CN218772016U

CN218772016U - 低噪声放大器、量子测控系统及量子计算机

Info

Publication number: CN218772016U
Application number: CN202222822659.8U
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名
Original assignee: Origin Quantum Computing Technology Co Ltd
Current assignee: Origin Quantum Computing Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2032-10-25

Abstract

本申请提出一种低噪声放大器、量子测控系统及量子计算机，属于低噪声放大器领域，尤其是量子测量领域，包括可拆卸连接的金属壳体与金属盖板：所述金属壳体内开设有用于容置PCB板的第一凹槽，所述金属壳体一侧壁上开设有与所述第一凹槽连通的第二凹槽；所述第二凹槽用于容置集成连接器，所述集成连接器为所述PCB板上的多级信号放大电路分别提供电源信号。本申请能提高了低噪声放大器工作在极低温环境的性能稳定性。

Description

低噪声放大器、量子测控系统及量子计算机

技术领域

本申请属于低噪声放大器领域，尤其是量子测量领域，特别是一种低噪声放大器、量子测控系统及量子计算机。

背景技术

低噪声放大器是一种噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，低噪声放大器相较于普通的放大器，自身的噪声对信号的干扰更弱，能够提高输出信号的信噪比。

在量子计算领域中，量子处理器通常工作于毫开尔文温度的极低温环境中，而且为了实现对量子处理器的非破坏性读取，施加至量子处理器的测量信号非常弱，因此量子处理器输出的微波信号也非常弱，为了使得室温的微波检测设备能够准确的测量出微波信号，需要在量子处理器后端的极低温环境中使用低噪声放大器对量子比特输出的微波信号进行放大并抑制噪声，避免微波信号被噪声信号湮没。

现有技术中的低噪声放大器尤其是多级放大器级联的低噪声放大器通常采用共源方法供电，应用于极低温环境时，低噪声放大器的晶体管元件性能参数会发生变化使得低噪声放大器的整体性能参数变差，共源的电源信号对多级放大器的调节有限，难以保证低噪声放大器的整体性能。

因此，有必要提出一种新的低噪声放大器，以解决应用于极低温环境时性能恶化的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种低噪声放大器、量子测控系统及量子计算机，弥补了现有技术中低噪声放大器用于极低温环境时性能恶化的问题，提高了低噪声放大器工作在极低温环境的性能稳定性。

本申请技术方案具体如下：

本申请的一方面提供了一种低噪声放大器，包括可拆卸连接的金属壳体与金属盖板：

所述金属壳体内开设有用于容置PCB板的第一凹槽，所述金属壳体的一侧壁上开设有与所述第一凹槽连通的第二凹槽；

所述第二凹槽用于容置集成连接器，所述集成连接器为所述PCB板上的多级信号放大电路分别提供电源信号。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述金属壳体沿所述第一凹槽的长度延伸方向两侧壁开设有与所述第一凹槽连通的第一通孔，所述第一通孔用于容置信号连接器，所述信号连接器与所述PCB板上的第一级信号放大电路或最后一级信号放大电路电连接。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述信号放大电路包括信号放大器；

所述信号放大器的基极连接所述信号连接器或者前一级信号放大器的集电极；

所述信号放大器的集电极连接所述集成连接器并输出放大后的信号；

所述信号放大器的发射极接地。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述信号放大电路还包括RC滤波单元；

所述RC滤波单元的第一端连接所述集成连接器；

所述RC滤波单元的第二端连接所述信号放大器的集电极。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述第一凹槽内开设有若干第一螺纹孔，所述PCB板上与所述第一螺纹孔对应位置开设有第二通孔。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述集成连接器上与所述PCB板第二通孔对应位置开设有第三通孔，所述集成连接器通过所述PCB板固定于所述第二凹槽。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述金属壳体远离所述第一凹槽的一面开设有若干个第二螺纹孔。

如上所述的低噪声放大器，优选的，所述金属壳体和所述金属盖板的材料包括无氧铜。

本申请另一方面提供一种量子测控系统，包括通过测量线路连接的测量设备和量子处理器，所述测量线路上设置有任一项上述的低噪声放大器。

本申请再一方面提供一种量子计算机，包括上述的量子测控系统和量子处理器。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请的低噪声放大器包括可拆卸连接的金属壳体与金属盖板：所述金属壳体内开设有用于容置PCB板的第一凹槽，所述金属壳体一侧壁上开设有与所述第一凹槽连通的第二凹槽；所述第二凹槽用于容置集成连接器，所述集成连接器为所述PCB板上的多级信号放大电路分别提供电源信号。本申请采用金属壳体与金属盖板可拆卸连接，并在金属壳体内开设第一凹槽，金属壳体与金属盖板安装后在金属壳体内部形成一个密闭的空腔，将PCB板容置于第一凹槽内，并在PCB板上集成用于对量子处理器输出的微波信号进行放大的低噪声放大电路，避免低噪声放大电路受金属壳体外部的噪声影响。并且采用第二凹槽固定集成连接器，通过集成连接器与多个信号源电连接，将多路电源信号分别传输至PCB板上的多路信号放大电路，实现分别供电，可以对各路信号放大电路的晶体管元件性能参数的单独调节，提高了低噪声放大器工作在极低温环境的性能稳定性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种低噪声放大器的爆炸示意图；

图2为本申请实施例提供的一种金属壳体的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种PCB板上信号放大电路的电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种包含RC滤波单元的信号放大电路的电路示意图；

图5为本申请实施例提供的一种低噪声放大器的底部结构示意图。

附图标记说明：

1-金属壳体，2-金属盖板，3-PCB板，4-集成连接器，5-信号连接器，

11-第一凹槽，12-第二凹槽，13-第一通孔14-第一螺纹孔，15-第二螺纹孔，41-第三通孔。

具体实施方式

以下详细描述仅是说明性的，并不旨在限制实施例和/或实施例的应用或使用。此外，无意受到前面的“背景技术”或“实用新型内容”部分或“具体实施方式”部分中呈现的任何明示或暗示信息的约束。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，现在参考附图描述一个或多个实施例，其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在量子计算机中，读取量子比特的状态是基于色散频移的原理，通过对光场施加一非常弱的探测信号，使得光场中的光子数足够低，以使得光场及探测信号对量子比特的影响降至可以忽略的程度，进而实现光场对量子比特的非破坏性读取。探测信号非常弱，量子比特输出的微波信号也非常弱，信号功率通常低至-100dBm以下；而室温的商用仪器通常能测量-20dBm左右的微波信号，因此需要低噪声放大器对量子比特输出的微波信号进行放大，且需要多级低噪声放大器级联进行放大。此外，量子比特输出的微波信号的频率很高，为吉赫兹频段，低噪声放大器的工作频段也在吉赫兹。例如超导体系的量子处理器，其工作频率通常处于4GHz-8GHz频率段，半导体体系的量子处理器，其工作频率包括0.1GHz-4GHz频率段。

无论是超导体系的量子处理器，还是半导体系的量子处理器，通常均工作于极低温环境，如30毫开尔文温度，一般装载在稀释制冷机内部；而微波检测设备通常设置于稀释制冷机外部的室温环境，通常测量线路连接量子处理器和微波检测设备。为了实现对量子处理器的非破坏性读取，施加至量子处理器的测量信号非常弱，因此量子处理器输出的微波信号也非常弱，为了使得室温的微波检测设备能够准确的测量出微波信号，通常在量子处理器后端极低温环境的测量线路中使用低噪声放大器对量子比特输出的微波信号进行放大抑制噪声，避免微波信号被噪声信号湮没。

如附图1所示，本申请实施例提供一种低噪声放大器，包括可拆卸连接的金属壳体1与金属盖板2，所述金属壳体1内开设有用于容置PCB板3的第一凹槽11，所述金属壳体1一侧壁上开设有与所述第一凹槽11连通的第二凹槽12，所述第二凹槽12用于容置集成连接器4，所述集成连接器4为所述PCB板3上的多级信号放大电路分别提供电源信号。

低噪声放大器工作于极低温环境中，采用金属壳体1与金属盖板2可拆卸连接，并在金属壳体1内开设第一凹槽11，金属壳体1与金属盖板2安装后在金属壳体1内部形成一个密闭的空腔，将PCB板3容置于第一凹槽11内的空腔，并在PCB板3上集成用于对量子处理器输出的微波信号进行放大的信号放大电路(图中未示意)，避免放大电路受金属壳体1外部的噪声影响。

此外，所述PCB上集成有多级信号放大电路，每一级信号放大电路均需要提供一路电源信号。在金属壳体1的一侧壁上开设第二凹槽12容置集成连接器4，集成连接器4为高集成度的插拔式连接器，可以提供多个信号传输路径，通过集成连接器4与多个信号源电连接，将多路电源信号分别传输至PCB板3上的多路信号放大电路，实现分别供电，可以对各路信号放大电路的单独调节，确保低噪声放大器工作在极低温环境的性能稳定。

如附图2所示，作为其中一种实施方式，所述金属壳体1沿所述第一凹槽11的长度延伸方向的两侧壁开设有与所述第一凹槽11连通的第一通孔13，所述第一通孔13用于容置信号连接器5，所述信号连接器5与所述PCB板3上的第一级信号放大电路或最后一级信号放大电路电连接。信号放大电路具有信号输入端和信号输出端，在金属壳体1的两侧壁上开设第一通孔13固定信号连接器5，并将信号连接器5与信号输入端和信号输出端电连接，用于接收待放大的微波信号并输出放大后的微波信号。

如附图3所示，作为其中一种实施方式，所述信号放大电路包括信号放大器31；所述信号放大器31的基极连接所述信号连接器5或者前一级信号放大器31的集电极；所述信号放大器31的集电极连接所述集成连接器4并输出放大后的信号；所述信号放大器31的发射极接地。对于第一级信号放大器31，基极连接信号连接器5接收待放大的微波信号，集电极连接集成连接器4接收电源信号并输出放大后的微波信号至下一级信号放大器31，发射极接地；对于最后一级信号放大器31，基极连接前一级信号放大器31的集电极，集电极连接集成连接器4接收电源信号并作为整体低噪声放大器的输出连接信号连接器5输出放大后的微波信号，发射极接地；对于中间的信号放大器31，基极连接前一级信号放大器31的集电极，集电极连接集成连接器4接收电源信号并输出放大后的微波信号至下一级信号放大器31，发射极接地。

如附图4所示，作为其中一种实施方式，所述信号放大电路还包括RC滤波单元32；所述RC滤波单元32的第一端连接所述集成连接器4；所述RC滤波单元32的第二端连接所述信号放大器31的集电极。RC滤波单元32不仅可以确保电源信号的稳定性，还具备阻抗匹配作用，用于匹配集成连接器4与信号放大器31之间的阻抗，降低电路中的信号噪声。

继续如附图2所示，作为其中一种实施方式，所述第一凹槽11内开设有若干第一螺纹孔14，所述PCB板3上与所述第一螺纹孔14对应位置开设有第二通孔(图中未示意)。PCB板3上开设第二通孔，第一凹槽11内与第二通孔对应位置开设第一螺纹孔14，PCB板3通过螺钉、螺栓等固定件与金属壳体1固定连接。

继续如附图1所示，作为其中一种实施方式，所述集成连接器4上与所述PCB板3第二通孔对应位置开设有第三通孔41，所述集成连接器4通过所述PCB板3固定于所述第二凹槽12。集成连接器4固定于第二凹槽12内，在固定时压在PCB板3的上方，通过第三通孔41与第一凹槽11内的第一螺纹孔14固定连接。

如附图5所示，作为其中一种实施方式，所述金属壳体1远离所述第一凹槽11的一面开设有若干个第二螺纹孔15。通常先组装低噪声放大器，然将低噪声放大器通过第二螺纹孔15固定在测量线路中。

作为其中一种实施方式，所述金属壳体1和所述金属盖板2的材料包括无氧铜。低噪声放大器应用于量子测量线路，工作环境为稀释制冷机内的极低温环境，对于散热性能要求较高。金属壳体1和金属盖板2的材料采用无氧铜，具有良好的热传导特性，可以将低噪声放大器工作时产生的热量及时的传递至稀释制冷机的制冷板，避免热量传递至量子处理器，影响量子处理器上量子比特的性能。

基于同一申请构思，本申请实施例还提供一种量子测控系统，包括通过测量线路连接的测量设备和量子处理器，所述测量线路上设置有任一项上述的低噪声放大器。

基于同一申请构思，本申请实施例提供一种量子计算机，包括上述的量子测控系统和量子处理器。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，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，均应在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种低噪声放大器，其特征在于，包括可拆卸连接的金属壳体与金属盖板：

所述金属壳体内开设有用于容置PCB板的第一凹槽，所述金属壳体一侧壁上开设有与所述第一凹槽连通的第二凹槽；

2.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述金属壳体沿所述第一凹槽的长度延伸方向的两侧壁开设有与所述第一凹槽连通的第一通孔，所述第一通孔用于容置信号连接器，所述信号连接器与所述PCB板上的第一级信号放大电路或最后一级信号放大电路电连接。

3.根据权利要求2所述的低噪声放大器，其特征在于，所述信号放大电路包括信号放大器；

所述信号放大器的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的低噪声放大器，其特征在于，所述信号放大电路还包括RC滤波单元；

所述RC滤波单元的第一端连接所述集成连接器；

所述RC滤波单元的第二端连接所述信号放大器的集电极。

5.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述第一凹槽内开设有若干第一螺纹孔，所述PCB板上与所述第一螺纹孔对应位置开设有第二通孔。

6.根据权利要求5所述的低噪声放大器，其特征在于，所述集成连接器上与所述PCB板第二通孔对应位置开设有第三通孔，所述集成连接器通过所述PCB板固定于所述第二凹槽。

7.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述金属壳体远离所述第一凹槽的一面开设有若干个第二螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的低噪声放大器，其特征在于，所述金属壳体和所述金属盖板的材料包括无氧铜。

9.一种量子测控系统，其特征在于，包括通过测量线路连接的测量设备和量子处理器，所述测量线路上设置有如权利要求1-8任一项所述的低噪声放大器。

10.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求9所述的量子测控系统和量子处理器。