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当秦风成功地将那几只看起来比他爷爷年纪还大的老旧电子管,通过一系列匪夷所思的“净化”、“赋能”与“微米级量子阱植入”手术,硬生生从“凡间废品”拔擢到了“宏观量子比特”的神坛之后,他整个人的状态就如同一个刚刚连续通关了十个地狱级副本的骨灰级玩家,虽然身体上疲惫不堪,眼球里布满了堪比蜘蛛网的血丝,但精神上却亢奋到了极点,感觉自己随时都能原地起飞,与太阳肩并肩!
“搞定了!‘熊猫量子霸王机’的心脏——‘电子管量子比特阵列’,初步成型!”秦风看着那几只经过他“神之手”改造后,在微弱的灯光下似乎都散发着一层淡淡“量子辉光”的电子管,脸上露出了一个既欣慰又略带几分“神经质”的笑容。
他知道,这仅仅是万里长征的第一步。接下来,他要面对的,是同样关键,也同样充满挑战的第二步——对收音机原有的LC谐振回路和天线系统,进行一次彻底的、颠覆性的“量子化升级”!
这些由一些看起来平平无奇的铜线圈、可变电容器、以及一根孤零零的拉杆天线组成的玩意儿,在它们“平凡的前半生”里,唯一的使命就是从空气中捕捉那些承载着咿咿呀呀戏曲声的调幅调频无线电波,然后将它们送入电子管的“喉咙”里进行放大和解调。它们是忠实的“戏曲搬运工”,是宿管刘阿姨晚年精神生活的重要组成部分。
但在秦风的“熊猫量子霸王机”宏伟蓝图中,这些“戏曲搬运工”即将迎来它们职业生涯的“第二春”,而且还是一个无比辉煌、无比高大上、足以让所有经典电磁学理论都惊掉下巴的“量子第二春”!
它们将不再是简单地接收宏观的、经典的电磁波信号,而是要摇身一变,成为能够精密地读取和调控那些“电子管量子比特”的量子态、并实现它们之间可控量子纠缠的关键部件!它们将成为连接微观量子世界与宏观操控指令的“信息桥梁”,成为“熊猫量子霸王机”内部奔腾不息的“量子信息高速公路”的基石!
“来吧,我的老伙计们!”秦风的目光,如同最精密的X光扫描仪,落在了收音机底板上那些排列得还算整齐的LC调谐回路和中频变压器上。他的嘴角,勾起一抹充满了“不怀好意”的笑容。
第一阶段:“超导加身”,铸就“无损传输”之躯!
秦风深知,要想让这些经典的谐振回路能够与那些娇贵无比的“电子管量子比特”进行有效的“量子对话”,首先要解决的就是信号传输过程中的损耗问题。在量子世界里,任何一点微小的能量耗散,都可能导致量子态的迅速退相干,让所有的努力都付诸东流。
而收音机原有的那些由普通铜线绕制的电感线圈,以及那些用空气或云母作为介质的可变电容器,在微波频段(操控量子比特通常需要GHz级别的微波信号)下的损耗,简直高到令人发指!用它们来传输和处理微弱的量子信号,那不亚于用一个漏勺去打水,能剩下一点都算是奇迹了。
“必须进行超导化改造!”秦风的脑海中,立刻浮现出了从物理系低温与超导实验室“顺手牵羊”搞来的那些宝贝疙瘩——几小段闪烁着金属光泽的铌钛合金(NbTi)超导线材,以及一小撮看起来跟普通黑色粉末没什么区别,但实际上却是高温超导材料钇钡铜氧(YBCO)的陶瓷微粉。
他首先小心翼翼地将收音机中那些负责频率选择和阻抗匹配的关键电感线圈,比如本机振荡线圈、中频输入输出变压器等,一个个从电路板上拆焊下来。这些线圈,大多是用直径零点几毫米的漆包铜线,在一个小小的磁芯或者塑料骨架上绕制而成,看起来毫不起眼。
然后,秦风便开始了他那令人叹为观止的“神级微操”。
他头戴着那个高倍率的台式放大镜,左手用一把尖端经过特殊打磨、细如蚊足的防静电陶瓷镊子,轻轻夹住一小段比头发丝还要纤细的铌钛超导线材。右手则操控着那个由他亲手改装的、焊头可以精确控制在微米级别、并且自带微型惰性气体保护装置(这是他用一个废弃的打火机喷嘴和一小瓶高纯氩气DIY的,目的是防止超导材料在焊接时被氧化)的小型恒温电烙铁。
只见他屏息凝神,眼神专注到了极致,仿佛整个世界都只剩下了他和他手中那比绣花针还要精细的工具。他以一种肉眼几乎难以捕捉的速度和精度,将那些原本缠绕在磁芯或骨架上的普通铜线,一圈一圈地、小心翼翼地替换成了闪烁着银灰色光芒的铌钛超导线!
这个过程,对操作者的稳定性和精确度要求高到了变态的程度!因为超导线材通常比较脆,而且一旦在绕制过程中出现任何微小的损伤或不均匀,都会严重影响其超导性能和最终形成的谐振腔的Q值(品质因数)。
但秦风却做得举重若轻,行云流水。他的每一个动作,都仿佛经过了千百万次的精确计算和演练,不多一分,不少一毫。那纤细的超导线,在他手中仿佛拥有了生命,乖巧地、服帖地、按照他的意愿,一圈又一圈地缠绕在那些小小的骨架之上,形成了一个个闪烁着未来科技光芒的微型超导线圈。
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。