Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Jack Ekin

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2006-12-7

价格:USD 150.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780198570547

丛书系列:

图书标签:

低温测量
实验技术
物理学
材料科学
低温物理
测量技术
电子学
仪器仪表
热物理
固态物理

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具体描述

This book presents a highly integrated, step-by-step approach to the design and construction of low-temperature measurement apparatus. It is effectively two books in one: A textbook on cryostat design techniques and an appendix data handbook that provides materials-property data for carrying out that design. The main text encompasses a wide range of information, written for specialists, without leaving beginning students behind. After summarizing cooling methods, Part I provides core information in an accessible style on techniques for cryostat design and fabrication - including heat-transfer design, selection of materials, construction, wiring, and thermometry, accompanied by many graphs, data, and clear examples. Part II gives a practical user's perspective of sample mounting techniques and contact technology. Part III applies the information from Parts I and II to the measurement and analysis of superconductor critical currents, including in-depth measurement techniques and the latest developments in data analysis and scaling theory.The appendix is a ready reference handbook for cryostat design, encompassing seventy tables compiled from the contributions of experts and over fifty years of literature.

《超导量子电路的微波操控与探测》内容简介本书深入探讨了在极低温环境下，如何利用先进的微波技术对超导量子电路进行精确的操控与高灵敏度的探测。随着量子计算和量子信息科学的飞速发展，对基于超导比特（如Transmon、Flux Qubit等）的集成器件的性能要求日益严苛。本书旨在为从事低温物理、量子电子学以及超导器件工程的研究人员和工程师提供一套全面、深入且实用的技术指南。第一部分：低温环境与制冷技术基础本部分首先回顾了实现毫开尔文（mK）级工作环境的关键技术。详细阐述了稀释制冷机（Dilution Refrigerator, DR）的工作原理，包括其热力学基础、关键部件（如混合室、热交换器、精馏柱）的设计与优化，以及如何实现极低功耗和高冷却功率的平衡。特别关注了如何减少机械振动和电磁噪声对量子比特相干时间的影响，介绍了隔离技术，如声学隔离和多级磁屏蔽的应用。此外，本书对低温环境下的材料选择和热负荷管理进行了详尽的分析。讨论了不同材料（如环氧树脂、PEEK、特定合金）在10 mK以下的热导率和热膨胀特性，并提供了设计高效率热沉和热导路径的工程实践。第二部分：微波信号的传输与滤波在极低温系统中，微波信号的传输是连接室温控制电子设备与低温量子芯片的关键环节。本部分重点剖析了如何在保证信号完整性的同时，有效抑制热噪声的注入。 1. 低温同轴电缆与传输线：详细比较了不同材质（铌钛、不锈钢、超导线材）和结构（真空绝缘、半刚性、柔性）的低温同轴电缆的损耗特性和电磁兼容性。分析了在不同温度梯度下，电缆材料的机械稳定性和电阻变化。 2. 高频滤波网络：介绍了专为量子电路设计的级联滤波系统。这包括：高通/低通滤波器的设计：如何利用LC谐振和表面声波（SAW）滤波器在室温端和低温端有效衰减高频寄生模式和热黑体辐射。温区匹配滤波器：探讨了在4K、50K等不同温区安装匹配滤波器，以优化噪声温度和信号带宽的策略。扼流器（Choke）技术：深入分析了用于直流（DC）偏置线上的微波扼流器（如衰减型和共振型）的设计和优化，以防止直流电流引入的噪声耦合到信号线。第三部分：量子比特的微波操控本部分聚焦于如何利用精确调制的微波脉冲来驱动和控制超导量子比特的状态。 1. 脉冲生成与波形整形：阐述了使用任意波形发生器（AWG）生成高保真度的微波脉冲序列。讨论了脉冲失真（如上升沿/下降沿畸变、相位漂移）的来源，并介绍了先进的波形校正技术，如预失真（Pre-distortion）。 2. 功率控制与衰减：探讨了如何精确控制注入到量子芯片上的微波功率。详细介绍了低温下的衰减器（Attenuator）类型，包括固定衰减器、可调衰减器以及它们的热效应。强调了功率校准在保证单比特和双比特门保真度中的核心作用。 3. 频率合成与本振（LO）技术：介绍了用于驱动和读取的本地振荡器信号的生成与下变频方案。重点讨论了如何在低温环境中实现高纯度、低相位噪声的频率合成，以及如何补偿因温度波动引起的频率漂移。第四部分：量子态的高效读取与探测读取量子比特的状态是测量其相干性和执行逻辑操作的关键一步。本书侧重于基于谐振器的量子态读取技术（Dispersive Readout）。 1. 谐振器耦合与频率选择：详细分析了如何设计耦合强度适当的读出谐振器，使其能够快速响应量子比特的状态变化，同时最小化对量子比特相干时间的影响。讨论了耦合系数（$kappa$）的精确调控方法。 2. 低噪声放大（LNA）：这是低温探测链的核心。本书详细比较了不同类型的低温放大器：约瑟夫森参量放大器（JPA/TWPA）：阐述了其基于非线性超导电路的工作原理，重点分析了其极低噪声本底（接近量子极限）的实现条件、增益带宽的优化以及其对工作点的敏感性。低温场效应晶体管放大器（HEMT/JFET）：讨论了在1K至4K温区使用的LNA，包括其噪声系数、增益特性以及如何通过优化偏置点来降低噪声温度。 3. 信号链与数据处理：描述了从低温放大器输出到室温数字化（ADC）的完整信号链。重点讲解了如何利用数字下变频（DDC）技术高效地提取位于边带的量子比特信息，以及如何应用脉冲整形和基于卡尔曼滤波的后处理技术来提高读出信噪比（SNR）。第五部分：系统集成与误差控制本部分将前述技术融合成一个稳定、可靠的量子测量系统。强调了系统级的噪声抑制和误差校准方法。 1. 串扰与交叉耦合管理：探讨了在密集布线和多比特系统中，信号线之间、控制线与读出线之间的串扰问题。提出了通过优化布局、使用隔离腔体和时分复用技术来最小化串扰的具体工程方案。 2. 相干性维持与脉冲标定：介绍了用于量化和补偿控制脉冲中未被消除的非理想效应（如$pi$脉冲的误差、Rabi振荡的非线性）的先进标定技术，如随机基准测量（Randomized Benchmarking, RB）和过程层析（Process Tomography）。本书的技术深度和实践性使其成为超导量子技术领域研究者和工程师的必备参考书。