王志陽(yáng)

摘 要：近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾曤娮悠髽I(yè)的發(fā)展。在電子企業(yè)中，做好約瑟夫森結(jié)的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)研究工作，能夠讓電子線路得到更好的利用，提高電路的運(yùn)行效率。因此，本文主要研究基于基于超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)，希望能夠電路中的工作人員提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)；雙路徑量子；糾纏微波信號(hào)

中圖分類號(hào)：O413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）17-0217-02

約瑟夫森結(jié)屬于一種運(yùn)行比較穩(wěn)定的電子電路，當(dāng)電子系統(tǒng)中的溫度較低時(shí)，系統(tǒng)中的電路會(huì)快速交換能量。但是，在能量交換的過程中，也會(huì)產(chǎn)生大量的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)，在一定程度上影響了電子線路的正常運(yùn)行。因此，電子電路中的工作人員做好雙路徑量子糾纏微波信號(hào)研究工作具有非常重要的作用。本文主要分析超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)，從而保證電子線路能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 約瑟夫森結(jié)的含義

約瑟夫森結(jié)是以英國(guó)物理學(xué)家的姓名來命名的，主要利用電子電路中的超導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)電路中的溫度較低時(shí)，電子線路中會(huì)出現(xiàn)大量的微波，超導(dǎo)電路中的電阻會(huì)逐漸變小，提高電路電流的運(yùn)行效率。約瑟夫森結(jié)通過利用一些靈敏性高的微波器與測(cè)壓器來保證電路正常運(yùn)行。同時(shí)，約瑟夫森結(jié)主要由兩部分組成，這兩部分均屬于超導(dǎo)體，這兩部分超導(dǎo)體之間被薄體電殼分離，電路中的電子通過電殼后，部分形成了約瑟夫森結(jié)電流，電路中的電子通過電殼的運(yùn)動(dòng)常常被人們稱為約瑟夫森結(jié)通道，電子在運(yùn)行的過程中，會(huì)通過超導(dǎo)體，從而產(chǎn)生大量的約瑟夫森結(jié)電流，電流在運(yùn)行過程中，會(huì)在電路中形成一定的電阻，影響電路運(yùn)行，這種現(xiàn)象稱為約瑟夫森結(jié)干涉[1]。

約瑟夫森結(jié)在正常運(yùn)行的過程中，電路中的電流會(huì)隨著時(shí)間不斷增加，產(chǎn)生大量電阻，當(dāng)電阻達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電流會(huì)逐漸減小，同時(shí)，電路中的電壓會(huì)不斷釋放量子，當(dāng)電路中的量子聚集到一定程度后，就會(huì)產(chǎn)生大量的糾纏微波信號(hào)，從而降低了電路的運(yùn)行效率。根據(jù)大量研究數(shù)據(jù)顯示，電路中的量子糾纏微波信號(hào)越多，電路中的電壓與電流的越小。當(dāng)增加電路表面積，量子糾纏微波信號(hào)對(duì)電路的影響會(huì)逐漸減小，在一定程度上提高了電路的安全性。當(dāng)約瑟夫森結(jié)兩端的電壓過高時(shí)，電路中的電流受電壓的影響，會(huì)產(chǎn)生很大的震蕩波動(dòng)，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。因此，工作人員需要根據(jù)電路的實(shí)際運(yùn)行情況，嚴(yán)格控制電路電壓，減少共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證電路能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

2 約瑟夫森結(jié)的相關(guān)設(shè)備

約瑟夫森結(jié)參量設(shè)備主要包括三部分，分別是約瑟夫森結(jié)參量放大器、約瑟夫森結(jié)環(huán)形控制器與約瑟夫森結(jié)混合器。其中，約瑟夫森結(jié)參量放大器在整個(gè)電路系統(tǒng)中具有非常重要的作用，約瑟夫森結(jié)參量放大器能夠?qū)㈦娐分械霓D(zhuǎn)變頻率與信號(hào)放大，在一定程度上提高了電路的穩(wěn)定性。同時(shí)，約瑟夫森結(jié)參量放大器在運(yùn)行的過程中，產(chǎn)生的噪音比較小，電路中的量子糾纏微波信號(hào)對(duì)電路的影響較小。在約瑟夫森結(jié)運(yùn)行的過程中，相關(guān)工作人員設(shè)計(jì)了電磁驅(qū)動(dòng)的JPA，JPA主要包括超導(dǎo)雙路徑量子振動(dòng)器與振動(dòng)終端，其中，振動(dòng)終端屬于直流SQUID，通過添加SQUID，不但能夠提高電路中的電磁量，還能夠有效調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率，將約瑟夫森結(jié)信號(hào)不斷放大[2]。具體的運(yùn)行流程（見圖1）。

與此同時(shí)，系統(tǒng)中的JPA能夠產(chǎn)生大量的模塊壓縮量子，這些壓縮量子能夠準(zhǔn)確測(cè)定系統(tǒng)中的電流，并根據(jù)電流的運(yùn)行情況，合理控制電路中的量子糾纏微波信號(hào)。約瑟夫森結(jié)環(huán)形控制器，主要包括四個(gè)約瑟夫森結(jié)，屬于惠斯頓電路結(jié)構(gòu)，并且與微量電子量全部對(duì)稱。目前，這這種設(shè)備已經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用到電子線路中，并取得顯著效果，減少雙路徑量子糾纏微波信號(hào)的產(chǎn)生，提高了整個(gè)電路系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3 超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)產(chǎn)生原因分析

3.1 并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)的產(chǎn)生原因

約瑟夫森結(jié)控制環(huán)包括四個(gè)終端的量子糾纏微波元件，在這四個(gè)量子終端中，有兩個(gè)終端主要用來接收電路信號(hào)，另兩個(gè)量子終端則用來發(fā)射電子信號(hào)，在信號(hào)接收終端上，可以涂上一層比較薄的混合層，提高電路的抗氧化性。同時(shí)，工作人員可以根據(jù)約瑟夫森結(jié)的運(yùn)行情況，分別在終端兩側(cè)安裝180度混合微量耦合器，該耦合器與系統(tǒng)分離器的作用不同，能夠?qū)㈦p路徑量子糾纏微波信號(hào)按照一定的比例進(jìn)行分配。約瑟夫森結(jié)分離器使用比較方便，能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的廣場(chǎng)進(jìn)行有效分離。根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析得知，當(dāng)約瑟夫森結(jié)中的電流超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，通過安裝分離器，能夠有效保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少約瑟夫森結(jié)產(chǎn)生雙路徑量子糾纏微波信號(hào)的產(chǎn)生。同時(shí)，在四個(gè)量子終端中，至少有一個(gè)終端能夠控制輸出糾纏信號(hào)，并且該信號(hào)會(huì)影響約瑟夫森結(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

利用函數(shù)分析法，在約瑟夫森結(jié)中加入55歐姆的電阻，由于電路中的電阻會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)變化，如果電路中添加電阻，電路中的電壓會(huì)發(fā)生很大變化，雙路徑量子糾纏微波信號(hào)會(huì)嚴(yán)重影響線路的運(yùn)行。同時(shí)，約瑟夫森結(jié)中的真空漲落表示了雙路徑量子糾纏微波信號(hào)噪音，從而產(chǎn)生并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)，降低了相關(guān)工作人員的工作效率。為了減小約瑟夫森結(jié)中的噪音，可以在系統(tǒng)中安裝振蕩器，電路中的振蕩頻率主要由線路電感與電容決定，在約瑟夫森結(jié)中，電容基本上是固定的，不會(huì)隨著電路的運(yùn)行效率改變而改變。因此，可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電容，改進(jìn)電路中的電感，通過調(diào)節(jié)電路中的光感線圈，調(diào)節(jié)電路電感，從而提高電路中的電感值，并嚴(yán)格控制電路振動(dòng)頻率。JPA結(jié)構(gòu)如圖2所示。

約瑟夫森結(jié)中，JPA結(jié)構(gòu)的內(nèi)部振動(dòng)頻率應(yīng)該是規(guī)定頻率的2倍，將這些頻率調(diào)節(jié)到SQUID中，在SQUID 中，振動(dòng)頻率會(huì)不斷壓縮。在真空狀態(tài)下，振動(dòng)頻率經(jīng)過HR控制器之后，系統(tǒng)中的振動(dòng)頻率就會(huì)直接分成兩個(gè)部分，這兩部分信號(hào)經(jīng)過線路放大器與濾波器，逐漸轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的運(yùn)行頻率。

3.2 非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)的產(chǎn)生原因endprint

在約瑟夫森結(jié)運(yùn)行線路中，如果線路中的振動(dòng)頻率過高，會(huì)產(chǎn)生大量的并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)。如果沒有嚴(yán)格控制線路中的電容與電壓，則會(huì)產(chǎn)生大量的非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)。產(chǎn)生非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)的主要原因是系統(tǒng)中的電流與電壓沒有在規(guī)定范圍內(nèi)。同時(shí)，當(dāng)電路系統(tǒng)中的負(fù)載過大時(shí)，會(huì)有很多真空量子進(jìn)入到設(shè)備當(dāng)中，在一定程度上影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，為了有效減少電路中非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)，可以在線路中安裝量子糾纏器，當(dāng)雙路徑量子糾纏微波信號(hào)進(jìn)入設(shè)備后，糾纏器會(huì)產(chǎn)生EPR，利用光子與電路中的振動(dòng)頻率，能夠減小雙路徑量子糾纏微波信號(hào)對(duì)線路的影響。

糾纏器中的雙模一般是真空狀態(tài)，當(dāng)輸出器中的糾纏量子數(shù)較多時(shí)，量子會(huì)組合在一起，從而產(chǎn)生大量的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)，這些糾纏微波信號(hào)經(jīng)過糾纏器時(shí)，會(huì)被環(huán)形器分離，然后根據(jù)空間中的傳輸線路運(yùn)行。當(dāng)雙模中的量子處于不同狀態(tài)時(shí)，可用混合器中磁通設(shè)備來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中糾纏量子，盡量減少糾纏量子對(duì)電路的影響。另外，也可以在電路中安裝檢測(cè)器，檢測(cè)器的工作原理與糾纏器相同，能夠有效降低系統(tǒng)中的糾纏量子。通過利用電路中不同的運(yùn)行頻率，當(dāng)糾纏量子經(jīng)過檢測(cè)器時(shí)，系統(tǒng)中的相位會(huì)產(chǎn)生相位差，通過降低相位差，能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的噪音降到最低，提高電路的安全性。

3.3 并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)與非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)產(chǎn)生原因的差異

通過分析并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)與非并聯(lián)式糾纏微波信號(hào)的產(chǎn)生原因，能夠幫助工作人員更好的掌握電路系統(tǒng)的運(yùn)行情況，系統(tǒng)中的糾纏信號(hào)與約瑟夫森結(jié)對(duì)系統(tǒng)的影響較大。在電路系統(tǒng)當(dāng)中，約瑟夫森結(jié)能夠影響糾纏信號(hào)的產(chǎn)生，雖然糾纏信號(hào)會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但是，該信號(hào)會(huì)在一定程度上提高系統(tǒng)的安全性。約瑟夫森結(jié)能夠保證系統(tǒng)的安全性，也會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率。糾纏信號(hào)與約瑟夫森結(jié)本質(zhì)上均是信號(hào)頻率，如果系統(tǒng)中的信號(hào)頻率同時(shí)降低，會(huì)降低系統(tǒng)的安全系數(shù)[4]。

并聯(lián)式糾纏信號(hào)與非并聯(lián)式糾纏信號(hào)都會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)電路中的振動(dòng)頻率較低時(shí)，可以在系統(tǒng)中加入大量的光子，光子能夠控制糾纏量子的產(chǎn)生，降低糾纏信號(hào)對(duì)約瑟夫森結(jié)的影響。同時(shí)，由于電路系統(tǒng)中振動(dòng)頻率的不同，也會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)中振動(dòng)頻率較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的并聯(lián)式糾纏信號(hào)，反之，會(huì)產(chǎn)生大量的非并聯(lián)式糾纏信號(hào)。因此，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格控制線路的振動(dòng)頻率。在電路系統(tǒng)中，如果約瑟夫森結(jié)含量過多，也會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一般在系統(tǒng)中安裝兩個(gè)約瑟夫森結(jié)比較適宜。如果安裝過多的約瑟夫森結(jié)，不但會(huì)增加系統(tǒng)耗電量，還會(huì)產(chǎn)生大量的電容，影響系統(tǒng)電流與電壓，工作人員需要根據(jù)電路的實(shí)際運(yùn)行情況，合理安裝約瑟夫森結(jié)，從而進(jìn)一步降低并聯(lián)式糾纏信號(hào)與非并聯(lián)式糾纏信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了約瑟夫森結(jié)的組成與雙路徑量子糾纏微波信號(hào)產(chǎn)生原因，有效保證了約瑟夫森結(jié)的穩(wěn)定性。但是，相關(guān)工作人員在實(shí)際工作中，仍然會(huì)遇到很多問題，這就需要工作人員不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的雙路徑量子糾纏微波信號(hào)相關(guān)知識(shí)，縮短量子傳播距離，減小雙路徑量子糾纏微波信號(hào)對(duì)電路的影響，從而保證我國(guó)電子企業(yè)能夠更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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