基于超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号研究

王志阳

摘 要：近年来，随着国民经济的飞速发展，人们越来越重视电子企业的发展。在电子企业中，做好约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号研究工作，能够让电子线路得到更好的利用，提高电路的运行效率。因此，本文主要研究基于基于超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号，希望能够电路中的工作人员提供参考和帮助。

关键词：超导约瑟夫森结；双路径量子；纠缠微波信号

中图分类号：O413 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0217-02

约瑟夫森结属于一种运行比较稳定的电子电路，当电子系统中的温度较低时，系统中的电路会快速交换能量。但是，在能量交换的过程中，也会产生大量的双路径量子纠缠微波信号，在一定程度上影响了电子线路的正常运行。因此，电子电路中的工作人员做好双路径量子纠缠微波信号研究工作具有非常重要的作用。本文主要分析超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号，从而保证电子线路能够安全稳定运行。

1 约瑟夫森结的含义

约瑟夫森结是以英国物理学家的姓名来命名的，主要利用电子电路中的超导现象，当电路中的温度较低时，电子线路中会出现大量的微波，超导电路中的电阻会逐渐变小，提高电路电流的运行效率。约瑟夫森结通过利用一些灵敏性高的微波器与测压器来保证电路正常运行。同时，约瑟夫森结主要由两部分组成，这两部分均属于超导体，这两部分超导体之间被薄体电壳分离，电路中的电子通过电壳后，部分形成了约瑟夫森结电流，电路中的电子通过电壳的运动常常被人们称为约瑟夫森结通道，电子在运行的过程中，会通过超导体，从而产生大量的约瑟夫森结电流，电流在运行过程中，会在电路中形成一定的电阻，影响电路运行，这种现象称为约瑟夫森結干涉[1]。

约瑟夫森结在正常运行的过程中，电路中的电流会随着时间不断增加，产生大量电阻，当电阻达到一定数值时，电流会逐渐减小，同时，电路中的电压会不断释放量子，当电路中的量子聚集到一定程度后，就会产生大量的纠缠微波信号，从而降低了电路的运行效率。根据大量研究数据显示，电路中的量子纠缠微波信号越多，电路中的电压与电流的越小。当增加电路表面积，量子纠缠微波信号对电路的影响会逐渐减小，在一定程度上提高了电路的安全性。当约瑟夫森结两端的电压过高时，电路中的电流受电压的影响，会产生很大的震荡波动，严重的会产生共振现象。因此，工作人员需要根据电路的实际运行情况，严格控制电路电压，减少共振现象的产生，保证电路能够稳定运行。

2 约瑟夫森结的相关设备

约瑟夫森结参量设备主要包括三部分，分别是约瑟夫森结参量放大器、约瑟夫森结环形控制器与约瑟夫森结混合器。其中，约瑟夫森结参量放大器在整个电路系统中具有非常重要的作用，约瑟夫森结参量放大器能够将电路中的转变频率与信号放大，在一定程度上提高了电路的稳定性。同时，约瑟夫森结参量放大器在运行的过程中，产生的噪音比较小，电路中的量子纠缠微波信号对电路的影响较小。在约瑟夫森结运行的过程中，相关工作人员设计了电磁驱动的JPA，JPA主要包括超导双路径量子振动器与振动终端，其中，振动终端属于直流SQUID，通过添加SQUID，不但能够提高电路中的电磁量，还能够有效调节振动频率，将约瑟夫森结信号不断放大[2]。具体的运行流程（见图1）。

与此同时，系统中的JPA能够产生大量的模块压缩量子，这些压缩量子能够准确测定系统中的电流，并根据电流的运行情况，合理控制电路中的量子纠缠微波信号。约瑟夫森结环形控制器，主要包括四个约瑟夫森结，属于惠斯顿电路结构，并且与微量电子量全部对称。目前，这这种设备已经被人们广泛应用到电子线路中，并取得显著效果，减少双路径量子纠缠微波信号的产生，提高了整个电路系统的运行效率。

3 超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号产生原因分析

3.1 并联式纠缠微波信号的产生原因

约瑟夫森结控制环包括四个终端的量子纠缠微波元件，在这四个量子终端中，有两个终端主要用来接收电路信号，另两个量子终端则用来发射电子信号，在信号接收终端上，可以涂上一层比较薄的混合层，提高电路的抗氧化性。同时，工作人员可以根据约瑟夫森结的运行情况，分别在终端两侧安装180度混合微量耦合器，该耦合器与系统分离器的作用不同，能够将双路径量子纠缠微波信号按照一定的比例进行分配。约瑟夫森结分离器使用比较方便，能够将系统中的广场进行有效分离。根据大量数据分析得知，当约瑟夫森结中的电流超过规定数值时，通过安装分离器，能够有效保证系统的运行效率，减少约瑟夫森结产生双路径量子纠缠微波信号的产生。同时，在四个量子终端中，至少有一个终端能够控制输出纠缠信号，并且该信号会影响约瑟夫森结的稳定运行[3]。

利用函数分析法，在约瑟夫森结中加入55欧姆的电阻，由于电路中的电阻会随着时间的增长会变化，如果电路中添加电阻，电路中的电压会发生很大变化，双路径量子纠缠微波信号会严重影响线路的运行。同时，约瑟夫森结中的真空涨落表示了双路径量子纠缠微波信号噪音，从而产生并联式纠缠微波信号，降低了相关工作人员的工作效率。为了减小约瑟夫森结中的噪音，可以在系统中安装振荡器，电路中的振荡频率主要由线路电感与电容决定，在约瑟夫森结中，电容基本上是固定的，不会随着电路的运行效率改变而改变。因此，可以通过调节系统中的电容，改进电路中的电感，通过调节电路中的光感线圈，调节电路电感，从而提高电路中的电感值，并严格控制电路振动频率。JPA结构如图2所示。

约瑟夫森结中，JPA结构的内部振动频率应该是规定频率的2倍，将这些频率调节到SQUID中，在SQUID 中，振动频率会不断压缩。在真空状态下，振动频率经过HR控制器之后，系统中的振动频率就会直接分成两个部分，这两部分信号经过线路放大器与滤波器，逐渐转变成稳定的运行频率。

3.2 非并联式纠缠微波信号的产生原因endprint

在约瑟夫森结运行线路中，如果线路中的振动频率过高，会产生大量的并联式纠缠微波信号。如果没有严格控制线路中的电容与电压，则会产生大量的非并联式纠缠微波信号。产生非并联式纠缠微波信号的主要原因是系统中的电流与电压没有在规定范围内。同时，当电路系统中的负载过大时，会有很多真空量子进入到设备当中，在一定程度上影响了系统的正常运行。因此，为了有效减少电路中非并联式纠缠微波信号，可以在线路中安装量子纠缠器，当双路径量子纠缠微波信号进入设备后，纠缠器会产生EPR，利用光子与电路中的振动频率，能够减小双路径量子纠缠微波信号对线路的影响。

纠缠器中的双模一般是真空状态，当输出器中的纠缠量子数较多时，量子会组合在一起，从而产生大量的双路径量子纠缠微波信号，这些纠缠微波信号经过纠缠器时，会被环形器分离，然后根据空间中的传输线路运行。当双模中的量子处于不同状态时，可用混合器中磁通设备来调节系统中纠缠量子，尽量减少纠缠量子对电路的影响。另外，也可以在电路中安装检测器，检测器的工作原理与纠缠器相同，能够有效降低系统中的纠缠量子。通过利用电路中不同的运行频率，当纠缠量子经过检测器时，系统中的相位會产生相位差，通过降低相位差，能够将系统中的噪音降到最低，提高电路的安全性。

3.3 并联式纠缠微波信号与非并联式纠缠微波信号产生原因的差异

通过分析并联式纠缠微波信号与非并联式纠缠微波信号的产生原因，能够帮助工作人员更好的掌握电路系统的运行情况，系统中的纠缠信号与约瑟夫森结对系统的影响较大。在电路系统当中，约瑟夫森结能够影响纠缠信号的产生，虽然纠缠信号会影响系统的正常运行，但是，该信号会在一定程度上提高系统的安全性。约瑟夫森结能够保证系统的安全性，也会降低系统的运行效率。纠缠信号与约瑟夫森结本质上均是信号频率，如果系统中的信号频率同时降低，会降低系统的安全系数[4]。

并联式纠缠信号与非并联式纠缠信号都会影响系统的正常运行。当电路中的振动频率较低时，可以在系统中加入大量的光子，光子能够控制纠缠量子的产生，降低纠缠信号对约瑟夫森结的影响。同时，由于电路系统中振动频率的不同，也会影响系统的运行，根据对比能够发现，当系统中振动频率较大时，会产生大量的并联式纠缠信号，反之，会产生大量的非并联式纠缠信号。因此，相关工作人员需要严格控制线路的振动频率。在电路系统中，如果约瑟夫森结含量过多，也会影响系统的正常运行，一般在系统中安装两个约瑟夫森结比较适宜。如果安装过多的约瑟夫森结，不但会增加系统耗电量，还会产生大量的电容，影响系统电流与电压，工作人员需要根据电路的实际运行情况，合理安装约瑟夫森结，从而进一步降低并联式纠缠信号与非并联式纠缠信号对系统的影响。

4 结语

本文主要介绍了约瑟夫森结的组成与双路径量子纠缠微波信号产生原因，有效保证了约瑟夫森结的稳定性。但是，相关工作人员在实际工作中，仍然会遇到很多问题，这就需要工作人员不断学习先进的双路径量子纠缠微波信号相关知识，缩短量子传播距离，减小双路径量子纠缠微波信号对电路的影响，从而保证我国电子企业能够更好的发展。

参考文献

[1]吴德伟，李响，杨春燕，苗强.基于超导约瑟夫森结的双路径量子纠缠微波信号研究进展[J].量子电子学报，2017，（01）：1-8.

[2]张骏，张辰，张焱，等.高温超导YBa_2Cu_3O_（7-δ）双晶约瑟夫森结的输运特性随晶界角的变化[J].低温物理学报，2015，（06）：423-429.

[3]邓辉，戴倩，于海峰，等.多层交替沉积后退火处理MgB_2超导薄膜上约瑟夫森结的制备[J].科学通报，2016，（07）：498-505.

[4]岳宏卫，阎少林，周铁戈，等.嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性研究[J].物理学报，2015，（02）：1282-1287.endprint