏蔽红外辐射和热噪声辐射的影响，本领域技术人员采用分别设置不同屏蔽结构层以克服磁场辐射噪声、红外辐射噪声和热噪声对量子芯片的影响，而这些层层包裹的屏蔽结构占据了量子芯片工作区域的绝大部分空间，极大地压缩了量子芯片的工作空间，当量子芯片进行扩展升级后，没有足够的空间放置，这极大地限制了利用量子芯片进行量子计算与量子信息处理等应用的发展。

因此，我们需要一种量子芯片降噪装置，能够同时满足以下条件：(1)体积较小，占据了量子芯片工作区域的空间较少；(2)屏蔽效果好，能够分别有效吸收量子芯片工作时产生的热量，并且降低环境红外辐射以及磁场辐射对量子芯片运行的影响，满足量子芯片对于工作环境的要求。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中不能同时屏蔽磁场辐射、红外辐射和热辐射对量子芯片的影响的问题，本发明提供一种量子芯片降噪装置，能够实现更有效的量子芯片封装，在有效吸收量子芯片工作时产生的所有热量的同时，降低环境红外辐射以及磁场辐射对量子芯片的影响，从而提升量子芯片的品质因子，提高量子信息处理过程的效率与保真度，满足量子芯片对于工作环境的要求，并且占据量子芯片工作区域的空间较小。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种量子芯片降噪装置，包括屏蔽桶和热沉架，所述屏蔽桶包括桶盖和桶身，所述桶身采用铝合金材质，所述桶盖和所述热沉架均采用紫铜材质，所述桶盖上设置有矩形孔，所述热沉架贯穿所述矩形孔向所述屏蔽桶内部延伸，且所述热沉架的一端与低温平台连接，另一端与量子芯片封装盒连接，所述桶身内壁上设置有红外辐射屏蔽层。

本方案中，桶身的材料是铝合金6061，它含有的磁性成分的量极少，具有优良的超导属性，在1.2K以下能够实现优良的磁场辐射屏蔽效果，通过这种材质的屏蔽桶将量子芯片整体密封，可以大幅降低量子芯片所处环境的磁场辐射噪声；而紫铜具有优良的热导性能，因而紫铜材质的热沉架能够带走量子芯片工作时产生的热量，避免热噪声影响量子芯片的工作性能；另外，本方案中的红外辐射屏蔽层(例如镶嵌在桶身内壁的聚氨酯材料)能够有效的阻止屏蔽桶外界的红外辐射噪声对量子芯片的影响。

进一步地，所述红外辐射屏蔽层为聚氨酯涂层。

进一步地，所述红外辐射屏蔽层为聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫呈条状，且呈螺旋状设置在所述桶身的内壁上。

进一步地，所述热沉架包括位于所述屏蔽桶内部的固定热沉架和位于所述屏蔽桶外部的加长热沉架，所述固定热沉架与所述桶盖连接，所述加长热沉架与所述固定热沉架连接。

进一步地，所述固定热沉架上设置有腰形孔一，所述加长热沉架上设置有腰形孔二，所述腰形孔一与低温电子器件固定连接，所述加长热沉架通过所述腰形孔二与量子芯片封装盒连接。

进一步地，还包括固定架，所述的固定架设置在所述桶盖的表面，且与所述固定热沉架可拆卸的连接。

进一步地，所述桶盖上设置有信号线孔，连接所述量子芯片封装盒和所述低温电子器件的信号线贯穿所述信号线孔。

进一步地，所述桶盖和所述热沉架表面均设置有防氧化镀层。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，能够有效吸收量子芯片工作时产生的热量，并且降低环境红外辐射以及磁场辐射对量子芯片的影响，从而提升量子芯片的品质因子，提高量子信息处理过程的效率与保真度，满足量子芯片对于工作环境的要求；另外，由于红外辐射屏蔽层直接设置在桶身内壁上，热沉架采用直接插入屏蔽桶的形式，相对于现有技术中层层包裹的结构，本实用新型的体积较小，因此占据量子芯片工作区域的空间也较小；

(2)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，具有更全面的封闭性，聚氨酯涂层紧密的贴合在铝合金材质的桶身内壁上，不易发生脱落，同时对频率为1GHz～10GHz的红外辐射有极佳的吸收作用，有效的屏蔽红外辐射对屏蔽桶内量子芯片的影响；

(3)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，将聚氨酯泡沫加工成条状，便于将其粘黏在桶身内壁上；

(4)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，加长热沉架和固定热沉架的设计便于安装、拆卸，桶盖上的凹槽和信号线孔根据信号线和热沉架尺寸设计，使得本装置封闭程度较高，避免外界环境噪声的影响；

(5)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，加长热沉架和固定热沉架表面上设计的凹槽便于对低温电子器件和量子芯片进行固定安装；

(6)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，通过在桶盖表面设置固定架安装固定热沉架，增强了热沉架的稳固性；

(7)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，桶盖和热沉架表面设置的防氧化镀层，有助于避免材料氧化造成的不良热接触，保证量子芯片工作时产生的热量能够及时有效的传递；

(8)本实用新型提供的量子芯片降噪装置，低温平台能够提供符合量子芯片工作要求的极低温环境，具有连续制冷、操作方便、稳定可靠的特点。

附图说明

图1为量子芯片封装装置的整体装配图；

图2为屏蔽桶桶盖结构放大示意图；

图3为屏蔽桶桶身结构示意图；

图4为角铁结构放大示意图；

图5为固定热沉架结构放大示意图；

图6为加长热沉架结构放大示意图。

图中：1、桶盖；2、桶身；3、红外辐射屏蔽层；4、固定架；5、固定热沉架；6、加长热沉架；7、圆盘；8、信号线孔；9、矩形孔；10、固定螺丝孔；11、封闭螺丝孔；12、圆边螺丝孔；13、长方体；14、五边形固定架；15、矩形架；16、腰形孔一；17、腰形孔二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种量子芯片降噪装置，包括屏蔽桶和热沉架，所述屏蔽桶包括桶盖1和桶身2，所述桶身2采用铝合金6061材质，所述桶盖1和所述热沉架均采用紫铜材质，所述桶盖1上设置有矩形孔9，所述热沉架贯穿所述矩形孔9向所述屏蔽桶内部延伸，且所述热沉架的一端与低温平台连接，另一端与量子芯片封装盒连接，所述桶身2内壁上设置有红外辐射屏蔽层3。

具体应用中，在桶身2上安装桶盖1的一端设置有定厚度的圆边，圆边上有四个对称的螺丝孔12，用于和桶盖1上的封闭螺丝孔11对接封闭。

在本方案中，桶身2的材料是几乎不含磁性成分的铝合金6061，它具有优良的超导属性，在1.2K以下能够实现优良的磁场辐射屏蔽效果。通过屏蔽桶将量子芯片整体密封，可以大幅降低量子芯片所处环境的磁场辐射噪声；紫铜具有优良的热导性能，因而紫铜材质的热沉架能够带走量子芯片工作时产生的热量，保护量子芯片的信息不被破坏；另外，本方案中的红外辐射屏蔽层3(例如镶嵌在桶身2内壁的聚氨酯材料)能够有效的阻止屏蔽桶外界的红外辐射噪声对量子芯片的影响。

因此，本方案的降噪装置封闭程度更高，能够有效吸收量子芯片工作时产生的热量，并且降低环境红外辐射以及磁场辐射对量子芯片的影响，从而提升量子芯片的品质因子，提高量子信息处理过程的效率与保真度，满足量子芯片对于工作环境的要求。

实施例2

一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述红外辐射屏蔽层3为聚氨酯涂层，本方案中的聚氨酯涂层能够紧密的贴合在铝合金材质的桶身2内壁上，不易发生脱落，同时对频率为1GHz～10GHz的红外辐射有极佳的吸收作用，从而有效的屏蔽红外辐射对屏蔽桶内量子芯片的影响。

实施例3

如图1和图3所示，一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述红外辐射屏蔽层3为聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫呈条状，且呈螺旋状设置在所述桶身2的内壁上，将聚氨酯泡沫加工成条状，便于将其粘黏在桶身2内壁上，桶身2的内壁粘贴一层聚氨酯泡沫材料胶带，能够实现极佳的红外辐射屏蔽效果。

实施例4

如图1、图3、图5和图6所示，一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述热沉架包括位于所述屏蔽桶内部的固定热沉架5和位于所述屏蔽桶外部的加长热沉架6，所述固定热沉架5与所述桶盖1连接，所述加长热沉架6与所述固定热沉架5连接。加长热沉架6和固定热沉架5的设计便于安装、拆卸，安装时，将量子芯片封装盒与加长热沉架6固定连接，将低温电子器件(如容电感电阻滤波器、衰减器、混频器、隔离器、环形器、定向耦合器等等)与固定热沉架5固定连接，这种双层热沉架的设计将量子芯片与辅助量子芯片工作的低温电子器件隔离开，从而有效地避免了因为附加器件造成的各类噪声对量子芯片性能的影响。

实施例5

如图1、图3、图5和图6所示，一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例4相比，所不同的是：所述固定热沉架5上设置有腰形孔一16，腰形孔一16的长度方向与固定热沉架5的长度方向一致，所述加长热沉架6上设置有腰形孔二17，腰形孔二17的长度方向与加长热沉架6的长度方向一致，所述腰形孔一16与低温电子器件固定连接，所述加长热沉架6通过所述腰形孔二17与量子芯片封装盒连接，加长热沉架6和固定热沉架5表面上设计的凹槽便于对低温电子器件和量子芯片进行固定安装，增强各部件之间连接稳固性。具体实施时，为了便于组装连接，加工时腰形孔一16与腰形孔二17尺寸相配合，安装过程中，螺丝穿过腰形孔一16与腰形孔二17紧固，从而连接固定热沉架5和加长热沉架6；另外，为便于固定热沉架5与低温平台的连接，在固定热沉架5包括矩形架15和五边形固定架14，矩形架15和五边形固定架14一体成型，且均为紫铜材质，五边形固定架14上设置有与低温平台的连接的通孔。

实施例6

如图1至图4所示，一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例5相比，所不同的是：还包括固定架4，所述的固定架4设置在所述桶盖1的表面，且与所述固定热沉架5可拆卸的连接，通过在桶盖1表面设置固定架4安装固定热沉架5，增强了连接的稳固性。在具体实施时，桶盖1由位于中心的圆盘7和位于圆盘7外周的圆边组成，在圆盘7的表面设置固定螺丝孔10，固定架4由两块长方体13垂直连接组成，长方体13上开设有与固定螺丝孔10相对应通孔，螺丝穿过固定螺丝孔10和对应的通孔将固定架4安装在桶盖1上。

实施例7

如图1和图2所示，一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例5相比，所不同的是：所述桶盖1上设置有信号线孔8，连接所述量子芯片封装盒和所述低温电子器件的信号线贯穿所述信号线孔8，信号线缆将量子芯片的信号传输至屏蔽桶外，桶盖1上的矩形孔9和信号线孔8根据信号线和热沉架尺寸设计，保证本装置的封闭程度更高。

实施例8

一种量子芯片降噪装置，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述桶盖1和所述热沉架表面均设置有防氧化镀层，这有助于避免材料氧化造成的不良热接触，保证量子芯片工作时产生的热量能够及时有效的传递，例如，在具体实施时将所有铜制部件的表面均沉金处理，防止铜制材料与空气接触带来的氧化与老化，有助于提高了整体的工作性能。

Claims (8)

1.一种量子芯片降噪装置，包括屏蔽桶和热沉架，其特征在于：所述屏蔽桶包括桶盖(1)和桶身(2)，所述桶身(2)采用铝合金6061材质，所述桶盖(1)和所述热沉架均采用紫铜材质，所述桶盖(1)上设置有矩形孔(9)，所述热沉架贯穿所述矩形孔(9)向所述屏蔽桶内部延伸，且所述热沉架的一端与低温平台连接，另一端与量子芯片封装盒连接，所述桶身(2)内壁上设置有红外辐射屏蔽层(3)。

2.根据权利要求1所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述红外辐射屏蔽层(3)为聚氨酯涂层。

3.根据权利要求1所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述红外辐射屏蔽层(3)为聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫呈条状，且呈螺旋状设置在所述桶身(2)的内壁上。

4.根据权利要求1所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述热沉架包括位于所述屏蔽桶内部的固定热沉架(5)和位于所述屏蔽桶外部的加长热沉架(6)，所述固定热沉架(5)与所述桶盖(1)连接，所述加长热沉架(6)与所述固定热沉架(5)连接。

5.根据权利要求4所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述固定热沉架(5)上设置有腰形孔一(16)，所述加长热沉架(6)上设置有腰形孔二(17)，所述腰形孔一(16)与低温电子器件固定连接，所述加长热沉架(6)通过所述腰形孔二(17)与量子芯片封装盒连接。

6.根据权利要求5所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：还包括固定架(4)，所述的固定架(4)设置在所述桶盖(1)的表面，且与所述固定热沉架(5)可拆卸的连接。

7.根据权利要求5所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述桶盖(1)上设置有信号线孔(8)，连接所述量子芯片封装盒和所述低温电子器件的信号线贯穿所述信号线孔(8)。

8.根据权利要求1所述的量子芯片降噪装置，其特征在于：所述桶盖(1)和所述热沉架表面均设置有防氧化镀层。