CN117015224B - 一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置及*** - Google Patents
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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Abstract
本发明涉及一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置及***，所述装置包括至少两个同心间隔套设的磁屏蔽单元，每个磁屏蔽单元均包括一端封闭的圆柱体和与所述圆柱体另一端紧密配合的可拆卸盖体；所述圆柱体的内壁面和/或外壁面上设有非磁性隔离层，且在相邻磁屏蔽单元之间至少具有一个非磁性隔离层；根据约瑟夫森结周围环境的磁场强度和电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能，确定磁屏蔽单元的尺寸和非磁性隔离层的厚度，且将每个磁屏蔽单元内设为真空，以保持约瑟夫森结超导状态。本发明提供的电磁屏蔽装置及***，结构简单，可设计性强，能够稳定有效的实现对约瑟夫森结芯片的电磁屏蔽。
Description
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，特别涉及一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置及***。
背景技术
一个区域中磁场的存在是由磁通量源引起的，磁通量源可能是地球、电机、变压器、电力线等，某一位置的磁场强度取决于磁场源以及该位置与磁场源的距离。在量子电压***中，适当的电磁屏蔽对于将约瑟夫森结芯片与这些电磁场隔离至关重要。增加与磁场辐射源的距离会降低被屏蔽的磁场强度，因此将芯片与已知电磁场源隔离的最佳做法是将芯片移出电磁场，然而这通常是不可能的。有许多屏蔽材料可以用来进一步减少进入的电磁场。为了开发和设计有效的磁屏蔽，必须首先测量要屏蔽区域周围的磁场强度，并估计电磁噪声的来源。在约瑟夫森电压标准***中，对约瑟夫森结阵列芯片进行电磁屏蔽并在附近保持非常低的磁噪声水平是至关重要的。在免液氦量子电压***中，基于闭合循环制冷(CCR)的冷却***使用两级4.2 K吉福德-麦克马洪(GM)低温冷却器和真空泵来实现操作温度；使用这些***的缺点是它们是机电噪声的主要来源，并且非常靠近约瑟夫森芯片，由于无法消除噪声源，也无法显著增加分隔距离，因此必须在芯片周围精心设计磁屏蔽，以获得非常低的磁场区域。如专利CN101059556A提供一种超导量子比特测量***，其将被测的约瑟夫森结放置在金属样品盒内，特别是使用超导金属铝材料制作样品盒，测量时被测的约瑟夫森结及样品盒处于mk量级的温度环境中，而铝在温度降到1.14k后会转变为超导体，就成为被测的约瑟夫森结***的超导屏蔽层，可进一步减小外部环境噪声对样品的干扰，该专利虽然具有一定超导屏蔽效果，但是需要对铝进行持续降温，并且其屏蔽效果也无法稳定持续保证。
因此，如何提供一种结构简单、能耗低、电磁屏蔽效果良好，且应用场景广泛的能够稳定有效保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置及***，可以实现对约瑟夫森结芯片的电磁屏蔽。
本发明提供了一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，所述装置包括至少两个同心间隔套设的磁屏蔽单元，其中，
每个磁屏蔽单元均包括一端封闭的圆柱体和与所述圆柱体另一端紧密配合的可拆卸盖体；
所述圆柱体的内壁面和/或外壁面上设有非磁性隔离层，且在相邻磁屏蔽单元之间至少具有一个非磁性隔离层；
根据约瑟夫森结周围环境的磁场强度和电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能，确定磁屏蔽单元的尺寸和非磁性隔离层的厚度，且将每个磁屏蔽单元内设为真空，以保持约瑟夫森结超导状态。
进一步的，磁屏蔽单元为圆柱体，并且竖直设置。可以避免地磁场对电磁屏蔽装置的影响，破坏其磁屏蔽效果。
进一步的，内径最小的磁屏蔽单元的内腔直径为15~20cm，即位于最内侧的磁屏蔽单元的内腔直径为15~20cm。
进一步的，其中每个磁屏蔽单元的外径确定，具体包括：
，
其中，B是磁屏蔽单元的磁通量密度，D是磁屏蔽单元的外径，H0是以奥斯特为单位的磁屏蔽单元周围环境的磁场强度，d"是磁屏蔽单元的厚度，α为磁通量密度系数。
优选地，α为1.25，即每个磁屏蔽单元的尺寸满足以下关系：
。
进一步的，所述磁屏蔽单元采用高导磁合金制成，具体为MuMetal材料，非磁性隔离层包括无氧铜（OFHC铜）。
进一步的，所述非磁性隔离层设于磁屏蔽单元内壁面和/或外壁面，并且每个非磁性隔离层的厚度相同，每个磁屏蔽单元的厚度相同；
非磁性隔离层厚度的确定包括：
根据电磁屏蔽装置周围环境的磁场强度和约瑟夫森结的临界磁场得到电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能；
根据每个磁屏蔽单元的内径和外径，得到每个磁屏蔽单元上设置的非磁性隔离层的外径或内径；
根据每个磁屏蔽单元的内径、外径和磁导率，以及每个非磁性隔离层的外径、内径、相对磁导率和电导率，得到每个磁屏蔽单元和每个非磁性隔离层的屏蔽效能；
根据每个磁屏蔽单元的厚度与内径和外径的对应关系，每个非磁性隔离层的厚度与内径和外径的对应关系，电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能，以及每个磁屏蔽单元和每个非磁性隔离层的屏蔽效能，得到每个非磁性隔离层的厚度；
进一步的，每个非磁性隔离层的厚度，满足以下关系：
，
式中，d'为每个非磁性隔离层的厚度，r'外,i为第i个非磁性隔离层的外径，r'内,i为第i个非磁性隔离层的内径，n为非磁性隔离层的层数，μ0为真空磁导率，μ1为非磁性隔离层的相对磁导率，ω为磁场角频率，为非磁性隔离层的电导率，y为虚部，d"为每个磁屏蔽单元的厚度，r"外,j为第j个磁屏蔽单元的外径，r"内,j为第j个磁屏蔽单元的内径，m为磁屏蔽单元的数量，m≤n，μ2为磁屏蔽单元的磁导率，a'、b'、a"、b"均为常数，H为电磁屏蔽装置周围环境的磁场强度，Bc为临界磁场。
进一步的，所述非磁性隔离层通过磁控溅射形成；
其中，以直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间为一个周期，通过多个周期在磁屏蔽单元的内壁面和/或外壁面形成预定厚度的非磁性隔离层。
进一步的，每个周期内直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间分别为20~40min、200~300min、6~8min。
第二方面，还提供一种约瑟夫森电压***，所述***包括：
上述保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置；
约瑟夫森结芯片，其位于所述电磁屏蔽装置内部，并具有约瑟夫森结，所述约瑟夫森结芯片至少位于所述两个同心间隔的磁屏蔽单元的几何中心。
进一步的，电磁屏蔽装置内设置有温度传感器和磁场传感器，并且温度传感器和磁场传感器靠近所述约瑟夫森结芯片设置。
进一步的，约瑟夫森电压***还包括调节磁屏蔽单元周围环境温度的控制器，以及设于内径最大的磁屏蔽单元上的连接器，连接器将与温度传感器、磁场传感器分别与控制器可断开的连接。
进一步的，所述***包括：在温度传感器检测的温度结果不大于约瑟夫森结芯片的临界温度时，连接器与控制器连通，控制器根据温度传感器检测的温度结果调节磁屏蔽单元周围环境的温度，在温度传感器检测的温度结果大于约瑟夫森结芯片的临界温度时，连接器与控制器断开。
进一步的，控制器根据温度传感器检测的温度结果调节磁屏蔽单元周围环境的温度，还包括：
获取温度传感器检测的当前温度结果，以及预定时间段内的温度结果；
根据温度传感器检测的温度结果，得到温度变化率；
根据温度变化率得到磁屏蔽单元内的温度变化状态；
根据温度变化状态、当前温度结果和温度阈值，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预设值。
其中，温度变化状态包括升温、恒温和降温状态；
根据温度变化状态、当前温度结果和温度阈值，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预设值，包括：
当温度变化状态为升温状态，且当前温度结果小于温度阈值时，以及当温度变化状态为降温状态，且当前温度结果大于温度阈值时，调节磁屏蔽单元周围环境温度不变；
当温度变化状态为升温状态，且当前温度结果不小于温度阈值时，以及当温度变化状态为恒温状态，且当前温度结果大于温度阈值时，降低磁屏蔽单元周围环境温度；
当温度变化状态为恒温或降温状态，且当前温度结果不大于温度阈值时，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预定温度；优选地，预定温度为4K。
本发明提供的一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置及***，至少包括如下有益效果：
本发明与单个磁屏蔽单元相比，通过设置至少两个磁屏蔽单元，可以实现连续的屏蔽。通过连续屏蔽的倍增效应提供了显著的磁场衰减，并且防止了屏蔽的饱和。并且通过设置与磁屏蔽单元配合的非磁性隔离层，可以共同实现对约瑟夫森结芯片的磁性屏蔽。其中，通过磁屏蔽单元和非磁性隔离层分别实现对周围环境中低频磁场和高频磁场的屏蔽，从而提高电磁屏蔽装置的应用场景，并且可以提高对约瑟夫森结芯片的磁性屏蔽效果。
通过将约瑟夫森结芯片设置于磁屏蔽单元的几何中心，可以使得约瑟夫森结芯片周围的磁场均匀对称，且使得约瑟夫森结芯片所受的磁场影响最小。
通过选择合适的磁屏蔽单元和非磁性隔离层尺寸，可以在降低成本的基础上，保证内侧的真空度、温度和磁屏蔽满足预定要求。
附图说明
图1示出了本发明实施例的一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置的示意图；
图2示出了本发明实施例的一种约瑟夫森电压***的示意图。
附图标记说明：10-电磁屏蔽装置，11-磁屏蔽单元，2-约瑟夫森结芯片，3-磁场传感器，4-温度传感器，5-连接器，6-控制器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
在约瑟夫森结中，库珀对电子的结合能很小，对任何外部激发源都非常敏感。外部磁场的存在会对电子自旋施加扭矩，其往往会破坏这些库珀对，随着库珀对分离成单个电子，该约瑟夫森结将成为正常导体或“非超导体”。当磁场高于与超导体材料相关的特定值时，库珀对会断裂；这个磁场值被称为临界磁场，并且取决于所涉及的材料。
超导态不能存在于大于临界磁场的磁场中，即使在绝对零度。这个临界磁场与超导体的临界温度密切相关，而超导体的临界温度又与带隙相关。临界温度和临界场是代表可以以开始干扰超导机制的方式提供给材料的能量的参数。根据迈斯纳效应，超导体的本质是排斥磁场，但这只有在外加磁场不超过其临界磁场时才成立。临界磁场值通常在0 K时建立，随着温度的升高，磁场值逐渐减小，直到在超导临界温度时达到零。低于临界温度的任何温度(T)下的临界磁场(Bc)由以下关系式给出：
，
其中，Bc(0)是在0 K时抑制超导所需的磁场，Tc是材料的临界温度。约瑟夫森结对任何磁场都高度敏感，并且容易受到低至几高斯的磁场的影响。
参见图1所示，本发明为了实现对约瑟夫森结芯片2进行磁屏蔽，提供了一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置10，所述装置包括至少两个同心间隔的磁屏蔽单元11，其中，
每个磁屏蔽单元11均包括一端封闭的圆柱体和与所述圆柱体另一端紧密配合的可拆卸盖体；
所述圆柱体的内壁面和/或外壁面上设有非磁性隔离层，且在相邻磁屏蔽单元11之间至少具有一个非磁性隔离层；
根据约瑟夫森结周围环境的磁场强度和电磁屏蔽装置10的目标屏蔽效能，确定磁屏蔽单元11的尺寸和非磁性隔离层的厚度，且将每个磁屏蔽单元11内设为真空，以保持约瑟夫森结超导状态。
本发明电磁屏蔽装置10中的磁屏蔽单元11的数量和尺寸可以根据实际应用场景的环境参数进行对应选择，例如，在电磁屏蔽装置10的周围环境磁场强度较大时，可以设置数量较多的磁屏蔽单元11，也可以选择一定厚度的磁屏蔽单元11和非磁性隔离层形成的层级结构，从而实现对当前环境下的电磁屏蔽。非磁性隔离层包括OFHC铜材料（无氧铜），可以进一步提高对磁性的隔离效果。为了提高屏蔽效果，需要磁屏蔽单元11的内腔直径尽可能小，因为衰减与直径成反比，磁屏蔽的尺寸是基于环境场的近似值和通量密度的期望水平来计算的。优选地，两个磁屏蔽单元11的内腔直径15~20cm，使其在基于特定材料进行屏蔽的基础上，通过选取合适的直径范围，使得本发明的电磁屏蔽装置10具有更优异的磁屏蔽效果。具体的，本发明通过选择合适的磁屏蔽单元11尺寸，可以在降低成本的基础上，保证内侧的真空度、温度和磁屏蔽满足预定要求。例如，当内侧的磁屏蔽单元11的内腔直径大于20cm时，虽然可以具有较好的屏蔽效果，但是由于其直径较大，导致磁屏蔽单元11的成本提高，同时也容易出现安装困难的问题。当内侧的磁屏蔽单元11的内腔直径小于15cm时，其虽然具有安装方便，且所需的成本较低，但是较小的磁屏蔽单元11尺寸无法使得内部环境真空度、温度和磁屏蔽达到预定的效果。
磁屏蔽单元11是用具有高导磁合金材料制成的。由于磁场既不能产生也不能消除，磁屏蔽单元11的目的是以这样一种方式重新分布磁场，即在要屏蔽的约瑟夫森结芯片2周围产生一个零磁场或很低磁场的区域。高导磁率材料通过将磁场拉向自身并远离待屏蔽的约瑟夫森结芯片2来屏蔽约瑟夫森结芯片2所在区域。本发明在通过磁屏蔽单元11实现对电磁的屏蔽时，通过对磁屏蔽单元11的材料进行选择，使其具有较好的屏蔽效果。优选地，本发明磁屏蔽单元11采用MuMetal材料制成。MuMetal屏蔽具有吸收磁能的能力，并通过将磁场集中在MuMetal屏蔽自身内而产生非常高的衰减，使这些屏蔽合金成为降低低频电磁干扰(EMI)的首选材料。由于约瑟夫森结芯片2的运行环境要求更高，磁屏蔽效果需要满足预定要求，因此，通过用高磁导率金属制造两个同心间隔的磁屏蔽单元11，为约瑟夫森结芯片2制造了一个极低磁场区域的外壳。因为磁场源非常强并且靠近约瑟夫森结芯片2，所以与同等壁厚的单个磁屏蔽相比，连续屏蔽的倍增效应提供了显著更大的磁场衰减，并且防止了屏蔽的饱和。
对于约瑟夫森结芯片2在不同场景下的电磁屏蔽，可以通过对其设置环境进行分析，从而选择最优尺寸的磁屏蔽单元11，以完成对约瑟夫森结芯片2的电磁屏蔽。具体的，每个磁屏蔽单元11的尺寸是基于环境场的近似值和通量密度的期望水平来计算，该磁屏蔽单元11的尺寸确定具体可以包括：
，
其中，B是磁屏蔽单元的通量密度，D是磁屏蔽单元的直径，H0是以奥斯特为单位的环境场，d"是磁屏蔽单元的厚度。
本发明所述非磁性隔离层设于磁屏蔽单元内壁面和/或外壁面，并且每个非磁性隔离层的厚度相同，每个磁屏蔽单元的厚度相同；
每个该非磁性隔离层厚度的确定包括：
根据电磁屏蔽装置10周围环境的磁场强度和约瑟夫森结的临界磁场得到电磁屏蔽装置10的目标屏蔽效能；
根据每个磁屏蔽单元的内径和外径，得到每个磁屏蔽单元上设置的非磁性隔离层的外径或内径；
根据每个磁屏蔽单元的内径、外径和磁导率，以及每个非磁性隔离层的外径、内径、相对磁导率和电导率，得到每个磁屏蔽单元和每个非磁性隔离层的屏蔽效能；
根据每个磁屏蔽单元的厚度与内径和外径的对应关系，每个非磁性隔离层的厚度与内径和外径的对应关系，电磁屏蔽装置10的目标屏蔽效能，以及每个磁屏蔽单元和每个非磁性隔离层的屏蔽效能，得到每个非磁性隔离层的厚度；
其中，每个非磁性隔离层的厚度，满足以下关系：
，
式中，d'为每个非磁性隔离层的厚度，r'外,i为第i个非磁性隔离层的外径，r'内,i为第i个非磁性隔离层的内径，n为非磁性隔离层的层数，μ0为真空磁导率，μ1为非磁性隔离层的相对磁导率，相对磁导率为非磁性隔离层的磁导率与真空磁导率的比值，ω为磁场角频率，为非磁性隔离层的电导率，y为虚部，d"为每个磁屏蔽单元的厚度，r"外,j为第j个磁屏蔽单元的外径，r"内,j为第j个磁屏蔽单元的内径，m为磁屏蔽单元的数量，m≤n，i=1,2,3,...,n，j=1,2,3,...,m，μ2为磁屏蔽单元的磁导率，a'、b'、a"、b"均为常数，H为电磁屏蔽装置10周围环境的磁场强度，Bc为临界磁场。本发明通过对每个磁屏蔽单元和每个非磁性隔离层的厚度进行限定，可以使其在满足当前应用环境电磁屏蔽的基础上，尽量降低结构设计时对磁屏蔽单元和非磁性隔离层的过量使用，可以降低本发明电磁屏蔽装置10的成本，具有较高的经济效应。
本发明实施例中的所述非磁性隔离层通过磁控溅射形成；其中，以直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间为一个周期，通过多个周期在磁屏蔽单元的内壁面和/或外壁面形成预定厚度的非磁性隔离层。更进一步地，每个周期内直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间分别为20~40min、200~300min、6~8min。
参见图2所示，本发明还提供一种约瑟夫森电压***，所述***包括：
上述保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置10；
约瑟夫森结芯片2，其位于所述电磁屏蔽装置10内部，并具有约瑟夫森结。
通过将约瑟夫森结芯片2设置于电磁屏蔽装置10内部，可以通过电磁屏蔽装置10实现对约瑟夫森结芯片2的电磁屏蔽。并且通过上述对电磁屏蔽装置10的材料、尺寸、结构进行设置，提高对约瑟夫森结芯片2的电磁屏蔽效果。
本发明的约瑟夫森电压***为了提高对约瑟夫森结芯片2的屏蔽效果，可以将约瑟夫森结芯片2设置于两个同心间隔的磁屏蔽单元11的几何中心。可以使得约瑟夫森结芯片2周围的磁场均匀对称，且使得约瑟夫森结芯片2所受的磁场影响最小。
磁屏蔽单元11在阻止任何类型的低频磁噪声进入磁屏蔽外壳方面非常有效。低磁场外壳是由分隔和隔离内部体积的磁屏蔽的物理边界产生的，但是应该确保在腔室内没有磁场源。在运行中的约瑟夫森结阵***中，约瑟夫森结芯片2附近有潜在的磁场源（位于磁屏蔽单元外）。另外，为了监控约瑟夫森结芯片2的工作条件，还可以在电磁屏蔽装置10内设置有温度传感器4和磁场传感器3，并且温度传感器4和磁场传感器3靠近所述约瑟夫森结芯片2设置。通过监测的温度和磁场大小，可以完成对电磁屏蔽装置10的屏蔽效果判断，从而保证其内约瑟夫森结芯片2的工作装置。进一步的，约瑟夫森电压***还包调节磁屏蔽单元周围环境温度的控制器6，以及设于内径最大的磁屏蔽单元上的连接器5，连接器5将温度传感器4、磁场传感器3分别与控制器6可断开的连接。其中，连接器5在不同温度下会具有不同的连接效果，具体的，在温度传感器4检测的温度结果不大于约瑟夫森结芯片2的临界温度时，连接器5与控制器6连通，控制器6根据温度传感器4检测的温度结果调节磁屏蔽单元周围环境的温度，在温度传感器4检测的温度结果大于约瑟夫森结芯片2的临界温度时，连接器5与控制器6断开。
其中，制器根据温度传感器4检测的温度结果调节磁屏蔽单元周围环境的温度，还包括：
获取温度传感器4检测的当前温度结果，以及预定时间段内的温度结果；
根据温度传感器4检测的温度结果，得到温度变化率；
根据温度变化率得到磁屏蔽单元内的温度变化状态；
根据温度变化状态、当前温度结果和温度阈值，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预设值。
温度变化状态包括升温、恒温和降温状态；
根据温度变化状态、当前温度结果和温度阈值，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预设值，包括：
当温度变化状态为升温状态，且当前温度结果小于温度阈值时，以及当温度变化状态为降温状态，且当前温度结果大于温度阈值时，调节磁屏蔽单元周围环境温度不变；
当温度变化状态为升温状态，且当前温度结果不小于温度阈值时，以及当温度变化状态为恒温状态，且当前温度结果大于温度阈值时，降低磁屏蔽单元周围环境温度；
当温度变化状态为恒温或降温状态，且当前温度结果不大于温度阈值时，调节磁屏蔽单元周围环境温度至预定温度；优选地，预定温度为4K。
本公开实施例提供了一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置10，所述***包含处理器、存储器，所述处理器通过执行存储器中的计算机指令实现上述实施例的功能。
需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF（射频）等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行；在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(AN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述装置包括至少两个同心间隔套设的磁屏蔽单元，其中，
每个磁屏蔽单元均包括一端封闭的圆柱体和与所述圆柱体另一端紧密配合的可拆卸盖体；所述圆柱体的内壁面和/或外壁面上设有非磁性隔离层，且在相邻磁屏蔽单元之间至少具有一个非磁性隔离层；
根据约瑟夫森结周围环境的磁场强度和电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能，确定磁屏蔽单元的尺寸和非磁性隔离层的厚度，且将每个磁屏蔽单元内设为真空，以保持约瑟夫森结超导状态；内径最小的磁屏蔽单元的内腔直径为15~20cm；每个磁屏蔽单元的厚度相同，每个磁屏蔽单元的外径确定，包括：
；
其中，B是磁屏蔽单元的磁通量密度，D是磁屏蔽单元的外径，H0是以奥斯特为单位的磁屏蔽单元周围环境的磁场强度，d"是磁屏蔽单元的厚度，α为磁通量密度系数；
每个非磁性隔离层的厚度相同，非磁性隔离层厚度的确定包括：
根据电磁屏蔽装置周围环境的磁场强度和约瑟夫森结的临界磁场得到电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能；根据每个磁屏蔽单元的内径和外径，得到每个磁屏蔽单元上设置的非磁性隔离层的外径或内径；根据每个磁屏蔽单元的厚度与内径和外径的对应关系，每个非磁性隔离层的厚度与内径和外径的对应关系，每个磁屏蔽单元的内径、外径和磁导率，每个非磁性隔离层的外径、内径、相对磁导率和电导率，以及电磁屏蔽装置的目标屏蔽效能，得到每个非磁性隔离层的厚度。
2.如权利要求1所述的保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述磁屏蔽单元采用高导磁合金制成，非磁性隔离层包括无氧铜。
3.如权利要求1所述的保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，其特征在于，每个非磁性隔离层的厚度，满足以下关系：
；
式中，d'为每个非磁性隔离层的厚度，r'外,i为第i个非磁性隔离层的外径，r'内,i为第i个非磁性隔离层的内径，n为非磁性隔离层的层数，μ0为真空磁导率，μ1为非磁性隔离层的相对磁导率，ω为磁场角频率，为非磁性隔离层的电导率，y为虚部，d"为每个磁屏蔽单元的厚度，r"外,j为第j个磁屏蔽单元的外径，r"内,j为第j个磁屏蔽单元的内径，m为磁屏蔽单元的数量，μ2为磁屏蔽单元的磁导率，a'、b'、a"、b"均为常数，H为电磁屏蔽装置周围环境的磁场强度，Bc为临界磁场。
4.如权利要求1所述的保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述非磁性隔离层通过磁控溅射形成；
其中，以直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间为一个周期，通过多个周期在磁屏蔽单元的内壁面和/或外壁面形成预定厚度的非磁性隔离层。
5.如权利要求4所述的保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置，其特征在于，每个周期内直流电源作用时间、高功率脉冲电源作用时间以及离子源作用时间分别为20~40min、200~300min、6~8min。
6.一种约瑟夫森电压***，其特征在于，所述***包括：
如权利要求1-5任意一项所述保持约瑟夫森结超导状态的电磁屏蔽装置；
约瑟夫森结芯片，其位于所述电磁屏蔽装置内部，并具有约瑟夫森结，所述约瑟夫森结芯片位于至少两个同心间隔的磁屏蔽单元的几何中心。
7.如权利要求6所述的约瑟夫森电压***，其特征在于，电磁屏蔽装置内设置有温度传感器和磁场传感器，并且温度传感器和磁场传感器靠近所述约瑟夫森结芯片设置。
8.如权利要求7所述的约瑟夫森电压***，其特征在于，约瑟夫森电压***还包括调节磁屏蔽单元周围环境温度的控制器，以及设于内径最大的磁屏蔽单元上的连接器，连接器将温度传感器、磁场传感器分别与控制器可断开的连接。
9.如权利要求8所述的约瑟夫森电压***，其特征在于，在温度传感器检测的温度结果不大于约瑟夫森结芯片的临界温度时，连接器与控制器连通，控制器根据温度传感器检测的温度结果调节磁屏蔽单元周围环境的温度，在温度传感器检测的温度结果大于约瑟夫森结芯片的临界温度时，连接器与控制器断开。
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