量子电压台阶边界确定方法、装置、设备及可读存储介质与流程

本技术涉及电学计量领域，更具体地说，涉及一种量子电压台阶边界确定方法、装置、设备及可读存储介质。

背景技术：

1、可编程约瑟夫森电压标准pjvs系统核心原理是利用约瑟夫森结阵在微波辐照下的量子化电压台阶特性输出精确的量子电压，在电学计量领域具有重要应用。

2、pjvs系统需要为每个子结阵精确施加偏置电流，使其工作在量子电压台阶的中心点，以此保证输出电压稳定准确。为了确定量子电压台阶中心点所对应的偏置电流，现阶段主要采用的方式为：从初始电流值开始，以固定步长逐级递增偏置电流，同步采集并记录各电流采样点对应的输出电压信号，最终拟合得到完整的v-i特性曲线，后续通过预设固定电压阈值判别量子电压台阶的边界范围与中心位置。但在免液氦制冷系统中，制冷机冷头存在温度波动，约瑟夫森结阵受到的噪声干扰比传统液氦系统更大，导致其v-i特性曲线中的量子电压台阶边缘出现抖动。此时，固定不变的电压阈值无法适配动态波动的台阶边界，容易将非平稳区域如倾斜平台或抖动边缘误判为有效台阶，导致台阶中心点偏移，产生较大电压误差，无法满足量子电压精确合成的要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种量子电压台阶边界确定方法、装置、设备及可读存储介质，用于解决在免液氦制冷系统中难以确定量子电压台阶边界的缺点。

2、为了实现上述目的，现提出的方案如下：

3、一种量子电压台阶边界确定方法，包括：

4、获取待测电压台阶的扫描范围及包含多个坐标对的采样点集，其中，每个坐标对包含有对应的偏置电流值及电压值；

5、确定用于计算预测不确定性、电压陡峭度及陡峭度变化率的预测函数组，以及，用于根据所述预测不确定性、电压陡峭度及陡峭度变化率，评估电压变化剧烈程度的评分函数；

6、基于最新的采样点集，确定当前台阶边界，并根据所述扫描范围及所述当前台阶边界，选取多个待测电流点；

7、针对每一待测电流点，将所述待测电流点代入至所述预测函数组及所述评分函数，生成用于表征所述待测电流点处电压变化剧烈程度的评分值；

8、根据每个待测电流点的评分值，从各个待测电流点中选取新的偏置电流值，并将所述新的偏置电流值与其对应的电压值组合形成新的坐标对写入采样点集；判断所述新的偏置电流值是否满足预设停止条件；若是，则根据最新的采样点集，确定所述待测电压台阶的边界；若否，则返回执行基于最新的采样点集，确定当前台阶边界的步骤，直至满足预设停止条件为止。

9、可选的，获取包含多个坐标对的采样点集，包括：

10、获取所述待测电压台阶的初步扫描数据，并从所述初步扫描数据中选取至少两个平台内部坐标对、正向边界坐标对及负向边界坐标对组成采样点集。

11、可选的，所述确定用于计算预测不确定性、电压陡峭度及陡峭度变化率的预测函数组，包括：

12、构建用于高斯回归的标准差参数及长度尺度参数；

13、利用所述标准差参数及所述长度尺度参数，构建高斯回归核函数、均值计算函数及方差计算函数作为所述预测函数组，其中，所述均值计算函数输出结果的倒数表征预测不确定性，所述方差计算函数的一阶导数表征电压陡峭度，所述方差计算函数的二阶导数表征陡峭度变化率。

14、可选的，所述高斯回归核函数如下所示：

15、；

16、；

17、；

18、所述方差计算函数如下所示：

19、；

20、所述均值计算函数如下所示：

21、；

22、式中，

ip为采样点集中第p个偏置电流值；

iq为采样点集中第q个偏置电流值；

σf为标准差参数；

l(t)为第t次迭代的长度尺度参数取值；为第t-1次迭代的长度尺度参数取值；k为核函数矩阵，包含采样点集中任意两个偏置电流值之间的协方差，kpq=；

v为采样点集中各个电压值组成的电压向量；为待测电流点i的预测方差；为待测电流点i与采样点集中每个偏置电流值间协方差组成的观测向量；为待测电流点i的预测均值；为第t-1次迭代与第t-2次迭代之间预测v-i特性曲线的最大变化量；为第t-1次迭代选取的偏置电流值的预测方差；为第t-2次迭代选取的偏置电流值的预测方差。

23、可选的，所述评分函数如下所示：

24、；

25、式中，为待测电流点i的评分值；为方差计算函数的一阶导数；为方差计算函数的二阶导数；为预测不确定性。

26、可选的，所述判断所述新的偏置电流值是否满足预设停止条件，包括：

27、判断当前迭代选取的偏置电流值与上一次迭代所选取的偏置电流值之间的差值是否不大于预设电流输出精度；若是，则确定满足停止条件；若否，则确定不满足停止条件。

28、可选的，所述根据所述扫描范围及所述当前台阶边界，选取多个待测电流点，包括：

29、基于所述扫描范围及所述当前台阶边界的差值，生成当前迭代步长；

30、以所述当前迭代步长为采样间隔，根据所述扫描范围及所述当前台阶边界，选取多个待测电流点。

31、一种量子电压台阶边界确定装置，包括：

32、获取模块，用于获取待测电压台阶的扫描范围及包含多个坐标对的采样点集，其中，每个坐标对包含有对应的偏置电流值及电压值；

33、确定模块，用于确定用于计算预测不确定性、电压陡峭度及陡峭度变化率的预测函数组，以及，用于根据所述预测不确定性、电压陡峭度及陡峭度变化率，评估电压变化剧烈程度的评分函数；

34、选取模块，用于基于最新的采样点集，确定当前台阶边界，并根据所述扫描范围及所述当前台阶边界，选取多个待测电流点；

35、生成模块，用于针对每一待测电流点，将所述待测电流点代入至所述预测函数组及所述评分函数，生成用于表征所述待测电流点处电压变化剧烈程度的评分值；

36、判断模块，用于根据每个待测电流点的评分值，从各个待测电流点中选取新的偏置电流值，并将所述新的偏置电流值与其对应的电压值组合形成新的坐标对写入采样点集；判断所述新的偏置电流值是否满足预设停止条件；若是，则根据最新的采样点集，确定所述待测电压台阶的边界；若否，则调用选取模块，直至满足预设停止条件为止。

37、一种量子电压台阶边界确定设备，包括存储器和处理器；

38、所述存储器，用于存储程序；

39、所述处理器，用于执行所述程序，实现上述的量子电压台阶边界确定方法的各个步骤。

40、一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的量子电压台阶边界确定方法的各个步骤。

41、从上述的技术方案可以看出，本技术提供了一种量子电压台阶边界确定方法。该量子电压台阶边界确定方法可以通过确定包含待测量子电压台阶所处电流范围的扫描范围，并通过少量已有测量建立采样点对，为后续提供决策起点。同时，新电流点的选取综合扫描范围边界与当前已估边界确定，而非整个扫描区间，避免检测台阶平台区，减少大量冗余测量，提高边界确定效率；随后，本技术通过将每个待测电流点代入至预测函数组及评分函数中，将每个待测电流点对台阶边缘的贡献大小量化为评分值；同时，利用预测函数组及评分函数，令评分值计算过程中可综合考虑预测不确定性、电压陡峭度与陡峭度变化率，使得当台阶边缘因温度波动发生瞬时抖动时，该区域的不确定性与陡峭度会骤增，评分随之升高，实现自动在抖动区域追加密集采样，提高台阶边界的可靠性，避免因抖动导致的边界误判；预测和评分不依赖固定的台阶形状假设，对非对称边缘、多台阶重叠等复杂情况同样有效，仅凭数据驱动即可自适应聚焦于电压变化剧烈的任何区域，增强了本技术在不同器件和环境条件下的通用性。可见，本技术可以通过动态边界收缩及边缘信息采样，消除了传统扫描的冗余测量，通过预测函数组及评分函数克服了免液氦系统温度波动带来的台阶参数测量难题，实现了既快又准的量子电压台阶标定，避免量子电压台阶边界难以确定导致的电压误差较大的问题。