CN209786159U - 一种用于量子计算系统的铁氧体环形器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于量子计算系统，具体公开了一种用于量子计算系统的铁氧体环形器，所述铁氧体环形器包括：圆柱型腔体；环形基板，固定设置在所述圆柱型腔体内的底部，且与所述圆柱型腔体导电连通；圆形铁氧体基板，装配所述环形基板的中间圆内，且与所述环形基板导电连通；所述环形基板和所述圆形铁氧体基板两者远离所述圆柱型腔体的底部的端面齐平并形成第一面；圆形导电结，平行设置在所述第一面上，且与所述圆形铁氧体基板同轴设置；圆形导电结的周侧设置有间隔均匀排布的3条第一导电线和3条第二导电线。本实用新型提供的铁氧体环形器能够用于量子计算系统。

Description

一种用于量子计算系统的铁氧体环形器

技术领域

本实用新型属于量子计算系统，特别是一种用于量子计算系统的铁氧体环形器。

背景技术

量子计算系统的提供给量子芯片的量子比特控制信号和从量子芯片上获得的量子比特读取信号需要采用微波铁氧体环形器进行隔离，为了实现量子比特控制信号和量子比特读取信号两者的良好分离，需要扩大量子比特控制信号和量子比特读取信号两者之间的频率之差，对应的，需要提高用于隔离两者的微波铁氧体环形器的工作带宽。同时，需要设置合理的微波铁氧体环形器的通过插入损耗和隔离度，以保证量子比特控制信号的有效通过、量子比特读取信号和量子比特控制信号的有效隔离。

中国专利文献CN201410006154.1，《一种宽带落入式微带铁氧体隔离器》公开的双Y结铁氧体结构通过烧制得到，烧制得到的铁氧体样品由一体成型的中心结、三个铁氧体臂以及三个铁氧体斜坡组成，所述中心结为圆柱形结构，然后铁氧体样品粘合在微波电路介质基板上，然后在铁氧体样品上表面覆盖上微带线。

该结构存在着以下缺陷和不足：

采用由一体成型的中心结、三个铁氧体臂以及三个铁氧体斜坡组成的铁氧体样品，虽然保证了导电性，但是该结构的铁氧体，一方面对铁氧体消耗大，不方便减少隔离器的体积；另一方面，该结构的铁氧体在同样磁饱和磁化率的情况下，相比只有中心结的情况产生的磁场强度更大，而强磁场影响量子计算系统工作性能的因素，在量子计算计算系统是要极力避免的；再者，该结构的铁氧体，在工作的时候容易产热，而产热对量子计算系统的低温信号极其不利。进一步，该该结构的铁氧体在具体实施例的时候，由于采用一体成型的铁氧体样品，其结构尺寸不易调整改变，进而不易实现阻抗匹配的调整。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于量子计算系统的铁氧体环形器，以解决现有技术中的不足，它能够适用于量子计算系统，减少量子计算系统中的相关信号的回波损耗，提高量子计算系统的相关信号的质量。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于量子计算系统的铁氧体环形器，所述铁氧体环形器包括：

圆柱型腔体；

环形基板，固定设置在所述圆柱型腔体内的底部，且与所述圆柱型腔体导电连通；

圆形铁氧体基板，装配所述环形基板的中间圆内，且与所述环形基板导电连通；

所述环形基板和所述圆形铁氧体基板两者远离所述圆柱型腔体的底部的端面齐平并形成第一面；

圆形导电结，平行设置在所述第一面上，且与所述圆形铁氧体基板同轴设置；

第一导电线，共有3条，均匀设置在所述圆形导电结的周侧，且与所述圆形导电结一体成型，且所述第一导电线远离所述圆形导电结的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结延伸，且所述第一导电线远离所述圆形导电结的端部固定连接有阻抗连接线；

第二导电线，共有3条，均匀设置在所述圆形导电结的周侧，且与所述圆形导电结一体成型，并与相邻所述第一导电线均成60°夹角，且所述第二导电线远离所述圆形导电结的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结延伸；

所述第一导电线的长度大于所述第二导电线的长度；

所述环形基板和所述圆柱型腔体之间、所述环形基板和所述圆形铁氧体基板之间、所述圆形铁氧体基板和所述圆形导电结之间均设置有第一导电固定粘结物。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述第一导电线远离所述圆形导电结的端部到所述圆形导电结的圆心的长度大于所述环形基板的内环半径；

且所述第一导电线远离所述圆形导电结的端部到所述圆形导电结的圆心的长度与所述阻抗连接线的长度之和小于等于所述环形基板的外环的半径。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述第二导电线远离所述圆形导电结的端部到所述圆形导电结的圆心的长度小于等于所述环形基板的内环的半径。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述第二导电线的长度等于所述第一导电线的长度的0.7倍。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述圆形导电结的面积小于等于所述圆形铁氧体基板的面积的0.7倍，且大于等于所述圆形铁氧体基板的面积的0.3倍。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述圆形导电结的面积等于所述圆形铁氧体基板的面积的1/2。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述圆柱型腔体的外周侧固定设置有均匀分布的3个连接器，所述连接器和所述第一导电线一一对应设置，所述连接器的连接引脚伸入所述圆柱型腔体的内部连接对应所述第一导电线端部的所述阻抗连接线。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述铁氧体环形器还包括磁屏蔽壳体；

所述磁屏蔽壳体套设在所述圆柱型腔体的外侧，并与所述圆柱型腔体间隙配合；

所述连接器远离所述圆柱型腔体的一端伸出所述磁屏蔽壳体。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述圆柱型腔体包括相互盖合且可拆卸连接的下腔体和腔体盖，所述下腔体内设置有所述环形基板；

所述下腔体的底部外表面上设置有多个第一盲螺纹孔；

所述腔体盖的底部外表面上设置有多个第二盲螺纹孔；

所述磁屏蔽壳体包括相互盖合的上壳体和下壳体，所述下壳体的底部开设有与所述第一盲螺纹孔相匹配的第一螺纹孔，所述上壳体的底部开设有与所述第二盲螺纹孔相匹配的第二螺纹孔。

如上所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其中，优选的是，所述上壳体的底部厚度为2mm，所述上壳体的侧壁厚度为1mm。

所述下壳体的底部厚度为6mm，所述下壳体的侧壁厚度为1mm。

与现有技术相比，本实用新型提供的铁氧体环形器，采用导电银胶相互连接的环形基板和所述圆形铁氧体基板，相比背景技术中一体成型的铁氧体结构，方便减少了铁氧体的结构尺寸，有利于减小隔离器的体积；同时，铁氧体尺寸的减小，能够有效控制因铁氧体产生的磁场强度，进而满足量子计算系统中对磁场的控制；再者，通过导电银胶相互连接的环形基板和所述圆形铁氧体基板可以按需调整其结构尺寸，以方便阻抗匹配的调制。

附图说明

图1是本实用新型提供的用于量子计算系统的铁氧体环形器爆炸图；

图2是环形基板上设置相关组件的爆炸图；

图3是本实用新型提供的用于量子计算系统的铁氧体环形器的初步装配图；

图4是本实用新型提供的用于量子计算系统的铁氧体环形器的整体装配图；

图5是铁氧体环形器的电压驻波比VSWR在不同设置下随频率的变化关系图；

图6是铁氧体环形器的隔离度在不同设置下随频率的变化关系图。

附图标记说明：

1-圆柱型腔体，11-下腔体，12-腔体盖，13-连接器；4-

2-磁屏蔽壳体，21-下壳体，22-上壳体；

3-环形基板，4-圆形铁氧体基板，5-圆形导电结，6-第一导电线，7-第二导电线，8-阻抗连接线。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1和图2所示，本实用新型公开一种用于量子计算系统的铁氧体环形器，所述铁氧体环形器包括圆柱型腔体1。

如图1所示，该圆柱型腔体1包括相互盖合且可拆卸连接的下腔体11和腔体盖12，下腔体11和腔体盖12盖合之后形成一个密闭腔体，该密闭腔体用于放置铁氧体环形器相关组件。

结构设置上，圆柱型腔体1设置成相互盖合且可拆卸连接的下腔体11和腔体盖12，可以方便铁氧体环形器相关组件的放置，而下腔体11和腔体盖12 之间的可拆卸连接可以通过铰接、螺栓固定连接等实现。本实施例优选下腔体 11和腔体盖12之间螺栓固定实现，在具体实施的时候，如图1所示，可以在下腔体11和腔体盖12两者上设置相互配合的螺纹孔，通过插设在螺纹孔内的螺栓实现两者的可拆卸连接，以及连接之后形成密封腔体的需求。

上述所述的铁氧体环形器相关组件具体包括环形基板3、圆形铁氧体基板 4、圆形导电结5、第一导电线6和第二导电线7。

其中，环形基板3作为微波电路介质基板，优选陶瓷基板，在设置的时候，环形基板3固定设置在所述圆柱型腔体1内的底部，且与所述圆柱型腔体1 导电连通。

具体的，导电连通实现了环形基板3及其上设置的相关组件的接地，通常，圆柱型腔体1的底部外表面上设置有一层金材质的薄膜，该薄膜能够起到接地的作用。环形基板3及其上设置的相关组件与圆柱型腔体1之间导通接地是保证铁氧体环形器正常工作的关键条件之一。

在具体实施例的时候，为实现环形基板3与所述圆柱型腔体1导电连通，可以直接设置两者接触连接，也可以在两者之间填充第一导电固定粘结物。作为优选的，本实施例选择在两者之间填充第一导电固定粘结物，第一导电固定粘结物优选导电银胶，导电银胶具有粘结作用，同时具有导电、导热、低温工作性能良好的特点，可以较好的适用于量子计算系统的工作环境。

同时，在具体实施例的时候，可以按需设置环形基板3的尺寸，环形基板 3可以与圆柱型腔体1的内侧壁间隙配合，也可以设置环形基板3尺寸远远小于圆柱型腔体1的内径。本实施例优选前者，以使得圆柱型腔体1内空间得到充分利用。同时，在两种情况下，均可以在环形基板3与圆柱型腔体1底部和内侧壁之间均设置第一导电固定粘结物，达到稳定连接、导热和导电的效果。

而圆形铁氧体基板4装配在所述环形基板3的中间圆内，且与所述环形基板3导电连通；所述环形基板3和所述圆形铁氧体基板4两者远离所述圆柱型腔体1的底部的端面齐平并形成第一面。

在具体实施例的时候，为实现环形基板3与圆形铁氧体基板4导电连通，可以直接设置两者接触连接，也可以在两者之间填充第一导电固定粘结物。作为优选的，本实施例选择在两者之间填充第一导电固定粘结物，第一导电固定粘结物优选导电银胶，导电银胶具有粘结作用，同时具有导电、导热、低温工作性能良好的特点，可以较好的适用于量子计算系统的工作环境。

同时，在具体实施例的时候，还可以按需设置环形基板3的尺寸，环形基板3可以与圆形铁氧体基板4的中间圆的侧壁间隙配合，也可以设置环形基板 3尺寸远远小于圆形铁氧体基板4的内环半径。本实施例优选前者，以使得圆形铁氧体基板4的中间圆内的空间得到充分利用，同时方便形成完整的第一面。需要说明的是，在两种情况下，均可以在环形基板3与圆形铁氧体基板4侧壁之间均设置第一导电固定粘结物，达到稳定连接、导热和导电的效果。

而圆形导电结5平行设置在所述第一面上，且与所述圆形铁氧体基板4 同轴设置。具体的，圆形导电结5可以通过导电银胶固定在圆形铁氧体基板4 上，以保证两者的稳定连接，以及铁氧体环形器工作时的导热和导电效果。

圆形导电结5的周侧设置有间隔均匀排布的3条第一导电线6和3条第二导电线7。

具体的，第一导电线6共有3条，均匀设置在所述圆形导电结5的周侧，且与所述圆形导电结5一体成型，且所述第一导电线6远离所述圆形导电结5 的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结5延伸，且所述第一导电线6远离所述圆形导电结5的端部固定连接有阻抗连接线8。

第二导电线7共有3条，均匀设置在所述圆形导电结5的周侧，且与所述圆形导电结5一体成型，并与相邻所述第一导电线6均成60°夹角，且所述第二导电线7远离所述圆形导电结5的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结5延伸；所述第一导电线6的长度大于所述第二导电线7的长度。

以上结构的第一导电线6和第二导电线7形成了双Y结导线结构，该双Y 结导线结构设置在由环形基板3和圆形铁氧体基板4形成的第一面上，在具体实施例的时候，在双Y结导线结构采用铜材质导线制备，其结构尺寸可以按需调整，方便不同阻抗匹配需求的调整。另外，第一面是一个平面，可以方便实现双Y结导线结构在该表面上的设置。为保证整体的导电性，所述环形基板3 和所述圆形铁氧体基板4之间、所述圆形铁氧体基板4和所述圆形导电结5 之间均设置有第一导电固定粘结物，在本实施例中，第一导电固定粘结物优选导电银胶，导电银胶具有导电性、导热性、低温工作性能稳定的特定，通过导电银胶相互连接的环形基板3和所述圆形铁氧体基板4，相比背景技术中一体成型的铁氧体结构，方便减少了铁氧体的结构尺寸，有利于减小隔离器的体积；同时，铁氧体尺寸的减小，能够有效控制因铁氧体产生的磁场强度，进而满足量子计算系统中对磁场的控制；再者，通过导电银胶相互连接的环形基板3 和所述圆形铁氧体基板4可以按需调整其结构尺寸，以方便阻抗匹配的调制。

作为本实施例的优选技术方案，所述第一导电线6远离所述圆形导电结5 的端部到所述圆形导电结5的圆心的长度大于所述环形基板3的内环半径；且所述第一导电线6远离所述圆形导电结5的端部到所述圆形导电结5的圆心的长度与所述阻抗连接线8的长度之和小于等于所述环形基板3的外环的半径。

作为本实施例的优选技术方案，所述第二导电线7远离所述圆形导电结5 的端部到所述圆形导电结5的圆心的长度小于等于所述环形基板3的内环的半径。

基于以上尺寸特征的第一导电线6和第二导电线7，使得第一导电线6是同时铺设在圆形铁氧体基板4和环形基板3上，第二导电线7只铺设在环形基板3上。该设置在保证导电线的基础上，简化了产品制备工艺。同时具有结构简单，易按需调整的特点。

作为本实施例的优选技术方案，所述第二导电线7的长度等于所述第一导电线6的长度的0.7倍。由于第二导电线7起的作用是把端口阻抗部分的电抗抵消掉，使得阻抗中只剩下电阻的部分，以方便宽带范围内的匹配。当所述第二导电线7过长或者过短时，带宽都会减小。经过实验测试发现，在所述第二导电线7的长度等于所述第一导电线6的长度的0.7倍的设置下，该隔离器在 6-7GHz的频率范围内隔离度数值的绝对值25dB以上，带宽1GHz。

考虑到圆形导电结5过大或者过小时，铁氧体环形器相邻两端口之间的电压驻波比会增大，隔离度会减少，需要说明的是，隔离度的数值表示为一负数，隔离度减小是指隔离度数值的绝对值减小，例如隔离度从-30dB到-20dB则为隔离度的减小，所以作为本实施例的优选技术方案，所述圆形导电结5的面积 S1小于等于所述圆形铁氧体基板4的面积S2的0.7倍，且大于等于所述圆形铁氧体基板4的面积S2的0.3倍。优选的，所述圆形导电结5的面积等于所述圆形铁氧体基板4的面积的1/2。该设置下，如图5和图6所示，此时具有最小的回波损耗和电压驻波比。

请参阅图1、图3和图4所示，所述圆柱型腔体1的外周侧固定设置有均匀分布的3个连接器13，所述连接器13和所述第一导电线6一一对应设置，所述连接器13的连接引脚伸入所述圆柱型腔体1的内部连接对应所述第一导电线6端部的所述阻抗连接线8。连接器13起到信号引入或者引出的作用，在具体实施的时候，连接器13可以采用单引脚的SMA连接器。

请继续参阅图1、图3和图4所示，所述铁氧体环形器还包括磁屏蔽壳体 2；所述磁屏蔽壳体2套设在所述圆柱型腔体1的外侧，并与所述圆柱型腔体 1间隙配合；所述连接器13远离所述圆柱型腔体1的一端伸出所述磁屏蔽壳体2。磁屏蔽壳体2能够起到屏蔽磁场的效果，进而可以起到避免铁氧体环形器的产生的磁场对量子计算系统其它器件的影响。

在具体实施的时候，磁屏蔽壳体2可以采用坡莫合金制备。

请继续参阅图1所示，所述圆柱型腔体1包括相互盖合且可拆卸连接的下腔体11和腔体盖12，所述下腔体11内设置有所述环形基板3；所述下腔体 11的底部外表面上设置有多个第一盲螺纹孔；所述腔体盖12的底部外表面上设置有多个第二盲螺纹孔；所述磁屏蔽壳体2包括相互盖合的上壳体22和下壳体21，所述下壳体21的底部开设有与所述第一盲螺纹孔相匹配的第一螺纹孔，所述上壳体22的底部开设有与所述第二盲螺纹孔相匹配的第二螺纹孔。在装配的时候，先装配成如图3所示的结构，即先把下腔体11和腔体盖12 装配成整体，然后把下壳体21通过安装在相互配合的第一螺纹孔和第一盲螺纹孔的螺栓固定套设在下腔体11上，然后把上壳体22通过安装在相互配合的第二螺纹孔和第二盲螺纹孔的螺栓固定套设在腔体盖12上，装配成如图4所示。

在具体设置的时候，所述上壳体22的底部厚度为2mm，所述下壳体21的底部厚度为6mm，这样设置的初衷是考虑到铁氧体环形器整体通常通过下壳体 21安装在热沉架上，所以下壳体21具有承重作用。而所述下壳体21的侧壁厚度为1mm。所述上壳体22的侧壁厚度页为1mm。该设置考虑了磁场强度的分布特点，可以在有效屏蔽磁场的情况下，减少坡莫合金的用量，且所述下壳体 21和所述上壳体22安装之后相互抵接，该设置相当于坡莫合金磁屏蔽外壳把圆柱形腔体1包裹起来，可以起到有效屏蔽磁场的效果。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述铁氧体环形器包括：

圆柱型腔体(1)；

环形基板(3)，固定设置在所述圆柱型腔体(1)内的底部，且与所述圆柱型腔体(1)导电连通；

圆形铁氧体基板(4)，装配所述环形基板(3)的中间圆内，且与所述环形基板(3)导电连通；

所述环形基板(3)和所述圆形铁氧体基板(4)两者远离所述圆柱型腔体(1)的底部的端面齐平并形成第一面；

圆形导电结(5)，平行设置在所述第一面上，且与所述圆形铁氧体基板(4)同轴设置；

第一导电线(6)，共有3条，均匀设置在所述圆形导电结(5)的周侧，且与所述圆形导电结(5)一体成型，且所述第一导电线(6)远离所述圆形导电结(5)的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结(5)延伸，且所述第一导电线(6)远离所述圆形导电结(5)的端部固定连接有阻抗连接线(8)；

第二导电线(7)，共有3条，均匀设置在所述圆形导电结(5)的周侧，且与所述圆形导电结(5)一体成型，并与相邻所述第一导电线(6)均成60°夹角，且所述第二导电线(7)远离所述圆形导电结(5)的一端铺设在所述第一面上，并背离所述圆形导电结(5)延伸；

所述第一导电线(6)的长度大于所述第二导电线(7)的长度；

所述环形基板(3)和所述圆柱型腔体(1)之间、所述环形基板(3)和所述圆形铁氧体基板(4)之间、所述圆形铁氧体基板(4)和所述圆形导电结(5)之间均设置有第一导电固定粘结物。

2.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述第一导电线(6)远离所述圆形导电结(5)的端部到所述圆形导电结(5)的圆心的长度大于所述环形基板(3)的内环半径；

且所述第一导电线(6)远离所述圆形导电结(5)的端部到所述圆形导电结(5)的圆心的长度与所述阻抗连接线(8)的长度之和小于等于所述环形基板(3)的外环的半径。

3.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述第二导电线(7)远离所述圆形导电结(5)的端部到所述圆形导电结(5)的圆心的长度小于等于所述环形基板(3)的内环的半径。

4.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述第二导电线(7)的长度等于所述第一导电线(6)的长度的0.7倍。

5.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述圆形导电结(5)的面积小于等于所述圆形铁氧体基板(4)的面积的0.7倍，且大于等于所述圆形铁氧体基板(4)的面积的0.3倍。

6.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述圆形导电结(5)的面积等于所述圆形铁氧体基板(4)的面积的1/2。

7.根据权利要求1所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述圆柱型腔体(1)的外周侧固定设置有均匀分布的3个连接器(13)，所述连接器(13)和所述第一导电线(6)一一对应设置，所述连接器(13)的连接引脚伸入所述圆柱型腔体(1)的内部连接对应所述第一导电线(6)端部的所述阻抗连接线(8)。

8.根据权利要求7所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述铁氧体环形器还包括磁屏蔽壳体(2)；

所述磁屏蔽壳体(2)套设在所述圆柱型腔体(1)的外侧，并与所述圆柱型腔体(1)间隙配合；

所述连接器(13)远离所述圆柱型腔体(1)的一端伸出所述磁屏蔽壳体(2)。

9.根据权利要求8所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述圆柱型腔体(1)包括相互盖合且可拆卸连接的下腔体(11)和腔体盖(12)，所述下腔体(11)内设置有所述环形基板(3)；

所述下腔体(11)的底部外表面上设置有多个第一盲螺纹孔；

所述腔体盖(12)的底部外表面上设置有多个第二盲螺纹孔；

所述磁屏蔽壳体(2)包括相互盖合的上壳体(22)和下壳体(21)，所述下壳体(21)的底部开设有与所述第一盲螺纹孔相匹配的第一螺纹孔，所述上壳体(22)的底部开设有与所述第二盲螺纹孔相匹配的第二螺纹孔。

10.根据权利要求9所述的用于量子计算系统的铁氧体环形器，其特征在于：所述上壳体(22)的底部厚度为2mm，所述上壳体(22)的侧壁厚度为1mm；

所述下壳体(21)的底部厚度为6mm，所述下壳体(21)的侧壁厚度为1mm。