背景技术：
本发明总体上涉及超导器件，并且更具体地，涉及一种无损微波开关，其被配置为由微波驱动的相位来控制。
微波开关或射频开关是一种通过透射路径路由高频信号的器件。rf和微波开关广泛地用于微波测试系统中，用于在仪器和被测器件(deviceundertest，dut)之间进行信号路由。将开关并入开关矩阵系统中使得系统能够将信号从多个仪器路由到单个或多个dut。这允许利用相同的设置执行多个测试，从而消除了频繁连接和断开连接的需要。整个测试过程可以自动化，这增加了在大批量生产环境中的系统吞吐量。与其它电开关一样，rf和微波开关为许多不同的应用提供不同的配置。
超导量子计算是在超导电子电路中的量子计算机的一种实现方式。量子计算研究了量子现象在信息处理和通信中的应用。存在量子计算的各种模型，并且最流行的模型结合了量子比特(qubit)和量子门(quantumgate)的概念。量子比特是经典比特的概括，并且量子比特可以具有两个可能的状态，例如1或0。另外，量子比特也可以是两种状态的叠加。量子门是逻辑门的一般化。然而，量子门描述了一个或多个量子比特在门被施加到它们上之后将经历的变换，给定它们的初始状态。
与量子比特相关联的电磁能可以被存储在所谓的约瑟夫逊结(josephsonjunction)中以及被存储在用于形成量子比特的电容和电感元件中。在一个示例中，为了读出量子比特状态，将微波信号施加到在腔频率下耦合到量子比特的微波读出腔。被透射的(或反射)微波信号通过多个热隔离级和低噪声放大器，这些热隔离级和低噪声放大器需要阻挡或降低噪声并提高信噪比。在室温下测量微波信号。返回/输出的微波信号的幅度和/或相位携带关于量子比特状态的信息，例如量子比特是处于基态、激发态还是这两种状态的叠加。微波开关通常可以用于与量子比特、量子比特门相关联的量子信号的通信以及一般的量子通信。
技术实现要素：
本发明的实施例涉及一种无损多端口器件。无损多端口器件的非限制性示例包括第一端口和多个端口，该多个端口可操作为根据泵浦驱动一次一个地通信耦合到第一端口。
本发明的实施例涉及一种配置无损多端口器件的方法。该方法的非限制性示例包括提供第一端口和配置多个端口，使得多个端口可操作为根据泵浦驱动一次一个地通信地耦合到第一端口。
本发明的实施例涉及一种无损多端口器件。无损多端口器件的非限制性示例包括端口和可连接到端口的节点，使得端口中的任何两个端口可操作为根据泵浦驱动来通信地耦合在一起。
本发明的实施例涉及一种配置无损多端口器件的方法。该方法的非限制性示例包括提供端口和配置可连接到端口的节点，使得端口中的任何两个端口可操作为根据泵浦驱动来通信地耦合在一起。
本发明的实施例涉及一种操作无损多端口器件的方法。该方法的非限制性示例包括通过端口中的第一输入/输出端口接收信号，并通过端口中的第二输入/输出端口输出该信号。泵浦驱动控制第一输入/输出端口和第二输入/输出端口之间的信号的通信。
通过本发明的技术实现了额外的技术特征和益处。本发明的实施例和方面在本文中详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考详细描述和附图。
附图说明
在说明书所附权利要求中特别指出并清楚地要求了本文描述的专有权的细节。从下面结合附图的详细描述中，本发明的实施例的前述和其它特征和优点将变得显而易见，其中：
图1描述了根据本发明实施例的作为断开的开关的双端口微波开关；
图2描述了根据本发明实施例的作为闭合的开关的双端口微波开关；
图3描述了根据本发明实施例的非简并三波混频器件在频率转换中的信号流图；
图4描述了根据本发明实施例的无损或超导可变透射双端口微波开关；
图5描述了根据本发明实施例的无损可变透射双端口微波开关；
图6描述了根据本发明实施例的具有如何馈送泵浦信号的修改的无损可变透射双端口微波开关；
图7描述了根据本发明实施例的无损可变透射双端口微波开关；
图8描述了根据本发明实施例的具有如何馈送泵浦信号的修改的无损可变透射双端口微波开关；
图9描述了根据本发明实施例的无损可变透射双端口微波开关的信号流图；
图10a描述了根据本发明实施例的在工作点的微波开关的示例；
图10b描述了根据本发明实施例的在图10a中的相同工作点但是具有不同相位差的微波开关的示例；
图11a描述了根据本发明实施例的在工作点的微波开关的示例；
图11b描述了根据本发明实施例的在图11a中的相同工作点但是具有不同相位差的微波开关的示例；
图12a描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关的路径1；
图12b描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关的路径2；
图12c描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关的路径3；
图12d描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关的路径4；
图13a描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关的路径1；
图13b描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关的路径2；
图13c描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关的路径3；
图13d描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关的路径4；
图14描述了根据本发明实施例的微波开关的五种操作模式的表；
图15描述了根据本发明实施例的微波开关的示例，而没有示出混合耦合器；
图16描述了根据本发明实施例的微波开关的示例，而没有示出混合耦合器；
图17描述了根据本发明实施例的微波开关的局部视图，其说明了谐振器与混合耦合器的连接；
图18描述了根据本发明实施例的无损微波开关的示意图；
图19描述了根据本发明实施例的无损微波开关的示意图；
图20描述了根据本发明实施例的无损微波开关的示意图；
图21示出了根据本发明实施例的无损n端口微波路由器；
图22示出了根据本发明实施例的无损n端口微波路由器；
图23描述了根据本发明的实施例的用于配置无损多端口器件的方法的流程图；
图24描述了根据本发明实施例的用于配置无损多端口器件的方法的流程图；以及
图25描述了根据本发明实施例的操作无损多端口器件的方法的流程图。
本文描述的图是说明性的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其中描述的图或操作进行许多变化。例如，可以以不同的顺序执行动作，或者可以添加、删除或修改动作。此外，术语“耦合”及其变化描述了在两个元件之间具有通信路径，并且不暗示元件之间没有中间元件/连接的直接连接。所有这些变化都被认为是说明书的一部分。
在附图和以下对所公开的实施例的详细描述中，附图中所示的各种元件具有两个或三个数字参考标号。除了次要的例外，每个参考数字的最左边的(多个)数字对应于其中首先示出其元件的图。
具体实施方式
为了简洁起见，在此可以详细描述或不详细描述与半导体和/或超导器件以及集成电路(integratedcircuit，ic)制造相关的常规技术。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合程序或过程中。特别地，半导体和/或超导器件和基于半导体/超导体的ic的制造中的各个步骤是公知的，因此为了简洁起见，许多常规步骤将在此仅简要提及或将被完全省略而不提供公知的工艺细节。
现在转到与本发明的各方面更具体相关的技术的概述，如本文先前所述，微波开关或射频开关是通过透射路径路由高频信号的器件。已知的微波开关具有各种缺点。例如，已知的微波开关具有小于完整(unity)透射，由于透射将进一步下降而不可缩放，并且在它们的输入和输出之间具有可能的寄生耦合。已知的微波开关的其它问题包括谐振器和窄带混频器的带宽有效地将可以实现的最大带宽限制到大约150兆赫(mhz)，具有四个端口但仅使用三个端口，并且需要两个谐振器臂之间的临界匹配。
现在转到本发明的各方面的概述，本发明的一个或多个实施例通过提供无损超导微波开关(例如，如图4中所描述的)解决了现有技术的上述缺点，该无损超导微波开关可以用于在可缩放量子处理器体系结构和量子网络中路由量子和/或控制信号。该无损超导微波部件可以实现为微波器件，诸如微波开关。微波器件/开关配置有以下散射矩阵
其中
此外，本发明的一个或多个实施例提供了一种实现片上双端口微波开关(或印刷电路板(pcb)集成开关)的微波器件。微波器件透射或阻挡(反射)微波信号。微波器件支持五种操作模式：相同相位的反射镜、相位相反的反射镜、互易透射(reciprocaltransmission)、非互易透射和/或可变透射-反射分束器。在本发明的实施例中，微波器件可以包括两个非简并约瑟夫逊三波混频器(nondegeneratejosephsonthree-wavemixer)、一个90°混合耦合器和一个180°混合耦合器，用于泵浦信号。此外，微波器件(即微波开关)可以包括在向两个三波混频器进行馈送的泵浦的一个臂上的可选移相器。该两个非简并三波混频约瑟夫逊元件可以在其间具有或不具有延迟线的情况下背对背地耦合。两个非简并三波混频约瑟夫逊元件执行透射中的信号的上变频/下变频。非简并三波混频器件在无噪声的频率转换模式(即，没有光子增益)下工作。它们工作点的一个条件是两个非简并三波混频器件(例如，约瑟夫逊参数转换器(josephsonparametricconverter，jpc))工作在相同的工作点，即，对于它们的透射参数具有相等的反射参数和相等的幅度。因此，非简并三波混频器件用作有源分束器，使得每个有源分束器具有三个物理上分离的端口。一个端口支持频率f1的信号。另一端口支持频率f2的信号。第三端口允许馈送泵浦驱动。泵浦频率fp等于f2和f1之间的频率差。不失一般性，我们假设f2>f1。
更具体地说，本发明的上述各方面通过提供和配置微波器件/开关，使得馈送两个非简并三波混频约瑟夫逊器件的泵浦驱动之间的相位差对穿过该器件的信号引起非互易相移，从而解决了现有技术的缺点。这种配置允许完整透射和可缩放性。支持f1的信号的两个有源分束器的两个端口连接到90°混合耦合器。在本发明的一些实施例中，支持f2的信号的两个有源分束器的两个端口通过延迟线连接在一起。共享的端口(例如，图4中所示的端口b1和b2)支持器件的内部模式，并且该方案是无损的。在连接在一起的端口(例如，端口b1和b2)的频率处，无损延迟线应当具有pi(π)弧度的倍数的有效电气长度。两个有源分束器(假定)名义上是相同的。微波器件在某一工作点的散射参数由4个主要路径之间的波干涉确定。如果从i传播到j的波相消地干涉，则从端口i到j(其中i,∈{1,2})的谐振的散射参数消失。如果从i传播到j的波相长地干涉，则从端口i到j(其中i,∈{1,2})的谐振的散射参数是(几乎或有效地)完整的。非简并三波混频器可以使用jpc来实现，并且jpc的带宽可以使用馈线的阻抗工程来增强。
现在转到本发明的实施例的更详细的描述，图1描述了根据本发明实施例的被示为断开的开关的双端口微波开关100。图2描述了根据本发明实施例的被示为闭合的开关的双端口微波开关100。
在图1中，断开的双端口开关的散射矩阵(直到全局相位)如下：
图1示出了从左侧(端口1)朝向右侧(端口2)传播但以完整反射方式从端口1反射的波。此外，图1示出了从右侧(端口2)朝向左侧(端口1)传播但以完整反射方式从端口2反射的波。
在图2中，闭合的双端口开关的散射矩阵(直到全局相位)如下：
图2示出了从左侧(端口1)朝向右侧(端口2)传播并以完整透射方式透射到端口2的波。此外，图2示出了从右侧(端口2)朝向左侧(端口1)传播并以完整透射方式被透射到端口1的波。
现在，下面提供用于无损、可变透射微波开关的一般散射矩阵：
其中|r|2 |t|2＝1并且|r|2 |t′|2＝1。
例如，考虑用作50：50分束器的微波开关，其中一半的信号功率被反射，并且一半的信号功率被透射，其中
作为另一示例，考虑作为25：75分束器的微波开关，其中四分之一(25％)的信号功率被反射，并且四分之三(75％)的信号功率被透射，其中r＝1/2,
图3描述了根据本发明实施例的在频率转换(没有光子增益)中操作的非简并三波混频器件的信号流图。这种非简并三波混频器件可以用作无损微波开关的一部分，但是它不保留所透射的信号的频率。此外，散射参数取决于图3中的泵浦幅度。非简并三波混频器可以是约瑟夫逊参数转换器(jpc)。
在谐振时，非简并三波混频器(例如jpc)在无噪声的频率转换中工作时满足以下散射矩阵：
其中tanh(iθ/2)＝i|ρ|并且ρ是无量纲泵浦幅度(在0和1之间变化)。
作为对非简并三波混频器的修改，并且如本文中进一步认识到的，根据本发明的实施例，将利用泵浦的相位
在图3中，超导非简并三波混频器件具有3个端口，即信号端口(s)、空闲端口(i)和泵浦端口(p)。该超导非简并三波混频器件具有从空闲端口到信号端口的透射t，和从信号端口到空闲端口的透射t’。从空闲端口到信号端口，空闲微波信号以频率f2进入空闲端口，被下变频，并以频率f1离开信号端口。从信号端口到空闲端口，信号微波信号以频率f1进入信号端口，被上变频，并以频率f2离开空闲端口。泵浦微波信号为上变频和下变频提供能量。泵浦频率是fp，其中fp＝fi-fs＝f2-f1。
图4描述了根据本发明实施例的(超导)无损可变透射双端口微波开关400。微波开关400包括两个非简并约瑟夫逊三波混频器402_1和402_2。微波开关402_1和402_2被设计成相同的。例如，微波开关402_1和402_2是相同的或名义上相同的。微波开关402_1和402_2每个具有功能上等效的端口a、b和p，其被标记为用于微波开关402_1的端口a1、b1和p1以及用于微波开关402_2的端口a2、b2和p2。90°混合耦合器404分别连接到微波开关402_1和402_2的端口a1和a2。端口a1和a2每个连接到它们各自的谐振器，诸如约瑟夫逊参数转换器的信号(s)谐振器。端口b1和b2每个连接到它们各自的谐振器，诸如约瑟夫逊参数转换器的空闲(i)谐振器。在三波混频器402_1中，信号谐振器和空闲谐振器连接到约瑟夫逊环调制器。类似地，在三波混频器402_2中，信号谐振器和空闲谐振器连接到约瑟夫逊环调制器。泵浦端口p1和p2可以连接到以电容耦合到jrm1510的两个相邻节点的短路耦合带状线(short-circuitedcoupledstripline)的形式的片上通量线。这种泵浦线可以支持泵浦频率处的微波音调和通量偏置三波混频器402_1和402_2中的jrm1510的dc电流。在一个实施方式中，泵浦端口p1和p2可以连接到信号谐振器的另一端(即，不连接到具有端口a1和a2的一端)。在一个实施方式中，泵浦端口p1和p2可以连接到空闲谐振器的另一端(即，不连接到具有端口b1和b2的一端)。
两个非简并三波混频约瑟夫逊元件402_1和402_2通过端口b1和b2背对背地耦合，其间具有或不具有延迟线(如图9中的延迟线902所示)。端口1和端口2是90°混合耦合器404的端口。假设信号流是从端口1到端口2，则当端口2是输出端口时，端口1是输入端口。相反，当信号流在相反方向时，端口1是输出端口，而端口2是输入端口。两个非简并三波混频约瑟夫逊元件402_1和402_2在透射中执行信号的上变频/下变频。非简并三波混频器件402_1和402_2在无噪声的频率转换模式(即，没有光子增益)下工作，并且器件402_1和402_2都工作在相同的工作点，即，对于它们的透射参数具有相等的反射参数和相等的幅度。因此，非简并三波混频器件用作有源分束器。有源分束器具有三个物理上分离的端口。例如，端口a1和a2支持f1的信号。端口b1和b2支持f2的信号。泵浦端口p1和p2允许馈送泵浦驱动。泵浦频率fp等于f2和f1之间的频率差，使得fp＝f2-f1。例如，器件402_1的泵浦端口p1接收泵浦频率fp和相位
图4示出了超导微波开关400处于透射模式，这意味着频率f1的信号被输入到混合耦合器404的端口1，经由耦合器404被透射到三波混频器402_1和402_2，并通过端口1输出，相反地，频率f1的信号可以被输入到混合耦合器404的端口2，经由耦合器404被透射到三波混频器402_1和402_2，并通过端口2输出。在这个示例中，超导微波开关400充当微波信号的闭合的开关。
图5描述了根据本发明实施例的无损可变透射双端口微波开关400。图5描述了微波开关400处于反射模式，即，作为断开的开关操作的示例。(分别经由泵浦端口p1和p2)馈送两个非简并三波混频约瑟夫逊器件402_1和402_2的泵浦驱动之间的相位差确定了该开关是处于断开的状态还是闭合的状态。在该示例中，假设频率f1的信号被输入到混合耦合器404的端口1中。f1的信号在端口1被反射回来，并且不通过端口2输出。相反，当f1的信号被输入到端口2时，该信号被反射回到端口2并且不允许通过端口1输出。
图6描述了根据本发明实施例的具有如何馈送泵浦信号的修改的无损可变透射双端口微波开关400。图6中的微波开关400包括图5中的元件。另外，微波开关400包括用于泵浦频率fp的泵浦信号的180°混合耦合器602。而且，微波开关400可以包括在馈送两个三波混频器402_1和402_2的泵浦的一个臂上的可变移相器604。在通过180°混合耦合器602之后，移相器604在馈送端口p1和端口p2的泵浦信号之间导致相位差
作为操作具有180°混合耦合器602的微波开关400的示例，在180°混合耦合器602的∑端口接收泵浦频率fp的泵浦信号，并将其分离。泵浦信号的一半以0°相移沿180°混合耦合器602的直条(straightbar)向下行进到泵浦端口p1，而另一半以0°相移沿横条(crossbar)向下行进到泵浦端口p2。在到达端口p2之前，泵浦信号经历由可变移相器604造成的相移(在频率fp处)。可变移相器604的相移造成进入三波混频器402_2的端口p2的泵浦信号的相位
图7描述了根据本发明实施例的无损可变透射双端口微波开关400。在三波混频器402_1中，端口a1连接至谐振器(例如信号谐振器)的一端，而另一端连接到地。特别地，谐振器(例如，信号谐振器)具有两个馈线，其中一个馈线连接到90°混合耦合器404(如图4和图5中所示)，并且一个馈线连接(短路)到地(同样类似地适用于混频器402_2)。在图4和图5中，信号谐振器连接到作为90°混合耦合器404的一个支路(leg)的一个馈线(与图7不同)，因此仅示出了单个端口a1向混频器402_1中的谐振器进行馈送(同样类似地适用于混频器402_2)。
类似地，对于端口b1(同样类似地适用于混频器402_2中的端口b2)，端口b1连接到谐振器(例如，空闲谐振器)的一端，而另一端连接到地。特别地，谐振器(例如，空闲谐振器)具有两个馈线，其中一个馈线连接到另一个空闲谐振器的一个馈线(如图4和图5所示)，并且一个馈线连接(短路)到地。通过将一个馈线连接到地，空闲谐振器或信号谐振器是单端的，意味着谐振器的输入和输出信号仅由一个馈线承载。正如上面所讨论的，泵浦信号1以频率fp和相位
图8描述了根据本发明实施例的具有如何馈送泵浦信号的修改的无损可变透射双端口微波开关400。图8中的微波开关400包括本文讨论的元件。在两个三波混频器402_1和402_2中，端口a1和a2连接到它们各自的谐振器(例如，信号谐振器)的两端，并且谐振器具有两个馈线，其中一个馈线连接到90°混合耦合器404，并且一个馈线连接(短路)到地。类似地，对于混频器402_1和402_2中的端口b1和b2，端口b1和b2连接到它们各自的谐振器(例如，空闲谐振器)的两端，并且该谐振器具有两个馈线，其中一个馈线连接到另一个空闲谐振器的一个馈线，并且一个馈线连接(短路)到地。
修改的三波混频器402_1和402_2连接到180°混合耦合器602，用于接收泵浦频率fp的泵浦信号(如图6中所讨论的)，并且微波开关400包括在馈送两个三波混频器402_1和402_2的泵浦的一个臂上的可变移相器604。180°混合耦合器602的功能如本文所述地操作。
用于实现片上的可变移相器的一个选择是使用在其中心具有dc-squid的对称双端口谐振器，其最大频率等于泵浦频率。通过在谐振器带宽内轻微地移位谐振频率，所透射的泵浦的相位可以在0°到90°之间移位。使用这种选择的一个挑战是平衡馈送另一jpc级的泵浦的幅度，因为当谐振频率移位时，期望通过谐振器的透射的泵浦信号的幅度在0-3db的范围内衰减。
图9描述了根据本发明实施例的超导微波开关/器件400的信号流图。支持f2的信号的混频器402_1和402_2(两个有源分束器)的两个端口b1和b2通过延迟线902(例如，无损传输线)连接在一起。在一个实施方式中，延迟线902不存在。信号流图显示了通过端口1和2、90°混合耦合器404，混频器402_1，混频器402_2和延迟线902的信号流。信号流的方案是无损的。无损延迟线902在连接在一起的端口b1和b2的频率处应具有π弧度的倍数的有效电气长度。两个有源分束器名义上是相同的(假设是相同的)。微波器件400在某个工作点处的散射参数由4个主要路径之间的波干涉来确定(尽管存在多个(或无限的)路径)。如果从i传播到j的波相消地干涉，则从端口i传播到j(其中i，∈{1,2})的谐振的散射参数将消失。如果从i传播到j的波相长地干涉，则从端口i传播到j(其中i，∈{1,2})的谐振的散射参数几乎为完整的。
假定在|r|2 |t|2＝1且相位差为
在图9的信号图中，r1和r2是反射系数，t1、t’1、t2和t’2分别是混频器402_1和402_2的透射参数，t’1＝-t*1(其中t*1为t1的共轭)并且其中t’2＝-t*2(其中t*2为t2的共轭)。假定t1等于或约等于t2并且r1等于或约等于r2。
应当理解，存在用于进入端口1的f1的信号在微波开关400中遵循和/或进入端口2的f1的信号遵循的多条路径。对于进入端口1或端口2的f1的任何信号，基于相位差
为了便于理解和解释，下面利用标题。应当理解，标题不是限制性的。
i.基于信号流图的器件方程
以下是根据本发明实施例的基于信号流图的微波开关400的器件方程。
首先，使用散射矩阵
中间结果是
其可以被改写为(方程b)
其中
应当注意，例如，如本领域技术人员所理解的，术语s21表示从端口1进入并从端口2离开的信号(频率f1)的散射参数(透射参数)。类似地，例如，术语sa1a2表示用于进入端口a2并离开端口a1的信号的散射参数(透射参数)。如在以上方程中可以看出的，在给定波干涉的情况下，s11、s22、s21和s12每个都具有4个主要路径，如本领域技术人员所理解的，尽管由于空闲谐振器之间(例如，耦合的端口b1和b2之间)的自循环，端口1和2之间(反之亦然)的实际不同的可能路径是众多的或无限的。然而，方程b中的散射参数说明所有可能的路径，并且随后说明方程a中的整个器件的散射参数。另外，散射参数s11和s21定义了对于进入端口1的信号(频率f1)的微波开关400的操作，该信号然后分别离开端口1或离开端口2。同样，散射参数s22和s12定义了对于进入端口2的信号(频率f1)的微波开关400的操作，该信号然后分别离开端口2或离开端口1。
ii.名义上相同的混频器在相同工作点操作的特例。
现在，转向在相同工作点操作的名义上相同的混频器402_1和402_2的特例，满足下面的关系r1＝r2＝r,|t1|＝|t′1|＝|t2|＝|t′2|＝t(这意味着混频器402_1和402_2是平衡的)，
其(最后)导致
iii.名义上相同的混频器在相同工作点操作的特例
同样，对于在相同工作点操作的名义上相同的混频器402_1和402_2的特例，满足下面的关系式r1＝r2＝r，|t1|＝|t′1|＝|t2|＝|t′2|＝t(这意味着混频器402_1和402_2是平衡的)，
另外，对于沿着传输线
sa1a1＝sa2a2＝0
然后导致：
不管r和t的值如何，只要t>0且r<1，微波开关400就会接通。s矩阵是
其中–i是全局相位，可以忽略。在一个实施方式中，全局相位可以被任意选择和/或不能被测量。
对于
可以看出，这些方程表明，s矩阵的散射参数取决于泵浦信号的相位差
图10a描述了根据本发明实施例的在工作点的微波开关400的示例。图10b描述了根据本发明实施例的除了具有不同的相位差之外处于与图10a相同的工作点的微波开关400的示例。微波开关400是多路径干涉式约瑟夫逊开关(multipathinterferometricjosephsonswitch，mpijsw)。图10a示出了微波开关400作为断开的开关。在图10a中，作为微波开关400的一部分的非简并微波混频器在50：50分束器点处操作。在图10a和图10b(下面讨论)中，三波混频器402_1和402_2名义上相同(即平衡或相同)，并且它们的散射参数的幅度由
图10b示出了根据本发明实施例的在工作点的微波开关400的示例。图10b的开关400包括与图10a相同的参数，但图10b是闭合的开关。然而，在图10b中，泵浦信号之间的相位差为
图11a示出了根据本发明实施例的在工作点的微波开关400的示例。图11b示出了根据本发明的实施例的除了具有不同的相位差
图11a示出了作为断开的开关的微波开关400。在图11a中，作为微波开关400的一部分的非简并微波混频器在25：75分束器点处操作，这意味着每个混频器将信号功率的1/4反射回原始端口，并且将信号功率的3/4以频率转换透射到另一端口。在图11a和图11b(下面讨论)中，三波混频器402_1和402_2名义上相同(即平衡或相同)，并且它们的散射参数的幅度由r1＝r2＝r＝1/2和
图11b描述了根据本发明实施例的在工作点的微波开关400的示例。图11b中包括与图11a相同的开关400的参数，但是图11b是由于相位差的闭合的开关。特别地，在图11b中，泵浦信号之间的相位差是
应该认识到，根据图10a、图10b、图11a和图11b所示的相位差，可以将微波器件400控制为断开的开关或闭合的开关。
现在，转到波干涉的图示，微波开关400是多路径干涉式约瑟夫逊开关(mpijsw)。为了说明的目的，为微波开关400提供了几个多路径干涉示例(相对于相位)。图12a、图12b、图12c和图12d分别示出了根据实施例的对于s21的主要路径1、2、3和4。如上所述，对于s21的信号的传播表示频率f1的信号旨在从微波开关400的端口1传播到端口2。图12a、图12b、图12c、图12d描述了从两个三波混频器402_1和402_2的端口1到端口2的4个主要路径，这导致相长地干涉。除非另外指出，否则三波混频器402_1和402_2在名义上是相同的(或平衡的)。在这种情况下，r<1并且t>0，这意味着三波混频器402_1和402_2(jpc)处于on。另外，在f2沿传输线902(在端口b1和b2之间的任何方向上)传播的信号获取的相移为
图12a描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关400的路径1。频率f1和相对相位0的信号被输入到微波开关400的端口1，并且该输入被表示为1∠0°，这意味着其归一化幅度为1并且其相对相位为0°。图中示出了路径1。在该路径中的相消波干涉导致在端口2处的零幅度，如在方程c中所看到的。
图12b描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关400的路径2。对于输入到微波开关400的端口1的频率f1和相对相位0(1∠0°)的信号，示出了路径2，并且沿该路径的相消波干涉导致沿该路径(在端口2处)的零幅度透射的信号，如在方程c中所看到的。
图12c描述了根据本发明实施例的对于s21的微波开关400的路径3。对于输入到微波开关400的端口1的频率f1和相对相位0(1∠0°)的信号，示出了路径3，并且由于波干涉而在端口2处沿该路径透射的信号为
图12d示出了根据本发明实施例的对于s21的微波开关400的路径4。对于输入到微波开关400的端口1的频率f1和相对相位0(1∠0°)的信号，示出了路径4，并且由于波干涉而在端口2处沿该路径透射的信号为
图12a至图12d中的4个主要路径之间的相长干涉是
现在，转到微波开关400的波干涉的其他图示，图13a、图13b、图13c和图13d分别示出了根据实施例的对于s22的主要路径1、2、3和4。对于s22的信号的传播表示频率f1的信号旨在从微波开关400的端口2传播到端口2。图13a、图13b、图13c、图13d描述了从两个三波混频器402_1和402_2的端口2到端口2的4个主要路径，这导致相消干涉。除非另外指出，否则三波混频器402_1和402_2在名义上是相同的(或平衡的)。在这种情况下，r<1并且t>0，这意味着三波混频器402_1和402_2(jpc)处于on。另外，在f2沿传输线902(在端口b1和b2之间的任何方向上)传播的信号获得的相移为
图13a描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关400的路径1。频率f1和相对相位0的信号输入到微波开关400的端口2，并且该输入表示为1∠0°，这意味着其归一化幅度为1并且其相对相位为0。图中示出了路径1。在该路径中的相消波干涉导致在端口2处的零幅度，如在方程c中所看到的。
图13b描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关400的路径2。对于输入到微波开关400的端口2的频率f1和相对相位0(1∠0°)的输入信号，示出了路径2，并且沿该路径的相消波干涉导致在端口2处的零幅度返回信号，如在方程c中看到的。
图13c描述了根据本发明实施例的对于s22的微波开关400的路径3。对于输入到微波开关400的端口2的频率f1和相对相位0(1∠0°)的输入信号，示出了路径3，并且相长波干涉导致沿着该路径的在端口2处幅度和相位为
图13d示出根据本发明实施例的对于s22的微波开关400的路径4。对于输入到微波开关400的端口2的频率f1和相对相位0(1∠0°)的输入信号，示出了路径4，并且相长波干涉导致沿着该路径的在端口2处幅度和相位为
图13a-图13d中的4个主要路径之间的相消干涉是
注意，泵浦信号的幅度(无论是利用泵浦信号1和泵浦信号2还是利用180混合耦合器将单个泵浦信号分离为泵浦信号1和2)都用于操作在器件400中采用的三波混频器并设置其透射t和反射r参数，但是在本发明的实施例中确定开关400是断开的、闭合的还是以可变透射-反射幅度开关模式操作的是泵浦驱动之间的相位差。再次注意到，三波混频器散射矩阵
微波开关400支持五种操作模式，在以下条件下，1)r1＝r2＝r，2)|t1|＝|t′1|＝|t2|＝|t′2|＝t，
图15描述了根据本发明实施例的微波开关400的示例，而没有示出90°混合耦合器(为了简单和简明)。图16描述了根据本发明实施例的微波开关400的示例，而没有示出90°混合耦合器。然而，应当理解，尽管未示出，但混合耦合器404被连接。三波混频器402_1和402_2中的每一个都包括约瑟夫逊环调制器(jrm)1510，其是基于外环中的(4)约瑟夫逊隧道结1506(以及可选地(4)约瑟夫逊隧道结1505)的非线性色散元件，其可以在量子极限下执行微波信号的三波混频。特别地，jrm1510包括以惠斯通电桥配置布置的四个名义上相同的约瑟夫逊结。
在三波混频器402_1和402_2的每一个中，微波谐振器之一被描述为谐振器_a1502，而另一个被描述为谐振器_b1504。谐振器_a1502可以被称为信号谐振器，并且谐振器_b1504可以被称为空闲谐振器。谐振器1502和1504被示出为传输线，但是谐振器1502和1504可以是集总元件等。在图15和图16中，90°混合耦合器404将连接到端口a1和a2。例如，图17描述了来自混频器402_1的信号谐振器_a1502的端口a1连接到90°混合耦合器404的一个支路，以及来自混频器402_2的信号谐振器_a1502的端口a2连接到90°混合耦合器404的相对支路。图17仅是微波开关400的部分视图，示出了谐振器1502到混合耦合器404的连接。
在图15和图16中，端口b1和b2连接在一起。在一个实施方式中，延迟线902可以如本文所讨论的那样插入在中间。存在将具有相等的幅度、相同频率fp但具有零或非零相位差的泵浦信号1和2馈送到三波混频器402_1和402_2的各种方式。作为一个示例，在图15和图16中，泵浦p1和p2可以以电容耦合到jrm1510的两个相邻节点的短路耦合带状线的形式被馈送到片上通量线(例如，通量线1508)。这种泵浦线可以支持泵浦频率处的微波音调和通量偏置jrm1510的dc电流两者。低通滤波器1512可以耦合在泵浦端口和通量线1508之间，以滤除较高频率f1和f2。另一种用于通量偏置jrm的方式是通过使用附接到混频器封装的外部磁线圈和/或使用集成在芯片上或封装中的非常小的磁性材料。另一种馈送泵浦驱动的方式是通过使用电容耦合到jrm1510的相对节点的片上3端口功率划分器。此外，每个谐振器_a1502和谐振器_b1504具有两个端。图15示出谐振器_a1502的一端是断开的，而另一端电容耦合到点x1处的馈线，其是混频器402_1中的端口a1。类似地，对于混频器402_2，谐振器_a1502的一端是断开的，而另一端电容耦合到点x2处的馈线，其是混频器402_2中的端口a2。此外，图15示出谐振器_b1504的一端是断开的，而另一端电容耦合到点y1处的馈线，其是混频器402_1中的端口b1。类似地，对于混频器402_2，谐振器_b1504的一端是断开的，而另一端电容耦合到点y2处的馈线，其是混频器402_2中的端口a2。通过向这些端之一添加弱耦合的馈线，可以利用谐振器_a1502的一个断开的端或谐振器_b1504的一个断开的端来馈送泵浦信号。
与图15不同，图16示出谐振器_a1502的一端电容地耦合到端口a1(混频器402_2中的端口a2)，其连接到混频器的一个端口，而另一端电容地耦合到短路到地的馈线。类似地，谐振器_11504的一端电容地耦合到端口b1(混频器402_2中的端口b2)，并且另一端电容地耦合到短路到地的馈线。谐振器_a1502的馈线或谐振器_b1504的一个接地的馈线的可能与地断开连接，并且用于馈送泵浦信号。在这种情况下，泵浦馈线和谐振器之间的耦合电容应当足够小，以防止通过该指定泵浦馈线的信号泄漏。
在图15和图16的一个实施方式中，180°混合耦合器602可以连接到泵浦端口p1和p2，并且可变移相器604可以在一个支路上。
微波开关400的电路元件和连接到微波开关400的电路元件可以由超导材料制成。各个谐振器和传输/馈送/泵浦线由超导材料制成。混合耦合器可以由超导材料制成。超导材料的示例(在低温下，诸如大约10-100毫开尔文(mk)或大约4k)包括铌、铝、钽等。例如，约瑟夫逊结由超导材料制成，并且它们的隧道结可以由薄隧道势垒制成，诸如氧化物。电容器可以由被低损耗介电材料隔开的超导材料制成。连接各种元件的传输线(即，导线)由超导材料制成。
如本领域技术人员所理解的，微波开关400具有许多不同的技术优点和益处。微波开关400比任何其它开关(用于超导/量子目的)具有更多的功能，包括：同相位反射器、反相位反射器、互易透射、非互易透射、可变透射-反射分束器。微波开关400是无损的，易于工程设计和制造，可以使用超导电路在片上实现或者集成到pcb中。通过工程设计jpc馈线的阻抗并实现集总元件jpc，可以使微波开关400宽带化。微波开关400可以使用混合器和jpc的集总元件设计而被制造得紧凑，并且不需要通量控制或通量脉冲。另外，因为r和t不需要为r＝0和t＝1，所以器件400可以在长的时间段上非常稳定(主要由两个jpc的dc通量偏置限制)，并且容易调谐。此外，因为r和t不需要为r＝0和t＝1，所以器件400可具有大的动态范围(最大输入功率)并且馈送该器件的泵浦功率可相对小(稀释制冷机中混合室的加热较少)。此外，除了具有名义上相同的jpc(其在标准制造能力内)之外，对均匀性或同质性没有严格的要求。微波开关400可以使用一个泵浦用于所有操作模式，除了需要两个泵浦源的可变透射-反射分束器模式或者在一个臂上具有移相器的可变透射-反射分束器模式。微波开关400可以使用铌(nb)结来制造，并且在以4k操作。微波开关400具有在几纳秒(ns)范围内的快速开关时间(其主要受jpc的带宽限制)，并且具有大于20分贝(db)的大的on/off比率。
现在转到图18，提供了根据本发明实施例的超导无损微波开关1800的示意图。无损微波开关1800包括被指定为/标记为微波开关400_1至400_n的多个微波开关400，所有这些开关名义上一样(或相同)。无损微波开关1800包括阻抗变换器1804_0至1804_n。阻抗变换器1804_0至1804_n被设计用于其对应信号源的输入阻抗与输出阻抗之间的阻抗匹配，以最大化功率传送或最小化来自负载的信号反射。阻抗变换器1804_0至1804_n的相对端被设计成匹配两个不同的阻抗(例如，高阻抗zh和低阻抗zl)并且被连接到两个不同的传输线。
端口1802_0至1802_n由公共节点1810连接。在图18中，每个端口1802_0至1802_n分别连接到其自己的阻抗变换1804_0至1804_n。端口1802_1至1802_n分别连接到其自己的微波开关400_1至400_n，并且每个微波开关400_1至400_n被配置为以本文讨论的通信模式操作，包括透射模式(例如，作为闭合开关)和反射模式(例如，作为断开的开关)。端口1802_0至1802_n、阻抗变换器1804_0至1804_n和微波开关400_1至400_n通过传输线(例如，由诸如铌、铝等超导材料制成的超导传输线)连接。
尽管为了简单和简明仅示出了一条泵浦线，但是每个微波开关400_1至400_n可以具有一个泵浦信号以及混合耦合器602以产生相位差
无损微波开关1800是1到n微波开关，这意味着端口1802_0被配置为连接到端口1802_1至1802_n中的任何一个，其中n＞1。出于解释的目的，端口1802_0被描述为通信地连接到端口1802_1以透射频率f1的信号。连接到端口1802_1的微波开关400_1处于(完整)透射模式(例如，作为闭合的开关)，而分别连接到端口1802_2至1802_n的微波开关400_2至400_n每个都处于(完整)反射模式(即，作为断开的开关)。因此，微波开关400_2至400_n中的每一个通过接收引起相位差的泵浦信号(例如，泵浦信号2-n)来阻止信号通过，使得微波开关400_2至400_n反射信号，如本文先前所讨论的。
该信号处于与微波开关400_1至400_n中的每一个的三波混频器402_1和402_2中的每一个中的信号谐振器1502谐振的频率f1。频率f1的信号可以在端口1802_0和端口1802_1至1802_n中的任何一个之间来回透射。端口1802_0一次仅通信地连接到一个端口。在图18中，端口1802_1被示出为出于示例目的与端口1802_0通信，但是应当理解，端口1802_0可以与端口1802_1至1802_n中的任何一个通信。现在详细讨论无损微波开关1800的操作。频率f1的信号被输入到端口1802_0。端口1802_0将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_0，其在一个方向上将传输线的阻抗从低阻抗z0转换为高阻抗zh，并且在相反方向上执行相反功能。频率f1的信号通过阻抗变换器1804_0并到达公共节点1810。因为微波开关400_2至400_n中的每一个接收被设计为引起相位差使得微波开关400_2至400_n处于反射模式的一个或多个泵浦信号，所以频率f1的信号不传播通过阻抗变换器1804_2至1804_n并且不传播通过微波开关400_2至400_n。相反，频率f1的信号被透射到阻抗变换器1804_1，其将传输线的阻抗从高阻抗zh转换到低阻抗z0。微波开关400_1从阻抗变换器1804_1接收频率f1的信号，并且微波开关400_1处于透射模式。微波开关400_1将频率f1的信号透射到端口1802_1。作为处于透射模式的一个选项，没有泵浦信号1输入到微波开关400_1的三波混频器402_1和402_2(即，微波开关400_1断开)。或者，通过根据透射模式在微波开关400_1中引起相位差，微波开关400_1可以处于透射模式。图18示出端口1802_0作为输入端口，并且端口1802_1至1802_n中的任何一个(例如，端口1802_1)作为输出端口。无损微波开关1800是双向的，使得端口1802_1至1802_n中的任何一个可以是输入端口，并且端口1802_0可以是输出端口，如图19所示。
图19描述了根据本发明实施例的超导无损微波开关1800的示意图。作为超导无损微波开关1800的操作的另一示例，图19示出端口1802_0作为输出端口，并且端口1802_1至1802_n中的任何一个(例如，端口1802_n)作为输入端口。图19示出了无损微波开关1800被配置为基于一个微波开关400_1至400_n处于透射模式(例如，作为闭合的开关)并且其余微波开关处于反射模式(例如，断开的开关)而在两个方向上透射频率f1的信号。
出于解释的目的，端口1802_0被描述为通信地连接到端口1802_n以接收频率f1的信号。连接到端口1802_n的微波开关400_n处于(完整)透射模式(例如，作为闭合的开关)，而分别连接到端口1802_1至1802_n-1的微波开关400_1至400_n-1每一个都处于(完整)反射模式(即，作为断开的开关)。端口1802_n-1比n小一个端口，而微波开关400_n-1比n小一个微波开关。这样，如果n＝100，则n-1＝99。因此，如本文所讨论的，通过接收引起相位差的泵浦信号(例如，泵浦信号1至n-1)使得微波开关400_1到400_n-1反射信号，微波开关400_1至400_n-1中的每一个阻止信号通过。
在图19中，出于示例的目的，端口1802_n被示出为与端口1802_0通信。现在详细讨论无损微波开关1800的操作。频率f1的信号被输入到端口1802_n。端口1802_n将频率f1的信号透射到微波开关400_n。微波开关400_n从端口1802_n接收频率f1的信号，并且微波开关400_n处于透射模式。微波开关400_n将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_n，其在一个方向上将传输线的阻抗从低阻抗z0转换为高阻抗zh，并且在相反方向上执行相反功能。频率f1的信号通过阻抗变换器1804_n并到达公共节点1810。因为微波开关400_1至400_n-1中的每一个接收被设计为引起相位差使得微波开关400_1至400_n-1处于反射模式的一个或多个泵浦信号，所以频率f1的信号不传播通过阻抗变换器1804_1至1804_n-1并且不传播通过微波开关400_1至400_n-1。相反，频率f1的信号从公共节点1810透射到阻抗变换器1804_0，其将传输线的阻抗从高阻抗zh转换到低阻抗z0。阻抗变换器1804_0将频率f1的信号透射到端口1802_0。
超导无损微波开关1800中的元件可以被重新布置并且仍然如本文所讨论的那样执行。图20描述了根据本发明实施例的超导无损微波开关1800的示意图。无损微波开关1800已经被修改，使得微波开关400_1至400_n和阻抗变换器1804_1至1804_n的位置被颠倒。在图20中，微波开关400_1至400_n现在被定位成比阻抗变换器1804_1至1804_n更靠近公共节点1810。图20中的无损开关1800用于提供与图18和图19相同的能力。如本文所讨论的，端口1802_0可以是连接到端口1802_1至1802_n中的任何一个的输入或输出端口。在图20所示的示例场景中，端口1802_1通信地耦合到端口1802_0。例如，频率f1的信号被输入到端口1802_0。端口1802_0将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_0，其在一个方向上将传输线的阻抗从低阻抗z0转换为高阻抗zh，并且在相反方向上执行相反功能。频率f1的信号通过阻抗变换器1804_0并到达公共节点1810。因为微波开关400_2至400_n中的每一个接收被设计为引起相位差使得微波开关400_2至400_n处于反射模式的一个或多个泵浦信号，所以频率f1的信号不传播通过阻抗变换器1804_2至1804_n并且不传播通过微波开关400_2至400_n。相反，频率f1的信号被透射到微波开关400_1。微波开关400_1从阻抗变换器1804_1接收频率f1的信号，并且微波开关400_1处于透射模式。微波开关400_1将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_1。阻抗变换器1804_1接收频率f1的信号，并且将传输线的阻抗从高阻抗zh转换到低阻抗z0。阻抗变换器1804_1将频率f1的信号透射到端口1802_1。
在图18、图19和图20中的1到n(1→n)无损微波开关1800中，端口1802_0总是充当输入端口和/或输出端口的角色，并且被用于信号的路由。图21描述了根据本发明实施例的超导无损n端口微波路由器2100。在无损n端口微波路由器2100中，任何一个端口可以连接到任何一个其它端口。无损n端口微波路由器2100包括端口1802_1至1802_n、阻抗变换器1804_1到1804_n、微波开关400_1至400_n和公共节点1810。
现在，考虑示例场景，描述了从端口1802_1到端口1802_i的透射。端口1802_1接收频率f1的信号的输入，该信号被透射到微波开关400_1。微波开关400_1处于透射模式，使得微波开关400_1被配置为将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_1。阻抗变换器1804_1被配置为将传输线的阻抗从低阻抗z0转换成高阻抗zh(反之亦然)。微波开关400_2至400_i-1以及400_i 1至400_n都处于反射模式(例如，作为断开的开关)，使得没有信号通过它们。应当理解，满足以下关系：n＞i＞1。因此，阻抗变换器1804_1经由公共节点1810将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_i。阻抗变换器1804_i被配置为将传输线的阻抗从高阻抗zh转换到低阻抗z0(反之亦然)。阻抗变换器1804_i将频率f1的信号透射到微波开关400_i。微波开关400_i处于透射模式，使得微波开关400_i被配置为将频率f1的信号透射到端口1802_i。
图22描述了根据本发明实施例的超导无损n端口微波路由器2100。在无损n端口微波路由器2100中，任何一个端口可以连接到任何一个其它端口，使得任何一个端口可以是输入端口并且任何一个其它端口可以是输出端口(反之亦然)。出于解释的目的，图21描述了端口1802_n通信地耦合到端口1802_j的情形。例如，频率f1的信号被输入到端口1802_n，并从端口1802_n透射到微波开关400_n。微波开关400_n处于透射模式(例如，作为闭合的开关)。微波开关400_n将频率f1的信号透射到阻抗变换器1804_n。阻抗变换器1804_n被配置为在当前情景中将传输线的阻抗从低阻抗z0转换成高阻抗zh(并且在相反方向上反之亦然)。阻抗变换器1804_n经由公共节点1810将频率f1的信号传送到阻抗变换器1804_j。因为微波开关400_1至400_j-1和微波开关400_j 1至400_n-1每一个都处于反射模式(例如，作为断开的开关)，所以频率f1的信号不传播通过它们(即，被阻挡)。这样，频率f1的信号从阻抗变换器1804_n被透射到阻抗变换器1804_j。阻抗变换器1804_j被配置为在当前情景中将传输线的阻抗从高阻抗zh转换到低阻抗z0(并且在相反方向上反之亦然)。阻抗变换器1804_j将频率f1的信号透射到微波开关400_j。微波开关400_j处于透射模式(例如，作为闭合的开关)。微波开关400_j将频率f1的信号透射到端口1802_j。
在图21和图22中，超导无损n端口微波路由器2100被一般化/设计成使得可以在任何一对端口之间使用微波泵浦信号进行连接以控制期望的微波开关400。例如，频率f1的微波信号到达一个端口1802的时刻(或几乎在该时刻)，可以在任何一对端口1802之间进行连接以透射微波信号，而所有其他端口1802(经由它们各自的微波开关400)阻挡频率f1的微波信号。所有端口1802_1至1802_n是对称的并且在相同的底座(footing)上(这不同于先前描述的超导微波开关1800)。在相同底座上意味着节点1810是连接所有端口1802_1到1802_n的中心连接，每个端口1802具有其自己的微波开关400，并且每个微波开关400被配置为接收其自己的泵浦信号(或不接收)。与无损n端口微波路由器2100一样，无损微波开关1800中的任何端口1802_1至1802_n可以被动态(onthefly)选择以与端口1802_0连接。可动态选择涉及选择微波开关400_1至400_n中的应当处于透射模式而其它的处于反射模式，所有这些都基于泵浦驱动信号(或者没有泵浦驱动信号)。
关于节点1810，讨论了一些技术细节。通常，节点1810要尽可能小，并且由于以下两个原因相对于器件操作中使用的波长理想地集总：1)最小化反射，其可限制路由信号的透射，以及2)使得能够将多个传输线连接到节点1810。此外，将多个传输线连接到公共节点1810的能力可能需要使用高阻抗(非常窄)的导线，在一个实施方式中，这可能进而需要将微波开关400设计成具有与在透射中操作的连接线的阻抗匹配的特性阻抗(以便最小化反射)。最后，如果微波开关400的特性阻抗不同于器件端口1802的特性阻抗，则可以在微波开关400与公共节点1810和/或端口1802之间设计和集成某些匹配网络(以便允许传播信号的平滑透射)。
图23描述了根据本发明的实施例的用于配置无损多端口器件1800的方法的流程图2300。在框2302处，操作地连接到公共节点1810的端口(例如，端口1802_0)被包括在无损多端口器件1800中。在框2304，多个端口(例如，端口1802_1至1802_n)可操作为根据泵浦驱动信号(例如，泵浦驱动信号1、2、3、…n)一次一个地通信耦合到端口(例如，端口1802_0)。
端口(例如，端口1802_0)可操作为相对于多个端口(例如，端口1802_1至1802_n)中的任何一个的输入端口和/或输出端口。
无损多端口器件1800包括多个微波开关(例如，微波开关400_1至400_n)。多个端口(例如，端口1802_1至1802_n)一对一地连接到多个微波开关(例如，微波开关400_1至400_n)。多个微波开关(例如，微波开关400_1至400_n)单独被配置为根据泵浦驱动信号而处于透射模式(例如，没有泵浦驱动信号提供给相应的开关，使得相应的开关充当闭合的开关)和/或反射模式(例如，由于相位差
多个端口中的一个端口(端口1802_1至1802_n中的任何一个，例如图18中所示的端口1802_1或图19中所示的端口1802_n)被连接到多个微波开关(例如微波开关400_1至400_n)中的一个微波开关。通过使一个微波开关不接收泵浦驱动信号，该一个端口(端口1802_1至1802_n中的任何一个)通信地耦合到端口(例如，端口1802_0)用于通信。例如，在图18中，微波开关400_n不接收泵浦驱动信号(或者可以具有预定的相位差)，以便将端口1802_1通信地耦合到端口1802_0。而且，在图19中，微波开关400_1不接收泵浦驱动信号(或者可以具有预定的相位差)，以便将端口1802_n通信地耦合到端口1802_0。多个端口中的其他端口连接到多个微波开关中的其余微波开关，并且多个微波开关中的其余微波开关是处于反射的。
图24描述了根据本发明的实施例的用于配置无损多端口器件2100的方法的流程图2400。在框2402，端口(例如，端口1802_1至1802_n)被包括在无损多端口器件2100中。在框2404，节点1810可连接到端口，其中端口中的任何两个(可选择的)端口(例如，端口1802_1至1802_n)可操作为根据泵浦驱动信号(例如，泵浦驱动信号1、2、3、…n)来通信地耦合在一起。
端口(例如，端口1802_1至1802_n)可操作为用于接收信号(例如，频率f1)的输入端口和用于发送信号(例如，频率f1)的输出端口。
端口可以包括第一端口、第二端口和一个或多个其它端口(例如，端口1802_1至1802_n)。开关(例如微波开关400_1至400_n)分别一对一地连接到端口(例如端口1802_1至1802_n)，并且开关包括第一开关、第二开关和一个或多个其它开关，其中第一端口和第二端口分别连接到第一开关和第二开关。第一和第二端口(例如，图21中的端口1802_1和1802_i，或者例如图22中的端口1802_n和1802_j)可操作用于基于一个或多个其他开关处(例如，除了图21中的开关400_1和400_i之外的开关处，或者例如，除了图22中的开关400_n和400_j之外的开关处)的泵浦驱动信号通信地耦合。
开关(例如微波开关400_1至400_n)可操作为根据泵浦驱动信号而处于透射模式或反射模式。
第一和第二端口可操作为通过第一和第二开关不接收泵浦驱动信号而通信地耦合。例如，在图21中，开关1804_1和1804_i不接收泵浦驱动信号。例如，在图22中，开关1804_n和1804_j不接收泵浦驱动信号，第一和第二开关可操作为处于透射模式，而一个或多个其他开关处于反射模式，从而允许第一和第二端口之间的通信。
图25描述了根据本发明实施例的操作无损多端口器件1800、2100的方法的流程图2500。在框2502，端口(例如，图18、图19和图20中的端口1802_0至1802_n，或者例如，图21和图22中的端口1802_1至1802_n)的第一输入/输出端口接收信号(频率f1)。在框2504，端口中的第二输入/输出端口输出该信号(频率f1)，其中泵浦驱动信号控制第一输入/输出端口与第二输入/输出端口之间的信号的通信。
开关一对一地与端口相关联，使得第一开关与第一输入/输出端口相关联，第二开关与第二输入/输出端口相关联，并且一个或多个其他开关与一个或多个其他端口相关联。泵浦驱动信号由一个或多个其它开关接收，并且第一和第二开关不接收泵浦驱动信号，从而使得第一输入/输出端口和第二输入/输出端口通信地耦合。
在此参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设计出替代实施例。尽管在以下描述和附图中阐述了元件之间的各种连接和位置关系(例如上方、下方、相邻等)，但是本领域技术人员将认识到，当即使改变了取向也保持了所描述的功能时，本文描述的许多位置关系是与取向无关的。除非另有说明，这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明并不旨在在这方面进行限制。因此，实体的耦合可以指直接或间接耦合，并且实体之间的位置关系可以是直接或间接位置关系。作为间接位置关系的一个示例，本说明书中提到在层“b”上形成层“a”包括这样的情况，其中一个或多个中间层(例如层“c”)在层“a”和层“b”之间，只要层“a”和层“b”的相关特性和功能基本上不被中间层改变。
以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置不一定仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的其他要素。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。在本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其它实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”应理解为包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而不管是否明确描述。
术语“约”、“基本上”、“大约”及其变体旨在包括与基于提交本申请时可用的器件的特定量的测量相关联的误差度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。
如本文先前所述，为了简洁起见，本文可能详细描述或可能不详细描述与超导器件和集成电路(ic)制造有关的常规技术。然而，作为背景，现在将提供对可用于实现本发明的一个或多个实施例的超导器件制造工艺的更一般的描述。尽管在实现本发明的一个或多个实施例中使用的特定制造操作可以是单独已知的，但是所描述的操作的组合和/或本发明的结果结构是独特的。因此，结合根据本发明的半导体器件的制造所描述的操作的独特组合利用了在介电(例如硅)衬底上的超导上执行的各种单独已知的物理和化学工艺，其中一些在紧接的下述段落中描述。
通常，用于形成将被封装到ic中的微芯片的各种工艺属于一般类别，包括膜沉积、去除/蚀刻和图案化/光刻。沉积是将材料生长、涂覆或以其它方式转移到晶片上的任何工艺。可用的技术包括物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)、化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)、电化学沉积(electrochemicaldeposition，ecd)、分子束外延(molecularbeamepitaxy，mbe)以及最近的原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)等。去除/蚀刻是从晶片去除材料的任何工艺。示例包括蚀刻工艺(湿法或干法)和化学机械平坦化(chemical-mechanicalplanarization，cmp)等。导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)的膜都用于连接和隔离部件。光刻是在半导体衬底上形成三维浮雕图像或图案，以便随后将图案转移到衬底上。在光刻中，图案由称为光致抗蚀剂的光敏聚合物形成。为了构建电路的复杂结构，光刻和蚀刻图案转移步骤被重复多次。印刷在晶片上的每个图案与先前形成的图案对准，并且缓慢地构建导体、绝缘体和其它区域以形成最终器件。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的制造和/或操作方法的可能实现。该方法的各种功能/操作在流程图中由框表示。在一些替代实施例中，框中所注明的功能可不按图中所注明的次序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施例的描述，但是其不旨在是穷尽的或限于所公开的实施例。在不背离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择本文所使用的术语以最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上存在的技术改进，或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文所描述的实施例。
1.一种无损多端口器件，包括：
第一端口；以及
多个端口，所述多个端口可操作为根据泵浦驱动一次一个地通信地耦合到所述第一端口。
2.根据权利要求1所述的无损多端口器件，其中所述第一端口可操作为相对于所述多个端口中的任何一个端口的输入端口和输出端口。
3.根据权利要求1所述的无损多端口器件，还包括多个微波开关。
4.根据权利要求3所述的无损多端口器件，其中所述多个端口一对一地连接到所述多个微波开关。
5.根据权利要求4所述的无损多端口器件，其中所述多个微波开关被配置为根据所述泵浦驱动而处于透射模式或反射模式。
6.根据权利要求4所述的无损多端口器件，其中：
所述多个端口中的一个端口连接到所述多个微波开关中的一个微波开关；并且
通过使所述一个微波开关不接收泵浦驱动，所述一个端口通信地耦合到所述第一端口用于通信。
7.根据权利要求6所述的无损多端口器件，其中：
所述多个端口中的其他端口连接到所述多个微波开关中的其余微波开关；并且
所述多个微波开关中的其余微波开关是处于反射的。
8.一种配置无损多端口器件的方法，所述方法包括：
提供第一端口；以及
配置多个端口，使得所述多个端口可操作为根据泵浦驱动一次一个地通信地耦合到所述第一端口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一端口可操作为相对于所述多个端口中的任何一个端口的输入端口和输出端口。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个端口一对一地连接到多个微波开关。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个微波开关被配置为根据所述泵浦驱动而处于透射模式或反射模式。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述多个端口中的一个端口连接到所述多个微波开关中的一个微波开关；并且
通过使所述一个微波开关不接收泵浦驱动，所述一个端口通信地耦合到所述第一端口用于通信。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述多个端口中的其他端口连接到所述多个微波开关中的其余微波开关；并且
所述多个微波开关中的其余微波开关是处于反射的。
14.一种无损多端口器件，包括：
端口；以及
可连接到所述端口的节点，其中所述端口中的任何两个端口可操作为根据泵浦驱动来通信地耦合在一起。
15.根据权利要求14所述的无损多端口器件，其中所述端口可操作为用于接收信号的输入端口和用于发送所述信号的输出端口。
16.根据权利要求14所述的无损多端口器件，其中：
所述端口包括第一端口、第二端口和一个或多个其他端口；
开关一对一地连接到所述端口，所述开关包括第一开关、第二开关和一个或多个其他开关，所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述第一开关和所述第二开关；并且
所述第一端口和所述第二端口可操作为基于所述一个或多个其他开关处的泵浦驱动来通信地耦合。
17.根据权利要求16所述的无损多端口器件，其中所述开关可操作为根据所述泵浦驱动而处于透射模式或反射模式。
18.根据权利要求16所述的无损多端口器件，其中所述第一端口和所述第二端口可操作为通过所述第一开关和所述第二开关不接收泵浦驱动来通信地耦合。
19.根据权利要求16所述的无损多端口器件，还包括所述第一端口和所述第二端口，所述第一端口和所述第二端口被配置为至少部分地基于所述第一开关和所述第二开关可操作为处于透射模式而所述一个或多个其他开关处于反射模式来通信地耦合。
20.一种配置无损多端口器件的方法，所述方法包括：
提供端口；以及
配置可连接到所述端口的节点，其中所述端口中的任何两个端口可操作为根据泵浦驱动来通信地耦合在一起。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述端口可操作为用于接收信号的输入端口和用于发送所述信号的输出端口。
22.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述端口包括第一端口、第二端口和一个或多个其他端口；
开关一对一地连接到所述端口，所述开关包括第一开关、第二开关和一个或多个其他开关，所述第一端口和所述第二端口分别连接到所述第一开关和所述第二开关；并且
所述第一端口和所述第二端口可操作为基于所述一个或多个其他开关处的泵浦驱动来通信地耦合。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
所述开关可操作为根据所述泵浦驱动而处于透射模式或反射模式；并且
所述第一端口和所述第二端口可操作为通过所述第一开关和所述第二开关不接收泵浦驱动来通信地耦合。
24.一种操作无损多端口器件的方法，所述方法包括：
通过端口中的第一输入/输出端口接收信号；以及
通过所述端口中的第二输入/输出端口输出所述信号，泵浦驱动控制所述第一输入/输出端口与所述第二输入/输出端口之间的所述信号的通信。
25.根据权利要求24所述的方法，其中：
开关一对一地与所述端口相关联，使得第一开关与所述第一输入/输出端口相关联，第二开关与所述第二输入/输出端口相关联，并且一个或多个其他开关与一个或多个其他端口相关联；并且
所述泵浦驱动由所述一个或多个其它开关接收，并且所述第一开关和所述第二开关不接收泵浦驱动，从而使得所述第一输入/输出端口和所述第二输入/输出端口通信地耦合。
技术总结