够工作在单光子水平的“量子环行器”和“定向耦合器”!
这,又是一项足以让所有微波工程师都惊掉下巴的“神操作”!
因为制造这种微波铁氧体器件,通常需要极其复杂的微细加工工艺(比如光刻、刻蚀、薄膜沉积等)和精密的测试设备。而秦风,只有他那双“神之手”,以及一些看起来像是从垃圾堆里捡来的DIY工具!
但他偏偏就做到了!
他头戴着高倍放大镜,用一把经过特殊改造的、笔尖镶嵌着一小块工业金刚石的“微型雕刻笔”(这是他用一支废旧的圆珠笔和一颗从玻璃刀上敲下来的金刚石颗粒DIY的),在那几片比纸还要薄的YIG单晶薄膜上,以一种近乎“盲操”的方式(因为YIG薄膜在可见光下是不透明的,他只能依靠手感和系统提供的“触觉增强”来感知下刀的深浅和位置),小心翼翼地刻划出了几条只有几十微米宽的微带线结构和耦合缝隙!
然后,他又用他那把神奇的恒温电烙铁,将几根比头发丝还要细的镀金铜线(这是他从一段报废的高频同轴电缆里抽出来的),以一种匪夷所思的精度,焊接到了那些微带线的输入输出端口上,形成了几个最基本的三端口或四端口微波器件的雏形。
至于那些铁氧体磁珠和介电陶瓷谐振柱,则被他巧妙地嵌入到了那些新绕制的超导线圈的特定位置,或者与那些经过改造的可变电容器的极片紧密贴合。它们将作为微型的“带通滤波器”或“陷波器”,进一步提高谐振腔对特定频率微波信号的选择性,滤除那些可能干扰量子比特操作的杂散频率。
更令人拍案叫绝的是,秦风还从那几颗封装完好的雪崩光电二极管(APD)中,提取出了其核心的、对单个光子都极其敏感的半导体P-N结芯片(当然,这个过程也充满了惊险,他差点因为静电击穿而报废掉一颗珍贵的芯片)。然后,他利用系统知识,设计了一种特殊的“微波-光子转换接口”,将这个P-N结芯片与一个经过特殊设计的、Q值极高的微型超导谐振腔耦合在了一起!
他的设想是,当“电子管量子比特”的量子态发生改变时,会引起与其耦合的超导谐振腔的频率发生微小的偏移。这个频率偏移,可以通过一个弱探测微波信号转换成谐振腔内存储的微波光子数的微小变化。而这个微波光子数的变化,又可以通过那个“微波-光子转换接口”,转换成雪崩光电二极管中产生的可被探测到的光电流信号!
这,就是他为“熊猫量子霸王机”设计的“单光子级信号耦合器”与“量子态读取模块”的核心原理!用最“土法”的手段,去实现最尖端的量子测量!
第三阶段:“天线重塑”,架设“量子通讯”之桥梁!
完成了对谐振回路的“量子化升级”,秦风的目光,最后落在了那根孤零零地立在收音机顶部的、已经有些弯曲变形的七节拉杆天线上。
这根天线,在它的“前半生”,兢兢业业地为宿管刘阿姨接收着来自四面八方的、承载着京剧、豫剧、黄梅戏等各种戏曲信息的调幅(AM)和调频(FM)无线电波,频率范围通常在几百千赫兹到一百兆赫兹左右。
但对于即将“量子飞升”的“熊猫量子霸王机”来说,这个频率范围实在是太“低端”了!它需要的是能够工作在数吉赫兹甚至数十吉赫兹微波频段的、能够精确地向“电子管量子比特”发射控制脉冲,并高效地接收其反馈信号的“量子天线”!
秦风毫不犹豫地将那根老旧的拉杆天线给拆了下来。然后,他从自己“顺手牵羊”搞来的材料中,找出了一些之前从电子系报废的微波实验模块上拆下来的、镀金的SMA同轴连接器、几小段半刚性同轴电缆、以及一些薄如蝉翼的柔性印刷电路板(FPC)边角料。
他再次展现了他那“化腐朽为神奇”的DIY