[发明专利]一种利用微波实时改变机械振子频率的装置和方法

说明书

本发明公开了一种利用微波实时改变机械振子频率的装置，包括：微波源、微波分束器、衰减器、无氧铜腔体、第一级放大器、第二级放大器、矢量网络分析仪、混频器、频谱分析仪和控制电脑，本发明将悬空电容样品作为微机械振子，同时电容的周围存在螺旋电感，螺旋电感与电容共同构成了LC谐振电路。利用微波驱动LC谐振电路形成电磁振荡，同时也会引起电容上极板薄膜的机械振动，这导致了电容上下极板间距离的变化，从而对LC谐振电路的谐振频率产生了调制作用。本发明还公开了一种利用微波实时改变机械振子频率的方法。本发明实现了在低温下通过改变微波的输入功率来调控机械振子的振动频率。

技术领域

本发明属于量子信息处理技术领域，具体涉及一种利用微波实时改变机械振子频率的装置和方法。

背景技术

量子信息处理是目前科学研究的热点，随着微加工制备工艺的进步与量子信息处理的研究需求，促使了越来越多的研究人员开始关注微机械振子的应用和研究。微机械振子由于具有较高的共振频率、极小的质量和耗散，已被广泛用于量子机理的研究中，随着微加工工艺制备的精细度不断提高，实验室中已经可以制作出微纳尺寸的机械振子，其足够小的尺寸使得它可以与多种固体系统耦合，例如超导量子比特、光腔和微波腔等，形成耦合量子系统，实现不同频率量子系统的相互作用。微机械振子可以做类似弹簧的微小振动，其振动频率与自身的材料性质、质量和几何外形有关，传统地改变微机械振子的振动频率的方式可以在微加工过程中改变微机械振子的质量和几何尺寸来实现，但这样的方式操作复杂，需要在制备工艺上花较长的时候来摸索制备条件并且设计多种适用于不同几何尺寸的原始模具，这给科研和应用都带来了不便，并且这样的机械振子振动频率的改变方式不具有实时性和连续性，只能靠采用不同质量和几何尺寸的微机械振子来得到特定的分立的振动频率，而不是实时地得到连续分布的振动频率，为此我们设计了利用微波实时改变机械振子频率的装置和方法。

发明内容

发明目的：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用微波实时改变机械振子频率的装置和方法，实现了在低温下通过改变微波的输入功率来实时调控机械振子的振动频率。

技术方案：

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案为一种利用微波实时改变机械振子频率的装置，包括：微波源、微波分束器、衰减器、无氧铜腔体、第一级放大器、第二级放大器、矢量网络分析仪、混频器、频谱分析仪和控制电脑，其中，所述无氧铜腔体处于20mK的低温下，用于装载悬空电容样品；所述衰减器和第一级放大器处于稀释制冷机的低温环境中，所述微波源、微波分束器、矢量网络分析仪、混频器、频谱分析仪、控制电脑以及第二级放大器都处在室温环境中；所述微波源用于提供频率和功率连续变化的微波信号给微波分束器，所述微波分束器用于将所述微波信号分成两路，其中一路微波信号将作为超导谐振电路的微波输入信号，通过衰减器输入到无氧铜腔体中，用于驱动超导谐振电路，另一路微波信号作为微波本地信号，用于与超导谐振电路的输出信号进行混频；所述矢量网络分析仪用于测量超导谐振电路的输出端口到输入端口的正向传输系数S₂₁曲线；所述频谱分析仪用于测量超导谐振电路的输出信号，并观测机械振动的调制作用；所述混频器的输入端分别连接微波分束器和第二级放大器，用于将超导谐振电路的输出信号和本地信号进行混频，以此来得到机械振子的频率，混频器的输出端连接频谱分析仪，所述第二级放大器的输入端连接到第一级放大器的输出端，用于接收第一级放大器的输出信号，做进一步放大，所述控制电脑连接到频谱分析仪，用于记录频谱分析仪测量得到的数据。

进一步的，所述矢量网络分析仪同时连接衰减器的输入端和第一级放大器的输出端。

进一步的，在混频阶段，所述第二级放大器的输出端连接混频器与微波本地信号进行混频，在测量边带效应阶段，第二级放大器连接到频谱分析仪进行测试。

进一步的，所述第二级放大器的输出端直接连接到频谱分析仪进行测试。