[发明专利]波束可调的近场微波转换装置

说明书

本发明公开的波束可调的近场微波转换装置包括噪声源、功率放大器、多个滤波单元、切换开关、多个移相器和天线阵列，其中，噪声源用于制备白噪声信号，功率放大器用于将白噪声信号转换为设定频率范围内的宽带噪声信号，多个滤波单元用于分别从设定频率范围内的宽带噪声信号中选择特定频率的宽带噪声信号，切换开关用于切断或导通多个滤波单元中的各个滤波单元，多个移相器用于分别调节特定频率的宽带噪声信号的相位并将调节后的宽带噪声信号输入天线阵列，通用性强，可满足不同离子驱动的近场微波转换需求，减少了近场微波转换装置的数量，单个微波转换装置的数量体积更小，占用空间小，质量轻。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，具体涉及一种波束可调的近场微波转换装置。

背景技术

在量子计算领域，可采用近场微波或者激光来驱动离子阱中的离子。在采用微波驱动的系统中，通常包含谐振器、功率放大器、天线等，其中天线是将传输线上的导行波转换为驱动离子的近场微波的关键装置。一般来说，微波驱动系统会因离子的差异而采用不同频率的转换装置，如25Mg+、43Ca+和171Yb+离子的微波驱动频率分别为1.789GHz、3.2GHz和12.6GHz，因而需要采用对应频率的转换装置。通常的解决办法是针对每一种微波驱动系统设计一种近场微波转换装置，近场微波转换装置一般为喇叭口面的天线，由于喇叭口面的天线呈三维结构，因此占用的空间大。另外，天线尺寸跟波长成反比，对于低频段工作的天线，其尺寸也比较大。例如，针对工作频率为1.789GHZ的标准喇叭口面天线（增益为10dB)，尺寸需要达到210mm×209mm×154mm，所以说，现有以喇叭口面天线为基础的近场微波转换装置存在体积大、质量大的缺陷，严重限制了量子计算技术的发展和商用推广。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种波束可调的近场微波转换装置，以解决现有技术存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的波束可调的近场微波转换装置包括：

噪声源，用于制备白噪声信号；

功率放大器，用于将所述白噪声信号转换为设定频率范围内的宽带噪声信号；

多个滤波单元，分别用于从所述设定频率范围内的宽带噪声信号中选择特定频率的宽带噪声信号；

切换开关，用于切断或导通多个所述滤波单元中的各个滤波单元；

多个移相器，分别用于调节所述特定频率的宽带噪声信号的相位并将调节后的宽带噪声信号输入天线阵列，使得天线阵列在所述特定频率的宽带噪声信号上的增益达到最大；

所述天线阵列，用于根据所述调节后的宽带噪声信号，向外辐射电磁波信号，以利用所述电磁波信号近场驱动离子阱中的离子，其中，所述特定频率为离子阱中离子的驱动频率。

作为本发明一个优选的实施方式，所述功率放大器，用于将所述白噪声转换为频率范围为1-13GHz的多个宽带噪声信号。

作为本发明一个优选的实施方式，多个所述滤波单元包括第一滤波单元、第二滤波单元和第三滤波单元。

作为本发明一个优选的实施方式，所述第一滤波单元用于从频率范围为1-13GHz的多个宽带噪声信号中选择频率为1.789GHz的宽带噪声信号。

作为本发明一个优选的实施方式，所述第二滤波单元用于从频率范围为1-13GHz的多个宽带噪声信号中选择频率为3.2GHz的宽带噪声信号。

作为本发明一个优选的实施方式，所述第三滤波单元用于从频率范围为1-13GHz的多个宽带噪声信号中选择频率为12.6GHz的宽带噪声信号。

作为本发明一个优选的实施方式，所述切换开关，还用于在发生切换操作时，同时改变多个所述移相器中的相移。

作为本发明一个优选的实施方式，所述天线阵列包括多个微带天线。