[发明专利]用于离子阱装置的氦气控制方法及系统

说明书

本发明公开了用于离子阱装置的氦气控制方法和系统，所述方法包括：从所述压力传感器接收所述氦气隔振腔内的氦气的气压；响应于所述氦气隔振腔中的氦气的气压超过预设的卸压阈值而控制所述卸压组件释放所述氦气隔振腔中的氦气，直至所述氦气隔振腔中的氦气的气压回落至预设气压范围内为止；响应于所述氦气隔振腔中的氦气的气压低于预设的补气阈值而控制所述补气组件向所述氦气隔振腔内充入氦气，直至所述氦气隔振腔中的氦气的气压上升至预设气压范围内为止。本发明可避免因氦气气压过大而导致隔振失效或者因氦气气压过小而导致导热效果下降，这使得离子阱装置能够始终处于其所需的稳定的低温工作环境下。

技术领域

本发明涉及量子计算机领域，具体涉及用于离子阱装置的氦气控制方法及系统。

背景技术

在离子阱量子计算机领域，为维持离子阱装置正常工作，需要将离子阱装置维持在低温环境，所以需要借助低温恒温装置保存离子阱装置。“氦气减振型低温恒温器”是目前比较常用的一种低温恒温器，它采用封闭循环的低温制冷机作为冷源，在低温制冷机的冷头与离子阱装置之间为一充满氦气的腔体，热量通过氦气传递，可避免冷却对象与低温制冷机直接接触，能够同时满足对冷却对象进行散热和隔振的需要。而且，氦气减振型低温恒温器体积小巧，操作简单，安装方便，使用成本低。

但是，由于低温制冷机在工作时不可避免地会产生机械振动，因此在一些对振动比较敏感的应用场景中，需要设法对低温制冷机的振动进行消除或隔离。氦气减振型低温恒温器是通过在低温制冷机的冷头和冷却对象之间设置一个充满氦气的腔体，将热量通过氦气进行传递，同时避免了冷却对象和低温制冷机直接接触，进而同时满足导热和隔振的需要。

使用氦气隔振腔进行有效的导热隔振需要满足以下几个条件：

(1)、氦气隔振腔内必须充注高纯度的氦气，避免空气、水蒸气或其他沸点温度较高的气体进入，否则在超低温(如4K)条件下，氦气隔振腔底部会产生积液或冻结，导致冷头和离子阱装置直接接触，进而导致隔振失效；

(2)、在制冷机降温或升温过程中，氦气隔振腔内的氦气气压需要始终控制在一个大气压左右的范围内，避免因氦气气压过大导致的过量液化或气压过小导致的导热率下降，因此需要根据温度的变化进行补气或者放气；

(3)、氦气隔振腔内的氦气需定期更换，避免因外部空气泄漏导致积液或冻结问题。

为了满足上述条件，对于氦气隔振腔的氦气管理就需要进行比较复杂的操作，一般包括抽真空、充注氦气、降温补气、升温放气等过程，目前大多采用人工手动操作，过程繁琐且容易出错。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种用于离子阱装置的氦气控制方法，所述氦气控制方法基于氦气控制系统，所述氦气控制系统包括主控模块以及与所述主控模块电气连接的供气组件和卸压组件，所述供气组件和所述卸压组件经由多通接口连接至与用于向所述离子阱装置提供低温环境的氦气减振型低温恒温器中的氦气隔振腔连通的管路，所述管路上设置有用于监测所述氦气隔振腔内的氦气的气压的压力传感器；所述氦气控制方法包括：所述主控模块从所述压力传感器接收所述氦气隔振腔内的氦气的气压；所述主控模块响应于所述氦气隔振腔中的氦气的气压超过预设的卸压阈值而控制所述卸压组件释放所述氦气隔振腔中的氦气，直至所述氦气隔振腔中的氦气的气压回落至预设气压范围内为止；所述主控模块响应于所述氦气隔振腔中的氦气的气压低于预设的补气阈值而控制所述补气组件向所述氦气隔振腔内充入氦气，直至所述氦气隔振腔中的氦气的气压上升至预设气压范围内为止，其中，当所述氦气隔振腔中的氦气的气压处于预设气压范围内时，所述氦气隔振腔中的氦气能够在不发生液化的情况下向所述离子阱装置提供最佳导热效率。