CN113054332B - 一种滤波器及量子芯片测控*** - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种滤波器及量子芯片测控***。滤波器包括：导体和接地体；所述导体与接地体之间具有介质填充部；所述介质填充部中至少填充有电磁吸波材料；所述电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物。量子芯片测控***包括量子芯片、测控通道、滤波器以及测控仪器；测控通道的一端连接量子芯片，另一端连接测控仪器；滤波器设置在测控通道上；通过本申请，可以提高滤波器的滤波效果，可以在提高滤波效果的同时减少电磁吸波材料占用的体积，进而可以降低滤波器的体积，以及本申请的滤波器可以适用于对磁场高度敏感的量子芯片测控***。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域，特别是涉及一种滤波器及量子芯片测控***。
背景技术
在量子芯片测控***中，需要建立外部测控仪器与量子芯片之间的测控通道，如此，量子芯片无法完全与外界环境隔离，外界噪声可以通过测控通道到达量子芯片，进而给量子芯片带来干扰。
在一种方式中，可以在测控通道中设置电磁吸波材料，电磁吸波材料可以吸收在测控通道上的高频噪声。
发明内容
本申请实施例示出了一种滤波器及量子芯片测控***。
第一方面，本申请示出了一种滤波器，所述滤波器包括：
导体和接地体；
所述导体与接地体之间具有介质填充部；
所述介质填充部中至少填充有电磁吸波材料；
所述电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物Cryogenic Polymer。
在一个可选的实现方式中，所述低温聚合物包括导热灌封胶Stycast2850或Stycast1266。
在一个可选的实现方式中，所述电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例位于0.1:1～0.9:1之间。
在一个可选的实现方式中，所述电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例位于0.45:1～0.75:1之间。
在一个可选的实现方式中，所述导体包括同轴线的内芯；
所述接地体包括同轴线的外壳；
所述介质填充部包括位于所述同轴线的外壳与同轴线的内芯之间的空间。
在一个可选的实现方式中，所述滤波器包括：
所述导体与所述接地体之间的位置关系的形式包括：同轴线形式、共面波导形式、带状线形式以及微带线形式。
在一个可选的实现方式中，所述接地体为可塑性弹性材料。
在一个可选的实现方式中，所述滤波器还包括：
第一高频信号连接器与第二高频信号连接器；
所述第一高频信号连接器与所述第二高频信号连接器分别用于与测控通道中的测控器件连接。
在一个可选的实现方式中，第一高频连接器包括第一导线端和第一接地端，所述第一导线端与所述导体的一端连接，所述第一接地端与所述接地体的一端连接；
第二高频连接器包括第二导线端和第二接地端，所述第二导线端与所述导体的另一端连接，所述第二接地端与所述接地体的另一端连接。
在一个可选的实现方式中，所述第一高频信号连接器与所述第二高频信号连接器至少包括：
超小型射频连接器A型SMA、超小型射频连接器B型SMB、超小型射频连接器推插型SMP以及尼尔-康塞曼卡口BNC。
第二方面，本申请示出了一种量子芯片测控***，所述***包括：
量子芯片、测控通道、滤波器以及测控仪器；
所述测控通道的一端连接所述量子芯片，所述测控通道的另一端连接所述测控仪器；
所述滤波器设置在所述测控通道上；
所述滤波器包括：
导体和接地体；
所述导体与接地体之间具有介质填充部；
所述介质填充部中至少填充有电磁吸波材料；
所述电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物Cryogenic Polymer。
与现有技术相比，本申请实施例包括以下优点：
在本申请中，羰基铁粉的滤波频段较宽，且羰基铁粉的滤波频段宽于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的滤波频段。因此，相比于氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉可以吸收更多频段的噪声。
其次，单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力较高，且单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力高于单位体积或者单位质量的诸如包括诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的滤波能力，因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以吸收各个高频段中的更多的噪声。因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末以及诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉的滤波效果更好。
其次，由于单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以分别吸收各个高频段中的更多的噪声，因此，在达到相同的吸波效果时，相比于需要使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的数量，使用羰基铁粉的数量可以更少，从而可以节省硬件成本以及降低滤波器的体积，更加适合空间有限的量子芯片测控***。或者，在达到相同的体积时，相比于使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，使用羰基铁粉的滤波效果更好。
另外，由于羰基铁粉的磁性较低，且远远低于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的磁性，因此，羰基铁粉更加适用于对磁场高度敏感的量子计算***。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种滤波器的主视图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种滤波器的剖面图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种滤波器的主视图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种滤波器的剖面图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种量子芯片测控***的结构框图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
由于外界噪声可以通过测控通道到达量子芯片，进而会给量子芯片带来干扰，因此，可以在测控通道中设置电磁吸波材料，电磁吸波材料可以对外界的高频噪声进行吸收。
现有技术中的一些电磁吸波材料并非为极端低温条件设计，其导热率较差，在热量也会成为量子比特的噪声的情况下，现有技术中的一些电磁吸波材料无法将热量导出，导热率较差，也即，在存在热噪声的情况下，无法滤除热噪声。
在另一种方式中，可以使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末和低温聚合物的混合物作为电磁吸波材料，但是，单位体积的该混合物分别吸收各个高频段的噪声的能力较差，进而导致滤波效果较差。
为了使得其滤波效果能够至少满足***要求，需要在测控通道中填充更多的该混合物，以使更多的该混合物可以参与滤波工作，从而可以避免遗漏各个高频段的部分噪声，进而可以提高滤波效果。
但是，由于需要填充更多的该混合物，因此，需要占用较大的体积，所以，该方式不适合空间有限的量子芯片测控***。
在另一种方式中，可以使用包括诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末和低温聚合物混合物作为电磁吸波材料，但是其滤波频段窄，无法吸收部分高频段的噪声，也即，无法滤除部分高频噪声，进而导致滤波效果较差。
另外，铁氧体粉末存在较大的磁性，不适用于对磁场高度敏感的量子芯片测控***。
因此，为了提高滤波效果，为了在提高滤波效果的同时减少电磁吸波材料占用的体积，以及为了能够适用于对磁场高度敏感的量子芯片测控***，本申请提供了一种滤波器，图1是根据一示例性实施例示出的一种滤波器的主视图，如图1所示，滤波器包括：
导体01和接地体02；导体01与接地体02之间具有介质填充部03；介质填充部03中至少填充有电磁吸波材料；电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物(CryogenicPolymer)。
其中，羰基铁粉用于吸收高频噪声，低温聚合物用于在低温或极低温的情况下将导体中测控通道中的热量导出滤波器外，也即，导出测控通道以外，以避免热噪声到达量子芯片测控***，从而避免热噪声对量子芯片测控***中的量子比特的测控带来干扰。同时，低温聚合物也起到填充和绝缘作用。
其中，介质填充部03中的羰基铁粉与低温聚合物之间可以均匀分布。
在本申请中，导体01与接地体02之间的位置关系的形式包括：同轴线形式、共面波导形式、带状线形式以及微带线形式等，本申请对导体01与接地体02之间的位置关系的形式不做限定，满足导体01与接地体02之间具有能够填充电磁吸波材料的介质填充部即可。
本申请的图1以导体01与接地体02之间的位置关系的形式为同轴线形式进行举例说明，但不作为对本申请保护范围的限制。
在图1所示的主视图中，导体01包括同轴线的内芯，接地体02包括同轴线的外壳，介质填充部03包括位于同轴线的外壳与同轴线的内芯之间的空间。
图2为滤波器的剖面图，导体01与接地体02同轴，且导体01的直径小于接地体02的直径。
在本申请中，羰基铁粉的滤波频段较宽，且羰基铁粉的滤波频段宽于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的滤波频段。因此，相比于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉可以吸收更多频段的噪声。
其次，单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力较高，且单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力高于单位体积或者单位质量的诸如包括诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的滤波能力，因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以吸收各个高频段中的更多的噪声。因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末以及诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉的滤波效果更好。
其次，由于单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以分别吸收各个高频段中的更多的噪声，因此，在达到相同的吸波效果时，相比于需要使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的数量，使用羰基铁粉的数量可以更少，从而可以节省硬件成本以及降低滤波器的体积，更加适合空间有限的量子芯片测控***。或者，在达到相同的体积时，相比于使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，使用羰基铁粉的滤波效果更好。
另外，由于羰基铁粉的磁性较低，且远远低于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的磁性，因此，羰基铁粉更加适用于对磁场高度敏感的量子计算***。
在一个可选的实施例中，低温聚合物包括导热灌封胶Stycast2850或Stycast1266。当然，其他型号的、具有在低温以及极低温情况下能够将导体中的热量导出滤波器外的低温聚合物也满足申请的需求，本申请对低温聚合物的具体型号不做限定。
在一个可选的实施例中，根据不同的滤波器的业务倾向以及设计指标，电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例可以位于0.1:1～0.9:1之间。
在本申请一个可选的实施例中，为了使得滤波器的阻带衰减较高，且兼顾滤波器的易加工性，也即，为了平衡滤波器的易加工性以及滤波能力，电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例可以位于0.45:1～0.75:1之间。
其中，如果介质填充部03电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例发生变化，则电磁吸波材料中的羰基铁粉的体积与低温聚合物的体积之和会发生变化。
由于量子芯片测控***可以分别应用在不同的场合中，不同的场合中对滤除噪声要求不尽相同或者，对测控通道的传输线特征阻抗的要求不仅相同，或者，对截止频率的要求不尽相同，或者，对阻带衰减强度的要求不尽相同等。
因此，可以根据实际需求动态调整介质填充部03中的电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例、调整导体的直径、调整接地体的直径、调整导体的长度和/或调整接地体的长度等，以使滤波器能够达到相应要求。
然而，如果要调整介质填充部03中的电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例，可能会增加羰基铁粉的与低温聚合物的总体积或者减少羰基铁粉的与低温聚合物的总体积。
如果增加羰基铁粉的与低温聚合物的总体积，则可能导致当前的导体01与接地体02之间的介质填充部03的空间不够用，这时候就需要至少更换接地体02，以扩大导体01与更换后的接地体02之间的介质填充部03的空间，以使在调整电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例之后，电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物均能容纳在导体01与更换后的接地体02之间的介质填充部03的空间内。
如果减少羰基铁粉的与低温聚合物的总体积，在调整电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例之后，电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物无法在导体01与更换后的接地体02之间的介质填充部03的空间内填充满，导致低温聚合物之间无法紧密接触，以及低温聚合物与导体无法紧密接触，以及低温聚合物与接地体无法紧密接触，进而会降低滤波器整体的导热率。
为了避免降低滤波器中整体的导热率，可以至少人工更换接地体02，以减小导体01与更换后的接地体02之间的介质填充部03的空间，以使地减小后的介质填充部03的空间可以与羰基铁粉的与低温聚合物的总体积相适应，也即，羰基铁粉的与低温聚合物可以充分填充在减小后的介质填充部03的空间中，从而可以避免降低滤波器中整体的导热率。
但是，在上述增加羰基铁粉的与低温聚合物的总体积以及减少羰基铁粉的与低温聚合物的总体积的情况下，都需要人工至少更换接地体02，这样不仅导致人工操作繁琐，且需要事先准备多种接地体02，导致硬件成本较高。
因此，为了降低人工操作的繁琐度以及降低硬件成本，在本申请另一实施例中，接地体02为可塑性弹性材料。例如，可以塑造接地体的形状以及改变接地体的形状，由于接地体02为弹性材料，因此，接地体02与导体01之间的介质填充部03的空间可以随着羰基铁粉的与低温聚合物的总体积的变化而自动变化，也即，接地体02可以适应羰基铁粉的与低温聚合物的多种总体积，如此，在增加羰基铁粉的与低温聚合物的总体积以及减少羰基铁粉的与低温聚合物的总体积的情况下，可以不需要人工更换接地体02，如此可以降低人工操作的繁琐度，且不需要事先准备多种接地体02，从而可以降低硬件成本。
其中，测控通道往往包括多个测控器件，这些测控器件之间往往依次串行连接，在本申请中，可以将滤波器设置在测控通道中的其中两个相邻的测控器件之间，这样，滤波器就需要与两个相邻的测控器件分别连接，例如，滤波器的一端与两个相邻的测控器件的一个测控器件连接，且滤波器的另一端与两个相邻的测控器件的另一个测控器件连接。
为了使得滤波器的一端能够与两个相邻的测控器件分别连接，参见图3以及图4，滤波器还包括：第一高频信号连接器04与第二高频信号连接器05；第一高频信号连接器04与第二高频信号连接器05分别用于与测控通道中的测控器件连接。
图3为滤波器的主视图，图4位滤波器的剖面图。
其中，第一高频连接器包括第一导线端和第一接地端，第一导线端与导体的一端连接，第一接地端与接地体的一端连接；第二高频连接器包括第二导线端和第二接地端，第二导线端与导体的另一端连接，第二接地端与接地体的另一端连接。
其中，第一高频信号连接器与第二高频信号连接器至少包括：SMA(SubminiatureVersion A，超小型射频连接器A型)、SMB(Subminiature Version B，超小型射频连接器B型)、SMP(Subminiature Push-on，超小型射频连接器推插型)以及BNC(Bayonet Neill-Concelman，尼尔-康塞曼卡口)等。
本申请还提供了一种量子芯片测控***，图5是根据一示例性实施例示出的一种量子芯片测控***的主视图，如图5所示，该***包括：
量子芯片11、测控通道12、滤波器13以及测控仪器14；
测控通道12的一端连接量子芯片11，测控通道12的另一端连接测控仪器14；
滤波器14设置在测控通道12上；
滤波器14包括：
导体和接地体；
导体与接地体之间具有介质填充部；
介质填充部中至少填充有电磁吸波材料；
电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物(Cryogenic Polymer)。
在本申请中，测控仪器14用于对量子芯片11进行测试，例如，当需要测控仪器14对量子芯片11进行测试时，测控仪器14可以通过测控通道12向量子芯片11发送测控指令，量子芯片11通过测控通道12接收该测控指令，然后根据该测控指令获取测控信号，测控信号包括量子芯片11中静态数据以及动态运算数据等等，本申请对此不加以限定。之后量子芯片11可以通过测控通道12向测控仪器14发送测控信号，测控仪器14基于该测控信号对量子芯片11进行测试。
外部的高频噪声可能会经由测控通道12进入到量子芯片11中，为了避免外部的高频噪声进入到量子芯片11中，滤波器14可以对测控通道中的高频噪声进行吸收，以避免高频噪声进入到量子芯片11中，进而避免外界的高频噪声给量子芯片11带来干扰。
其中，羰基铁粉用于吸收高频噪声，低温聚合物用于在低温或极低温的情况下将导体中测控通道中的热量导出滤波器外，也即，导出测控通道以外，以避免热噪声到达量子芯片测控***，从而避免热噪声对量子芯片测控***中的量子比特的测控带来干扰。同时，低温聚合物也起到填充和绝缘作用。
其中，介质填充部中的羰基铁粉与低温聚合物之间可以均匀分布。
在本申请中，羰基铁粉的滤波频段较宽，且羰基铁粉的滤波频段宽于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的滤波频段。因此，相比于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉可以吸收更多频段的噪声。
其次，单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力较高，且单位体积或者单位质量的羰基铁粉的滤波能力高于单位体积或者单位质量的诸如包括诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的滤波能力，因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以吸收各个高频段中的更多的噪声。因此，相比于诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末以及诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末，羰基铁粉的滤波效果更好。
其次，由于单位体积或者单位质量的羰基铁粉可以分别吸收各个高频段中的更多的噪声，因此，在达到相同的吸波效果时，相比于需要使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末的数量，使用羰基铁粉的数量可以更少，从而可以节省硬件成本以及降低滤波器的体积，更加适合空间有限的量子芯片测控***。或者，在达到相同的体积时，相比于使用诸如铜(Cu)等良好金属导体粉末，使用羰基铁粉的滤波效果更好。
另外，由于羰基铁粉的磁性较低，且远远低于诸如氧化锰(MnO)等铁氧体粉末的磁性，因此，羰基铁粉更加适用于对磁场高度敏感的量子计算***。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种滤波器及量子芯片测控***，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (7)
1.一种量子芯片测控***，其特征在于，所述***包括：
量子芯片、测控通道、滤波器以及测控仪器；
所述测控通道的一端连接所述量子芯片，所述测控通道的另一端连接所述测控仪器；
所述滤波器设置在所述测控通道上；
所述滤波器包括：
导体和接地体；
所述导体与接地体之间具有介质填充部；
所述介质填充部中至少填充有电磁吸波材料；
所述电磁吸波材料至少包括羰基铁粉与低温聚合物Cryogenic Polymer；
所述介质填充部中的羰基铁粉与低温聚合物Cryogenic Polymer之间均匀分布；
其中，当需要测控仪器对量子芯片进行测试时，测控仪器通过测控通道向量子芯片发送测控指令，量子芯片通过测控通道接收测控指令，根据测控指令获取测控信号，量子芯片通过测控通道向测控仪器发送测控信号，测控仪器基于测控信号对量子芯片进行测试；
所述低温聚合物包括导热灌封胶Stycast2850或Stycast1266；
所述电磁吸波材料中的羰基铁粉与低温聚合物之间的体积比例位于0.45:1～0.75:1之间。
2.根据权利要求1所述的量子芯片测控***，其特征在于，所述导体包括同轴线的内芯；
所述接地体包括同轴线的外壳；
所述介质填充部包括位于所述同轴线的外壳与同轴线的内芯之间的空间。
3.根据权利要求1所述的量子芯片测控***，其特征在于，所述滤波器包括：
所述导体与所述接地体之间的位置关系的形式包括：同轴线形式、共面波导形式、带状线形式以及微带线形式。
4.根据权利要求1所述的量子芯片测控***，其特征在于，所述接地体为可塑性弹性材料。
5.根据权利要求1所述的量子芯片测控***，其特征在于，所述滤波器还包括：
第一高频信号连接器与第二高频信号连接器；
所述第一高频信号连接器与所述第二高频信号连接器分别用于与测控通道中的测控器件连接。
6.根据权利要求5所述的量子芯片测控***，其特征在于，第一高频连接器包括第一导线端和第一接地端，所述第一导线端与所述导体的一端连接，所述第一接地端与所述接地体的一端连接；
第二高频连接器包括第二导线端和第二接地端，所述第二导线端与所述导体的另一端连接，所述第二接地端与所述接地体的另一端连接。
7.根据权利要求5所述的量子芯片测控***，其特征在于，所述第一高频信号连接器与所述第二高频信号连接器至少包括：
超小型射频连接器A型SMA、超小型射频连接器B型SMB、超小型射频连接器推插型SMP以及尼尔-康塞曼卡口BNC。
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