Які кріогенні системи підходять для надпровідних кубітів?

Чи є холодильник розведення єдиним способом охолодження надпровідних кубітів до 10 міліліквінів? Якщо ні, то які інші способи існують, і чому розрідження охолодження є основним методом?

— вереск
джерело

Чи є холодильник розведення єдиним способом охолодження надпровідних кубітів до 10 міліліквінів?

Є ще один тип холодильника, який може досягати 10 мкК: холодильник адиабатичної демагнітизації (ADR). $^{[a]}$

чому розрідження охолодження є основним методом?

Щоб зрозуміти це, давайте поговоримо про одне з основних обмежень АДР.

Як працює АДР

ADR зазвичай досягає приблизно 3 К за допомогою гелієвого компресора. Цей компресор може працювати весь час, тож холодильник може сидіти на 3К нескінченно. Щоб знизитися до температури mK, АДР працює так:

Підняти магнітне поле, що оточує тверде тіло з ядерними спінами. Це вирівнює спини.
Повільно вимкніть поле. Це дозволяє спинам рандомізувати їх напрямок, який поглинає ентропію з оточення та знижує температуру.
Після того, як поле повернеться до нуля, ми висмоктали достатньо тепла з оточення, щоб довести їх до температури mK.

Обмеження ADR

Це все чудово, і це справді працює, але це "один ударний" процес. Після того, як поле опуститься до нуля, ви не зможете опуститися нижче. Нагрівання з навколишнього середовища, наприклад, зовнішні частини холодильника кімнатної температури, просочує тепло в ту частину, яку ви намагаєтесь холодити, і оскільки ми вже знизили магнітне поле до нуля, ми нічого не можемо зняти те тепло. Тому після охолодження АДР воно починає нагріватися (сподіваємось, досить повільно, щоб запустити експеримент).

Для ADR типово залишається нижче 100 млн. КВт, можливо, дванадцять годин, хоча це число багато в чому залежить від того, скільки проводів ви підключили до холодної частини АДР. Після того як температура підніметься вище бажаної, вам доведеться знову підняти магнітне поле і повільно опустити його, щоб знову охолонути. Підняття та опускання поля займає певний час і нагріває холодильник, і це велике магнітне поле часто несумісне з надпровідними експериментами на кубіт, тому ви не можете проводити експерименти, перебуваючи на цій стадії процесу.

ADR проти розведення холодильника

Холодильник для розведення, з іншого боку, працює безперервно, тому у вас є стільки часу, скільки потрібно для запуску експерименту. Це досить велика причина, що вони спільні. Зауважте, однак, що інші холодильники, окрім ADR , використовуються у багатьох надпровідних кубічних лабораторіях для завдань, коли переваги холодильника для розведення не потрібні, а коротший час холодного ADR холодний. Наприклад, АДР звичайні для експериментів із надпровідними резонаторами, які використовуються для перевірки якості матеріалів, які згодом можуть бути використані для кубіту.

$[a]$

— DanielSank
джерело

На цьому зображенні виявляється, що є дуже високі струми проводів, які мали б сенс лише в тому випадку, якщо були би залучені електромагніти; це означатиме, що IBM використовує ADR (принаймні, під час написання статті, в якій я знайшов зображення)?

— Хізер

@heather Це мені схоже на холодильник для розведення. Ці величезні мідні коси - це якийсь механічний ізолятор. Я думаю, що вони мідні, щоб підтримувати шасі криостата при одній напрузі і уникати струмів заземлення. Вітряний дріт, що виглядає вітрянкою, в центрі - це труба, наповнена сумішшю гелій-4 та гелій-3. Центральна труба, навколо якої вона обгорнута, - це холодна частина компресора, що доходить до ~ 3 Келвіна. Більш тонка труба загортається для попереднього охолодження гелієвої суміші, оскільки вона робить шлях до змішувальної камери, де вона досягає 10 мК.

— DanielSank

@heather Чашка призначена не для заземлення, а для теплового зв'язку між холодною головкою кулера імпульсної трубки, яка охолоджує два зовнішніх екрани до 4 К та 1 К відповідно. Купер - це дуже хороший теплопровідник, гнучкість - це механічне від'єднання від вібрацій імпульсних трубок.

— Джоху