CN220305813U - 用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机，涉及量子计算机领域，其中，本实用新型公开的用于离子阱稳流电路的维温装置包括加热器、制冷器、密封箱体、控制器、切换开关及电源，温度采集器与控制器连接并设置于电流采集器周边，用于实时检测电流采集器的温度；加热器与切换开关电连接，用于对电流采集器进行加热；制冷器与切换开关电连接，用于对电流采集器进行制冷；控制器用于控制加热器对电流采集器进行加热以及对电流采集器进行制冷，无须采用低温漂、高精度的电阻作为采样电阻，在降低成本的同时提高了采样电阻的温度稳定性，提高了流经亥姆霍兹线圈的电流的稳定性，提高了离子阱中磁场的稳定性。

Description

用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机

技术领域

本实用新型涉及量子计算机领域，尤其涉及用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机。

背景技术

离子阱量子计算机通过离子阱中的交变电场把带电离子（可以是宏观粒子）束缚在离子阱中的特定区域中，交变电场可以形成一个类似于旋转的马鞍面的结构，在马鞍形状和旋转速度足够高的时候，就可以稳定地束缚离子。离子阱量子计算机能够进行量子计算，主要依靠三个方面，分别是稳定地约束离子，使离子不与其他物质接触（包括空气）、提供合适的环境（包括超低温、高真空的环境及恒定匀强的磁场）以及通过激光对离子进行操作。

温度、真空度和磁场是影响离子阱中离子稳定性的关键因素。地磁场是变化的弱磁场（0.5 ~0.6高斯），要提高离子阱中磁场的稳定性，需要在离子阱周围设置辅助磁场以抵消地磁场的影响。亥姆霍兹线圈是一种可以在小范围产生稳定磁场的器件，磁场的区域和磁场的强弱与流经亥姆霍兹线圈的电流及亥姆霍兹线圈的设计参数相关，一旦亥姆霍兹线圈设计完成，仅流经亥姆霍兹线圈的电流会影响亥姆霍兹线圈的稳定性。因此，提高亥姆霍兹线圈电流的稳定性是提高离子阱中特定区域磁场稳定性的关键因素。

亥姆霍兹线圈电流的稳定程度很大程度上依赖采样电阻的温度特性。通常选择低温漂、高精度的电阻作为采样电阻，该采样电阻与亥姆霍兹线圈串联，形成离子阱稳流电路，通过监测流经该采样电阻的电流，即可判断流经亥姆霍兹线圈的电流是否稳定，但由于该类低温漂、高精度的电阻价格昂贵，导致成本较高。然而当安培级的电流流经普通的采样电阻时，会使该采样电阻的温度上升10°C左右，影响流经亥姆霍兹线圈电流的稳定性，降低了离子阱中离子的稳定性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机，用以实现在降低成本的同时提高流经亥姆霍兹线圈电流的稳定性，以提高离子阱中离子的稳定性。

为实现上述目的，第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于离子阱稳流电路的维温装置，该维温装置包括：

温度采集器，与控制器连接并设置于电流采集器周边，用于实时检测电流采集器的温度。

加热器，与切换开关电连接，用于对电流采集器进行加热。

制冷器，与切换开关电连接，用于对电流采集器进行制冷。

密封箱体，内部放置所述电流采集器及温度采集器。

控制器，用于控制加热器对电流采集器进行加热。

控制器还用于控制制冷器对电流采集器进行制冷。

切换开关，与控制器连接，用于分别导通或切断加热器及制冷器与电源之间的连接；以及

电源，与切换开关电连接，用于分别为加热器及制冷器供电。

在一些示例中，切换开关与控制器以无线方式连接。

在一些示例中，温度采集器为无线温度传感器。

在一些示例中，加热器为电阻丝，放置于密封箱体内部。

在一些示例中，制冷器为热电制冷器TEC，冷端放置于密封箱体内部、热端放置于密封箱体外部。

在一些示例中，温度采集器固定设置于密封箱体底面内部预设的支撑座上。

在一些示例中，控制器为上位机或单片机。

在一些示例中，密封箱体的材质为泡沫塑料。

在一些示例中，切换开关为可远程控制开关。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种离子阱量子计算机，该离子阱、离子阱稳流电路及第一方面公开的用于离子阱稳流电路的维温装置。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置及离子阱量子计算机具有以下有益效果：

通过采用控制器、加热器及制冷器，无须采用低温漂、高精度的电阻作为采样电阻，在降低成本的同时提高了采样电阻的温度稳定性，提高了流经亥姆霍兹线圈的电流的稳定性，提高了离子阱中磁场的稳定性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述目的和特点将会变得更加清楚。

图1示出的是根据本实用新型的示例性实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置的组成结构框图。

图2示出的是根据本实用新型的示例性实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置的温度采集器与电流采集器及加热器之间的位置及连接关系示意图。

图3示出的是根据本实用新型的示例性实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置的温度采集器与电流采集器及制冷器之间的位置及连接关系示意图。

具体实施方式

以下将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，提供这些实施方式的目的是为了使本实用新型的原理和精神更加清楚和透彻，使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型的原理和精神。本申请中提供的示例性实施方式仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1 如图1所示，本实用新型实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置包括温度采集器、加热器、制冷器、密封箱体、控制器、切换开关及电源，其中：

温度采集器与控制器连接且设置于电流采集器周边，用于实时检测电流采集器的温度。

在一些示例中，该温度采集器为无线温度传感器，温度采集器与控制器之间以无线方式连接，方便布线，节省空间资源。

加热器与切换开关电连接，用于对电流采集器进行加热。

在一些示例中，如图2所示，加热器为电阻丝，放置于密封箱体的内部，通过加热器发出的热量，提高密封箱体内的环境温度，从而实现对采样电阻进行加热。

具体地，该电流采集器为采样电阻，该采样电阻与离子阱中的亥姆霍兹线圈串联，通过采用该采样电阻，方便监测流经亥姆霍兹线圈的电流，其中，用于为该电阻丝供电的导线穿过该密封箱体一侧面预设的通孔与该电阻丝连接，与采样电阻连接的导线也可以穿过该通孔连接于采样电阻上，在放置好电阻丝及采样电阻后，采用隔温材料将该通孔密封。

制冷器与切换开关电连接，用于对电流采集器进行制冷。

在一些示例中，制冷器为热电制冷器TEC，其中，该热电制冷器TEC的冷端靠近电流采集器。

密封箱体的内部放置电流采集器及温度采集器，用于对电流采集器进行保温。

在一些示例中，温度采集器固定设置于密封箱体底面内部预设的支撑座上，方便将温度采集器放置于靠近电流采集器的位置处，便于提高温度采集器采集的电流采集器温度的精度。电流采集器及温度采集器分别通过其对应连接的导线，固定设置于密封箱体内部。

具体地，如图3所示，热电制冷器TEC的冷端设置于密封箱体内部、热端设置于密封箱体外部，其中，热电制冷器TEC的冷端由蓄冷块及多个制冷片组成、热端为由多个散热片构成的散热器，该热电制冷器TEC的冷端通过密封箱体一侧面预设的通孔放置在密封箱体的内部，在将热电制冷器TEC整体在密封箱体一侧面放置好后，采用隔温材料将该通孔密封，使得热电制冷器TEC能够利用其冷面降低密封箱体内的环境温度，从而实现对采样电阻进行制冷。其中，该密封箱体的材质为泡沫塑料，保温性能较好且不导电，方便对采样电阻进行隔热。蓄冷块及多个制冷片从内至外依次紧贴放置在一起。

控制器用于控制加热器对电流采集器进行加热。

控制器还用于控制制冷器对电流采集器进行制冷。

在一些示例中，控制器为上位机或单片机，也可以为FPGA等具有相同功能的元器件。

具体地，控制器基于提高温度传感器检测的温度及预设的温度（在不影响流经亥姆霍兹线圈电流的稳定性情况下，采样电阻的温度），采用PID算法，控制加热器对采样电阻进行加热或控制制冷器对采样电阻进行制冷，使得密封箱体中采样电阻的温度维持在预设的温度，实现了对采样电阻温度的精准控制，提高了流经亥姆霍兹线圈电流的稳定性，进一步提高了离子阱中离子的稳定性，无须采用低温漂、高精度的电阻作为采样电阻，降低了成本。

切换开关与控制器连接，用于分别导通或切断加热器及制冷器与电源之间的连接，其中，该电源与切换开关电连接，用于分别为加热器及制冷器供电，切换开关与该电源电连接，在初始状态时，加热器及制冷器与电源之间均为断开状态。

在一些示例中，切换开关为可远程控制开关，与控制器以无线方式连接，便于布线，节省空间资源。

具体地，本实用新型实施例提供的用于离子阱稳流电路的维温装置的工作过程如下：

提高无线温度传感器实时采集密封设置于密封箱体内的采样电阻的温度并将该温度发送给控制器；

控制器比较接收到的采样电阻的温度与预设温度的大小；

若采样电阻的温度大于预设的温度，控制器基于PID算法，向切换开关发出指令；

切换开关根据控制器发出的指令，导通制冷器与电源的连接，制冷器开启工作，持续降低采样电阻的温度，直至采样电阻的温度达到预设温度，切换开关切断制冷器与电源的连接，制冷器停止工作；

反之，若采样电阻的温度小于预设的温度，控制器基于PID算法，向切换开关发出指令；

切换开关根据控制器发出的指令，导通加热器与电源的连接，加热器开启工作，持续提高采样电阻的温度，直至采样电阻的温度达到预设温度，切换开关切断加热器与电源的连接，加热器停止工作。

实施例2 本实用新型实施例还提供了一种离子阱量子计算机，包括离子阱、离子阱稳流电路及实施例1中公开的用于离子阱稳流电路的维温装置，其中，离子阱稳流电路用于稳定离子阱中流经亥姆霍兹线圈的电流，用于离子阱稳流电路的维温装置用于稳定离子阱稳流电路中采样电阻的温度。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (10)

1.一种用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，包括：

温度采集器，与控制器连接并设置于电流采集器周边，用于实时检测所述电流采集器的温度；

加热器，与切换开关电连接，用于对所述电流采集器进行加热；

制冷器，与所述切换开关电连接，用于对所述电流采集器进行制冷；

密封箱体，内部放置所述电流采集器及所述温度采集器；

所述控制器，用于控制所述加热器对所述电流采集器进行加热；

所述控制器，还用于控制所述制冷器对所述电流采集器进行制冷；

所述切换开关，与所述控制器连接，用于分别导通或切断所述加热器及所述制冷器与电源之间的连接；以及

所述电源，与所述切换开关电连接，用于分别为所述加热器及所述制冷器供电。

2.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，还包括：

切换开关，与所述控制器以无线方式连接。

3.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述温度采集器为无线温度传感器。

4.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述加热器为电阻丝，放置于所述密封箱体内部。

5.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述制冷器为热电制冷器TEC，冷端放置于所述密封箱体内部、热端放置于所述密封箱体外部。

6.根据权利要求3所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述温度采集器固定设置于所述密封箱体底面内部预设的支撑座上。

7.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述控制器为上位机或单片机。

8.根据权利要求1所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述密封箱体的材质为泡沫塑料。

9.根据权利要求2所述的用于离子阱稳流电路的维温装置，其特征在于，所述切换开关为可远程控制开关。

10.一种离子阱量子计算机，包括离子阱及离子阱稳流电路，其特征在于，还包括权利要求1-9中任一项所述的用于离子阱稳流电路的维温装置。