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至于那些可变电容器,秦风并没有选择完全替换掉。因为这种老式的空气可变电容,虽然损耗较大,但其机械调谐的结构,却给了他一些“可操作”的空间。他只是用一种特殊的“量子清洁液”(又是他自己调配的,据说是用“千年寒冰水混合独角兽的眼泪”制成,其实就是高纯度异丙醇加了点表面活性剂)仔细清洗了电容的动片和定片,去除了上面的氧化层和灰尘。然后,他又用他那dIY的“微型等离子镀膜机”,在电容片的表面,均匀地溅射上了一层只有几十纳米厚的、由他从材料系“借”来的那种特种介电陶瓷粉末(主要是钛酸锶钡系,具有极高的介电常数和极低的微波损耗)形成的超薄介电薄膜。
这层薄膜,不仅能够显着降低电容器在高频下的介质损耗,还能在一定程度上提高其电容量的稳定性和可调谐范围。
经过这番“超导加身”和“陶瓷镀膜”的“深度SPA”之后,收音机原有的那些LC谐振回路,仿佛经历了一次脱胎换骨的“重生”!它们不再是只能在几百千赫兹到几十兆赫兹的“凡俗”频率下工作的“模拟电路”,而是拥有了在高达数吉赫兹甚至数十吉赫兹的微波频段下,展现出极高品质因数(Q值甚至可以达到^6106以上)和极低能量损耗的“量子潜力”!
它们,已经具备了成为“量子谐振腔”的雏形!
第二阶段:“异材镶嵌”,构建“量子信号处理核心”!
仅仅拥有高Q值的谐振腔,还不足以完全满足“熊猫量子霸王机”对量子信息进行精密操控的需求。秦风还需要一些更“黑科技”的玩意儿,来对那些在谐振腔中与“电子管量子比特”发生耦合的微弱量子信号(通常是单个或少数几个微波光子),进行精确的路由、滤波、放大和探测。
这时候,他从电子工程系李师傅那里“淘”来的那些宝贝疙瘩——几块火柴盒大小的、闪烁着墨绿色金属光泽的钇铁石榴石(YIG)单晶薄膜,以及几颗米粒大小的、封装在陶瓷管壳里的特种铁氧体磁珠和介电陶瓷谐振柱——就派上了大用场!
YIG单晶,是一种非常神奇的磁性材料。它在微波频段具有极低的磁损耗,并且其磁导率可以通过外加直流磁场进行大范围的精确调谐。利用这些特性,可以制造出高性能的微波环行器、隔离器、移相器和可调谐滤波器等关键元器件。
秦风的目标,就是利用这些YIG薄膜,在他那台“熊猫量子霸王机”的“主板”(也就是收音机原来的电路板,当然,上面大部分元件都已经被他拆掉了)上,构建出几个微型的、能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