冷原子量子计算
7 项实验87Rb 磁光阱、850 nm 光镊阵列、时钟态 Raman 操控、780 + 480 nm Rydberg 双原子激发与条件态分析。
UNDERGRADUATE PHYSICS · LABORATORY GUIDE
冷原子与超导量子计算
虚拟实验操作指南
通过设备选型、位置与角度调节、信号接线、参数扫描和带噪声采样，训练原子装载、量子比特标定、相干控制与读出分析。每项实验都要求检查前置条件，并保存可复现的参数和测量结果。
机械支撑使用四气浮支座和三阀调平；超导制冷机另有独立落地架。点击“支撑细节”查看台下结构。压力表仅示意，未模拟气压或振动传递。详见支撑结构与范围。
01目标与实验记录
两个平台首次打开时均为空实验台：冷原子平台保留固定原子区，超导平台保留固定制冷机与芯片。学生需要从设备架添加器件，检查默认预接线的正确连接，或切换高级手动接线训练，再开启相应输出。单独改变参数、放置一件激光器或一台微波源不会自动满足实验条件。
超导量子比特
10 项实验分温区微波链路、Transmon 与读出谐振腔、IQ 校准、脉冲标定、退相干、DRAG 泄漏控制和双比特交换。
每组至少记录：实验问题与预期标度、设备型号或等效规格、设备 XYZ 与角度、连接表、控制参数、运行物理时间、采样 seed、重复次数、原始曲线、拟合方法、失败对照和模型限制。以正确识别失效原因和可复现结果为评价依据，不以一次随机装载是否全满或一次采样曲线是否平滑评分。
参考配置的用途
“载入参考配置”用于教师演示、结果对照和故障定位。建议先从空台搭建，再对照参考配置检查；参考配置也需要运行装载或末级热平衡，不会预先生成已完成的实验数据。
本版将稳频控制器、电流源、DDS和室温微波仪器安装在台下独立机架，型号、输出和启停仍可调；机架坐标与姿态固定。激光器、透镜、反射镜和其它光学器件仍可直接拖动。点击“台下设备”检查面板和分层线束，点击“支撑细节”检查气浮脚、泵架和管路。分子泵保留台左区域，独立落地矮架垫高120 mm，不放在浮动光学台上。
02工作台操作
- 选择和放置设备。打开设备架，先在器件卡中选择规格，再将卡片拖到三维台面；也可点击卡片进入放置操作。器件放置后核对坐标。固定原子区、制冷机和芯片不能拖动。
- 调整位置与姿态。选择“移动”后拖动器件，或在设备参数中精确输入 XYZ。选择“旋转”或拖动角度柄调节方位角；俯仰角控制离开台面的方向。透镜焦距、有效孔径、波片滚转角和 AOD 音调分别在该器件参数中设置。不同参数具有不同物理作用，不能互相替代。
- 检查坐标约定。台面 XY 单位为 mm。冷原子平台 Z 表示相对于 30 mm 标准光轴的高度偏置，Z=0 对应实际光轴高度 30 mm；超导平台 Z 是相对于台面的绝对高度。角度 0° 朝 +X，90° 朝 +Y。数据导出沿用这些约定。
- 检查预接线或切换高级手动接线。默认在已安装器件之间生成标准实际连接；缺件不会被自动旁路。选择已安装设备的另一规格，直接替换当前链路中的参数并保留坐标与连接。需要手动训练时，在端口连接面板切换高级手动模式，选择输出设备、输出端口、输入设备及输入端口，再建立连接。输入与输出方向、信号类型必须匹配。公共参考时钟可分配至多台仪器；普通输出不能借重复连线充当分路器。设备启用、参数输出和端口连通需要分别检查。冷原子电流、反馈、Raman RF与AOD多音RF不可互接，控制箱并不代表信号兼容。
- 调整观察视角。拖动空白处转动视角，滚轮缩放，右键拖动平移；使用透视、俯视和装置细节视图检查光路或芯片；“放大实验台”可隐藏页眉与概览，保留坐标栏和操作按钮。光束线宽、亮度和包络放大仅影响显示，不改变光功率、真实束腰或计算结果。
- 使用悬停面板。鼠标移至边缘标签打开面板，移开后自动收起；需要持续操作时固定面板，完成后取消固定。按 Esc 关闭临时面板。可随时切换深色和浅色模式。
三维画布获得焦点后可使用方向键微移，[ / ] 微调方位角，PageUp / PageDown 调高度；以数值输入框为精确定位依据。俯仰也可用 Alt + 旋转拖动调整。
设备规格与选型
设备架中的规格选择会改变实际模型输入，放置后仍可在设备属性中调整。先根据目标参数选择，再检查链路到达值；器件名称与通道角色不等于固定规格。
| 设备 | 可选规格 | 需要检查的实际影响 |
|---|---|---|
| 激光器 | 参考功率型、低功率型 | 额定最大功率限制到达功率；多位点需同时检查总功率与每位点分配。 |
| 微波源 | 频率上限 12 GHz / 5.5 GHz | 5.5 GHz 型无法覆盖参考约 6.075 GHz 工作点；不得只调输入框而忽略硬件频率范围。 |
| AWG | IF 带宽 250 MHz / 25 MHz | 参考 IF=50 MHz，25 MHz 型不能提供所需波形通道。 |
| 衰减器 | 10 / 20 / 40 dB | 影响驱动幅度、芯片读出功率和各温级热噪声；按角色、温级与实际衰减值记录。 |
| HEMT | 增益 35 dB、噪声温度 2 K；或 20 dB、8 K | 增益与输入等效噪声温度影响接收系统效率；噪声温度不等于其安装温级。 |
| 透镜/物镜 | 参考焦距/孔径；或 f=50 mm、Ø25.4 mm | 改变焦点、束腰、成像倍率和有效 NA，需要重新对准。 |
| 采集卡 | ADC 技术效率 42% / 15% | 这是接收系统效率中的技术因子；放大链噪声和损耗仍需另行折算。采集卡包含IQ下变频前端，500 MHz指IF带宽，不是读出RF的截止频率。 |
先检查有效参数
输出链中的衰减、透射率、设备功率上限、AOM/AOD、温级及线缆损耗会改变到达原子或芯片的实际信号。分析时使用平台给出的有效频率、功率、束腰、热噪声或失谐，不能只抄控制器设定值。
03冷原子实验流程
设备与初始数量级
| 子系统 | 主要器件 | 参考设置与检查量 |
|---|---|---|
| 真空与频率 | 落地TMP/隔膜前级泵组、集成真空规、饱和吸收稳频控制器 | 背景目标压强5×10−10 mbar；落地TMP/前级泵通过独立腔口与柔性管连接，观察C与V对响应的影响；观察实际压强与锁定误差的演化。 |
| MOT | 780 nm 冷却/再泵浦源、四分之一波片、三轴分束与回返组件、反亥姆霍兹线圈和电流源 | 冷却总功率 18 mW、失谐 −12 MHz、单束光腰半径 5 mm、再泵浦 2 mW、轴向梯度 12 G/cm。 |
| 光镊阵列 | 850 nm 光源、多音 AOD、DDS/AWG、聚焦物镜 | 参考 8 位点、每位点损耗前 6 mW、约 0.9 µm 束腰；位点间距由 AOD 音调间隔、声速和物镜焦距计算。 |
| 原子成像 | MOT 概览物镜/相机、单原子成像物镜/sCMOS | 参考曝光 20 ms；单原子物镜设定 NA=0.45，实际 NA 同时受几何孔径限制。两条成像通道分别对准。 |
| 量子操控 | 双频 Raman 源、双程 AOM 与 DDS、780 nm 与 480 nm 两条 Rydberg 支路及各自聚焦镜 | Raman 标称 Ω/2π=100 kHz；Rydberg 标称 Ω/2π=1 MHz；有效值由通光、频移和重合计算。 |
以上为教学参考值，并非对某台真实装置的工作点推荐。光功率定义、普通频率与角频率、光腰半径与直径必须分别注明。
操作顺序
- 建立真空和稳频连接。连接泵到原子区、稳频器反馈到冷却激光，开启对应输出，点击“开始演化”。记录压强降低和频率误差。未接线的开关不能产生有效真空或闭环。
- 建立六束 MOT。将冷却光送入波片和三轴分束与回返组件，使六束光的公共中心与原子区、磁场中心重合。该组件集成分束、准直和回返；一个未配分束组件的激光器不等于六束 MOT。调整线圈位置、梯度、失谐、波片滚转及偏振方向，检查三轴恢复力与阻尼是否为正。
- 装载并观察 MOT。开启再泵浦与成像，先使用 MOT 概览通道。观察原子数、三轴温度和荧光，不要把未对焦的暗图直接解释为没有原子。设置失谐为正、反转偏振或关掉再泵浦，分别采集失败对照。
- 建立 AOD 光镊阵列。850 nm 光源依次通过多音 AOD 和聚焦物镜；连接 DDS 的 AOD 多音输出。调光路、器件姿态、焦距和音调间隔，使聚焦点落在原子区。目标位点数和目标间距不会自动生成一张阵列图；实际束腰、功率分配与位点间距由硬件链路计算。
- 对准单原子成像。选择单原子通道，调节成像物镜和相机的轴向距离、横向偏移与角度。比较空/满位点计数、SNR 与 PSF。随机装载存在空位，不能通过提高显示亮度消除空位。
- 进行基态量子比特标定。对准 Raman 光源及 AOM，连接 DDS，核对双程频移和双光子失谐。先扫描 Rabi 脉宽标定 π 脉冲，再做 Ramsey；Raman 夹角与热运动会改变有效 Doppler 展宽。
- 进行双原子实验。确保至少两个已装载位点，同时对准 780 nm 下支路和 480 nm 上支路。读取选中原子对的实际间距，比较相互作用 V/h 与有效 Ω/2π，扫描脉冲并分析双激发概率及条件态。
热运动、图像与 ROI 光度
单原子图像先由三轴温度与光镊轴向/径向谐振频率计算深阱谐振近似的热位置宽度，按相机方向投影，再与光学 PSF 卷积并逐像元积分。图像因此会随温度、实际束腰、功率和观察方向变化；它不是固定大小的亮点模板。浅阱、非谐分布及曝光期间的复杂运动不在此近似内，投影产生的交叉协方差保留为诊断，但当前像素图采用两个边缘宽度。
请分别记录预算 SNR与实际像素 ROI 估计 SNR：前者来自简化光子预算，后者用当前图像中半径 4 px 的圆形 ROI，扣除已知模型背景并估计噪声。二者的收光区域和计算方法不同，不应强求相等。ROI 尚未做邻点去混叠；像斑重叠时，单个位点净计数可能混入邻近原子信号。饱和、裁切及低信噪比结果应同时说明。
Δr⊥ ≈ f λ Δf / vacoustic；U0 ∝ P/w02；σ2(t)=σ02+(kBT/m)t2；V/h=(C6/h)/r6。
第一式为本版一维 AOD 的近轴位点间距关系，各量应使用一致单位；光镊光沿台面 +X 传播，参考阵列沿横向 Y 排列。参考 f=55 mm、集成扩束输出半径16.5 mm、AOD口径40 mm、声速 4200 m/s、相邻音调间隔约 0.494118 MHz，对应约 5.5 µm。阵列功率受光源总功率和 AOD 透射率约束。Rydberg 用 C6/h=862690 MHz·µm6 的指定 70S 教学模型，不适用于任意主量子数或任意相互作用通道。
采集时序
Rabi、Ramsey 与 Rydberg 数据来自冻结装载快照，每个扫描点重新初始化量子态。量子操作期间关闭 MOT 共振光；Rydberg 序列还假设关闭光镊光，结束后再读出。实际平台通常还需切换 MOT 梯度并建立均匀偏置场，本版仅通过给定偏置场计算时钟态的二阶 Zeeman 频移，未求解切换梯度的空间频移。平台不会把持续共振荧光与相干量子演化同时当作同一实验时序。相应开关假设会列在采集说明中，工作台的装载状态不会因快照扫描被隐式清空。
实体遮挡、镜面与参考光路
光路在最近的不透明壳体、支杆、镜架、金属腔壁或桌面处终止；关闭仪器输出不会移除其实体。被遮挡后的线段不显示，也不向原子提供功率。反射镜的角度表示镀膜正面外法线：向+X传播的光照到135°正面镜后转向+Y；45°为背面入射，背板吸收。口径之外的镜架不会反射。AOM/AOD显示所选衍射级；射频关闭或未接通时该支路在器件处终止，零级废光不绘制。
八面金属腔的侧窗有效半径11.25 mm，顶部半径12 mm、下窗半径10 mm。六束MOT由分束模块通过六路光纤连接到固定输出口，台下光从相对光轴Z=−164 mm经台板中心半径39 mm通孔与下窗入腔，上方输出位于Z=26 mm。上端与顶视收光采用集成偏振合束模块，内部镜片未逐面展开；未偏振荧光透过率取0.5，窗口每次另乘0.96。单原子成像物镜位于(0,0,45) mm、f=30 mm，相机位于(0,0,135) mm，两者俯仰−90°，继像后总倍率20×。原子至物镜、物镜至相机两段均检查遮挡，孔径还限制有效NA。
七项实验与提交要求
| 实验 | 学生操作 | 观测与计算 | 必须包含的对照 |
|---|---|---|---|
| 1. MOT 装载与关光对照 | 扫描红失谐、梯度和重合；检查真空、再泵浦与偏振。 | 保存 N(t)、温度及三轴恢复力；区分源装载、一体和两体损失。 | 关冷却光、反向圆偏振或错开分束组件，解释原子数变化。 |
| 2. 飞行时间法测温 | 在稳定 MOT 快照释放，检查概览成像；扫描飞行时间。 | 拟合三轴 σ² 对 t² 的斜率，换算 T；报告拟合所用单位。 | 比较不同冷却失谐或对向光不平衡；说明图中模型期望与带噪声测量的区别。 |
| 3. 光镊随机装载与成像 | 调实际束腰、AOD 音调与功率；对焦单原子相机，重复装载采样。 | 装载概率、空/满计数直方图、U₀/kBT、有效像素尺寸和 SNR。 | 离焦、断开 AOD 驱动或降低阱深；说明经典碰撞阻塞不保证全满。 |
| 4. 单比特 Rabi 标定 | 调 Raman/AOM，扫脉宽与双光子失谐，标定 π、π/2。 | 比较理论布居与有限 shots 样本；读取有效频率和脉冲时长。 | 偏离共振或引入 AOM 频移误差，观察对比度与频率变化。 |
| 5. Ramsey 干涉与相干时间 | 固定已标定 π/2 脉冲，扫等待时间及末脉冲相位。 | 分析条纹频率、指数包络与 Doppler 包络；区分输入 T₂ 与拟合量。 | 改变 Raman 夹角、温度或双光子失谐，每次只改一个量。 |
| 6. Rydberg 阻塞与双激发 | 同时对准两支路，选取已装载原子对，调音调间隔、功率与脉冲。 | Prr、单激发布居、(V/h)/(Ω/2π)、阻塞半径及有限温度速度积分误差。 | 比较无 C₆ 作用的计算对照；增大实际间距，检查 r−6 标度。 |
| 7. 双原子集体激发与态分析 | 优化集体脉冲，采集 XX、YY、ZZ 关联并更换 seed 重复。 | Rydberg 单激发条件 Bell 态保真度、关联统计误差和指定原子对装载概率。 | 比较 F=0.5 判据与误差范围；不得把条件态 F 写成完整 CZ 门保真度。 |
04超导量子比特实验流程
设备与初始数量级
| 子系统 | 主要器件 | 参考设置与检查量 |
|---|---|---|
| 低温与热化 | 固定稀释制冷机/芯片、温控器、分温区衰减器与滤波器 | 从已预冷 100 mK 开始，目标 20 mK；末级时间常数 90 s。常见教学驱动链为 4 K / 100 mK / mixing 各 20 dB。 |
| 相干驱动 | 微波 LO、双通道 AWG、IQ 混频器、10 MHz 公共参考 | EC/h=0.25 GHz，EJ,max/h=20 GHz；零磁通 f₀₁≈6.07456 GHz。IF=50 MHz，需设置 LO+IF≈f₀₁。 |
| 读出返回链 | 读出源、读出衰减器、低通滤波器、环行器、4 K HEMT、IQ 采集卡 | 裸腔 6.5 GHz、κ/2π=2 MHz、g/2π=35 MHz。参考读出源 −70 dBm、积分 5 µs；有效芯片功率另扣输入链损耗。 |
| 偏置与脉冲 | 低噪声磁通偏置、AWG 脉冲与 DRAG 参数 | T₁=30 µs、Tφ=40 µs；高斯 σ=8 ns、截断时长 32 ns；XY 交换 J/2π=5 MHz。 |
连接与运行顺序
默认预接线模式直接显示已安装设备的标准信号链；高级模式保留下述手动连接训练。微波在屏蔽同轴连接中传播，芯片布居标记不代表肉眼可见的微波光。只把机箱拖到桌上不能代替完整信号链，选择另一规格会直接改变已接仪器的实际参数。
- 建立温控和时钟链。将温控器接制冷机，公共时钟分别接驱动 LO、AWG、读出源和采集卡。开启末级冷却与参考输出；观察温度和线路热占据。
- 连接驱动链。AWG I/Q 接混频器 I/Q 输入，LO 接 LO 输入，混频器 RF 依次经驱动链 D1、D2、D3 接芯片驱动口。D1/D2/D3 与 R1/R2 表示通道角色，衰减量以设备属性为准。把低温元件分配到正确温级；只把机箱拖近芯片不能代替信号连接。
- 连接读出链。读出源经读出输入链 R1、R2 衰减及滤波接读出输入；芯片返回信号经环行器与 HEMT 接采集卡。核对方向、温级、增益、噪声温度和两段线路损耗。
- 等待末级热平衡。本平台起点已经是 100 mK，达到脉冲实验的温度与链路条件后再采集。将 60 dB 衰减全部置于 4 K，与分配至混合室末级作对照；相同总衰减不代表相同输出热噪声。
- 标定腔与比特。先测复数 S₂₁，确定腔响应；再调读出探针与积分时间。扫描 LO+IF 和磁通，确定比特跃迁。检查色散条件及 n̄/ncrit，避免用过强探针得出不受模型支持的定量结论。
- 标定脉冲并测相干性。驱动功率输入表示经AWG幅度标定的混频器RF口功率，不是LO本振功率。先做 Rabi，设置实际候选π脉宽，再做 T₁、Ramsey 和 Echo；后续序列使用该脉宽，π/2取其一半，不会自动重新校准。短高斯脉冲用三能级计算检查 |2⟩ 泄漏，并扫描 DRAG 系数。
- 双比特与读出分析。调第二比特与第一比特共振，分析交换与纠缠；比较不同探针功率和积分时间下的 IQ 点云及误判。保持一次只改一个参数。
fdrive=fLO+fIF；f₀₁≈√(8EJEC)/h−EC/h；nout=nin/L+(1−1/L)nB(Tstage)，L=10AdB/10。
室温仪器位置通过已连接线缆的有效长度、传播延迟、损耗和相位影响信号，不会改变芯片本征频率。低温器件的温级影响热化，芯片频率由等效芯片参数与有效磁通决定。移动设备后重新检查有效相位和旧数据状态。
读出信噪比
HEMT 和接收机的噪声按实际连接链折算，系统效率可能远低于理想值。点云重合时先核对读出返回链、放大器温级/增益/噪声、探针频率、芯片光子数和积分时间。平台不会把低功率结果自动美化为清晰分开的点云。
十项实验与提交要求
| 实验 | 学生操作 | 观测与计算 | 必须包含的对照 |
|---|---|---|---|
| 1. 末级热平衡与热噪声 | 开启温控，改变衰减器温级与目标温度。 | T(t)、热光子占据和热激发布居；区分芯片温度与线路噪声。 | 同总衰减、不同温级；关闭末级冷却。 |
| 2. 谐振腔复数 S₂₁ 谱 | 连接读出链，扫描频率，改变已连接线缆长度。 | 幅度、复数轨迹、相位延迟、腔频率和线宽。 | 移动室温仪器或断开返回链；本征腔参数不应随位置无故变化。 |
| 3. 比特频谱与磁通调谐 | 扫 LO+IF、功率及磁通；核对偏置接线。 | 频谱峰、功率展宽、f₀₁(Φ) 与甜点。 | 关闭磁通输出；注意固有磁通偏移仍存在。 |
| 4. Rabi 与 π 脉冲 | 扫驱动脉宽，改变功率和失谐。 | 模型布居、有限 shots 样本、π 脉冲估计。 | 功率改变 6 dB 时检查场幅约两倍的标度；比较失谐情况。 |
| 5. Ramsey 与频率误差 | 用 π/2—等待—π/2，扫描等待与失谐。 | 条纹频率、磁通噪声与衰减包络。 | 比较甜点附近和偏离甜点；区分 T₂ 模型参考与拟合结果。 |
| 6. 能量弛豫 T₁ | 先校准 π 脉冲，再扫等待时间；增大 shots。 | 带噪声热弛豫曲线、校正后的拟合值和 R²。 | 错误 π 脉冲或低 SNR；分析拟合偏差而非只抄输入 T₁。 |
| 7. Hahn 回波 | 比较 Ramsey 与 π/2—τ/2—π—τ/2—π/2。 | 相同条件下准静态噪声与马尔可夫退相干的不同影响。 | 增大准静态磁通噪声，再分别改变 Tφ 或 T₁。 |
| 8. 三能级泄漏与 DRAG | 扫高斯宽度、幅度和导数正交系数。 | |2⟩ 泄漏、布居和范数误差；比较 0.12/0.06 ns 步长。 | β=0 与最小泄漏点；不能通过重新归一化隐藏积分误差。 |
| 9. 双比特交换与纠缠 | 调第二比特频率、J 与作用时间。 | |10⟩↔|01⟩ 布居、相干项、concurrence 和 √iSWAP 时长。 | 比较共振与失谐；J/2π=5 MHz 时理想 √iSWAP 为25 ns。 |
| 10. 单次读出与 IQ 判别 | 调探针频率、功率、积分时间和放大链。 | IQ 样本、条件判别概率、热准备错误及 n̄/ncrit。先接通驱动、公共参考与HEMT偏置；静态高斯模型要求积分时间小于0.2 T₁。 | 短/长积分、有/无 HEMT、低/高功率；记录模型范围提示。 |
05采集、快照与数据导出
- 运行不等于采集。运行推进真空、冷却、装载或末级热平衡的物理时间；实验采集使用当前参数、连接、设备位置与状态的独立快照。量子脉冲的 ns/µs 时长与台面运行的秒分别处理。
- 核对采集条件。平台会列出缺失链路、未装载原子、温度或成像条件。前置条件不满足时按提示修正；出现空图、低对比度或低 SNR 也可能是有效的失败对照。
- 采集当前实验。选择任务，点击“采集当前参数”。记录期望曲线、带噪声样本、单位、拟合/模型参考及说明；采集不会把设备自动调回共振。
- 区分过期数据。改变参数、位置、温级或连接后，瞬时场强、读数和诊断立即更新，即使暂停也如此；暂停不推进时间、原子数与温度。原始图像和测量曲线仍属于旧快照，不能据此判断新状态。查看过期提示，并重新采集；对照实验分别导出。
- 控制随机性。点击“按原快照复测”可使用原参数、状态和 seed 复算；要获取新的统计实现，先暂停演化，在“随机种子”输入新值，再点击“采集当前参数”。增加 shots 降低采样误差，但不会修复未对准、错误失谐或热噪声。云团期望曲线与单次随机读出应分开标注。
- 导出。点击“导出实验记录”保存设备配置、连接、状态及最近测量；测量窗口中的“导出 JSON”和“导出 CSV”保存快照与实际曲线点。冷原子图像应先暂停演化，点击“采集一帧”，再点“导出原始像素 CSV”保存当前图像。报告中同时附参数和连接表，不只提交屏幕截图。
建议的实验报告结构
- 目标、实验前预期关系与所用模型。
- 设备坐标、姿态、有效参数和端口连接表。
- 至少一个成功条件和一个单变量失败对照。
- 原始数据、拟合方法、统计误差或数值收敛检查。
- 区分输入设定、模型期望、随机采样和数据拟合；写明不能由本模型得到的结论。
06故障排查
| 现象 | 优先检查 | 有效对照 |
|---|---|---|
| 没有 MOT 云团 | 泵接线和压强、冷却/再泵浦输出、分束组件、波片偏振、磁场中心和红失谐；再检查概览相机。 | 分别检查三轴恢复力与阻尼，不用相机暗图替代动力学诊断。 |
| 有 MOT，无光镊原子 | AOD是否在光路中且连接DDS；实际腰斑位置与半径、每位点功率、U₀/kBT、装载时间。 | 减少位点数或增大有效阱深，分别导出概率；不要要求随机阵列总是全满。 |
| 单原子图像模糊或太暗 | 选用单原子通道；物镜与相机的几何轴、像距、孔径、曝光与探测光；检查实际六路透过率、QE、读出噪声和离焦圆半径。 | 对焦与离焦分别采集，比较 PSF 和光电子计数。 |
| Raman/Rydberg 没有正确曲线 | 已装载位点与单原子读出、实际双光子失谐、AOM 驱动；Rydberg两支路必须同时对准。 | 看实际耦合和选中原子对，不以图上光束看似相交代替计算结果。 |
| 超导脉冲实验不能采集 | 末级温度、混合室热化、驱动/IQ/公共时钟/读出链、输出开关。 | 先做热平衡和经典腔谱，再做相干脉冲。 |
| 比特谱峰不在扫描范围 | LO+IF、有效磁通、零点偏移和扫描半宽。 | 先宽扫定位，再窄扫；边界峰不能当作已测得中心。 |
| IQ 点云严重重合 | 输入功率与 n̄、探针失谐、积分时间、HEMT/接收机噪声、返回链插损与HEMT直流偏置。 | 在 n̄/ncrit 的允许范围内提高积分或调整功率，保持其余设置不变。 |
| 移动微波源后数据变化 | 已连接电缆的长度、有效相位和损耗，及快照是否过期。 | 检查本征 f₀₁ 未变化；未连接设备的移动不应改变有效信号。 |
07建议评价量规：100 分
| 评价内容 | 分值 | 达到要求的表现 |
|---|---|---|
| 设备选取与信号链 | 20 | 从空台建立完整系统；说明每台关键设备作用，端口方向和信号类型正确。 |
| 空间调节与有效参数 | 20 | 用XYZ、姿态、焦距/孔径/AOD音调或温级调节，记录其对光场、热噪声或信号传播的实际影响。 |
| 标定与实验顺序 | 15 | 遵守装载/热平衡、成像/读出、频谱、脉冲、相干性与双原子的先后关系。 |
| 计算与定量解释 | 15 | 正确使用单位和标度，区分设定值与有效值；至少独立核算一个物理量。 |
| 数据、对照与复现 | 20 | 保存快照、seed和原始曲线；完成单变量失败对照及适当拟合/误差分析，能复现关键结果。 |
| 模型范围与结果解释 | 10 | 说明近似、数值误差及未建模因素；不夸大温度、读出或条件态结果。 |
可按课程时长选取部分任务；若不完成全部任务，教师应提前公布任务范围并按上述维度评分。可把冷原子与超导平台作为两组轮换实验。
08模型范围与真实平台衔接
本平台用于训练连接、对准、标定与数据分析。虚拟实验完成不等于获得真实设备独立操作资格；进入实验室仍需完成本地激光、真空、低温、用电、接地与微波操作培训，并遵守实际设备规程。
冷原子模型
MOT为六束有效两能级Doppler力与扩散模型，未包含完整Zeeman子能级和亚Doppler冷却。光镊为远失谐标量势，Gaussian q采用近轴传播，有限窗口、透镜、AOM、波片和反射镜已计算Gaussian有限口径截光，不透明外壳、镜架、金属腔壁和桌面会终止自由光。尚未包含高NA矢量衍射、窗口波前像差、边缘衍射或任意装配体之间的机械防碰撞。阵列为一维AOD教学模型，未实现确定性重排。
超导模型
使用Transmon渐近谱、线性色散腔响应、简化热浴、Bloch演化、三能级Duffing脉冲和双比特单激发交换。未进行芯片完整Maxwell场求解，未包含封装寄生模、实际可调耦合器控制、多比特串扰或完整过程层析。
- 机械结构不是实物 CAD。冷原子主结构具有与可视几何一致的遮光代理，窗口和空心镜筒保留真实通孔；加工尺寸未作实物标定。制冷机内同轴线通过预留馈通和热锚接口，弯曲线缆为教学路由，不是机械绕障解；物理计算采用文档列出的有效电缆长度。SC 温区标称温度与芯片当前温度分别处理。
- 冷却流程有明确起点。超导平台从已预冷100 mK开始，90 s仅为末级教学热平衡时间常数，未模拟从室温降到基温的完整稀释制冷机流程。
- 可见光和状态标记需区分。激光线宽、光束颜色、原子位置放大为显示设置；超导芯片上的布居标记是计算态示意，不是肉眼可见的微波荧光。
- 量子结果有条件。Rydberg四态密度矩阵结果以选中两原子存在为条件，单激发Bell态并非已映射回基态的Bell对；理想分析旋转得到的关联未包含完整SPAM误差，不能直接宣称实测CZ门保真度。超导交换和DRAG同样不是完整硬件门保真度。
- 保留模型范围提示。高腔内光子数、失效的色散条件、未收敛的速度平均或较大积分误差均需在报告中讨论，不能只保留最理想的曲线。
09公式、参数与方法来源
物理公式、单位约定、模型假设和原始方法来源见以下本机文档。它们描述教学模型的依据，不代表对虚拟器件规格或某台真实设备的标定。
数据复现应保留本机版本、完整配置和采集JSON。平台页面、三维渲染库及主题均可离线运行，不需要外部CDN；本机服务仅监听127.0.0.1。
落地泵组与设备接口
选择仪器后点击“仪器特写”查看面板、插口与实际连接。落地泵Z固定−760 mm；旧桌面泵配置会自动迁移到地面。TMP抽速与全管路有效流导串联，参考260 L/s、3 L/s、有效容积2.71 L，响应时间常数约0.914 s。密闭关阀只取消抽速；继续运行后按气载升压，不代表放气。
固定AC/PE、激光/相机低压驱动、通信与触发随设备接入，实验输出仍需单独开启。SC的I/Q为等长成对连接，参考时钟有四个独立输出，HEMT需独立DC偏置。制冷控制/温度读回与压缩机供回气路分开表示。详细参数、厂家来源和教学边界见 设备接线与真空模型说明。