Sistem kriogenik apa yang cocok untuk qubit superkonduktor?

Apakah kulkas pengenceran satu-satunya cara untuk mendinginkan qubit superkonduktor hingga 10 milikelvin? Jika tidak, apa metode lain yang ada, dan mengapa pendinginan pengenceran adalah metode utama?

— heather
sumber

Apakah kulkas pengenceran satu-satunya cara untuk mendinginkan qubit superkonduktor hingga 10 milikelvin?

Ada jenis kulkas lain yang bisa mencapai 10 mK: kulkas demagnetisasi adiabatik (ADR). $^{[a]}$

mengapa pendinginan pengenceran adalah metode utama?

Untuk memahami itu, mari kita bicara tentang salah satu batasan utama ADR.

Cara kerja ADR

ADR biasanya mencapai sekitar 3K dengan kompresor helium. Kompresor itu dapat berjalan sepanjang waktu, sehingga kulkas dapat duduk pada 3K tanpa batas. Untuk turun ke suhu mK, ADR bekerja seperti ini:

Angkat medan magnet yang mengelilingi benda padat dengan putaran nuklir. Ini menyelaraskan putaran.
Matikan bidang secara perlahan. Ini memungkinkan putaran untuk mengacak arahnya, yang menyerap entropi dari lingkungan dan menurunkan suhu.
Setelah bidang kembali ke nol, kami menyedot cukup panas dari lingkungan untuk membawanya ke suhu mK.

Batasan ADR

Ini semua luar biasa dan benar-benar berfungsi, tetapi ini adalah proses "satu pukulan". Setelah bidang turun ke nol, Anda tidak bisa turun lebih rendah. Panas dari lingkungan, seperti suhu ruangan bagian luar lemari es, bocor panas ke bagian yang Anda coba untuk tetap dingin, dan karena kami sudah menurunkan medan magnet ke nol, kami tidak dapat melakukan apa pun untuk menghilangkan panas itu. Karena itu, setelah mendinginkan ADR, ia mulai memanas (semoga cukup lambat untuk menjalankan percobaan Anda).

Biasanya ADR bertahan di bawah 100mK selama mungkin dua belas jam, meskipun jumlah itu sangat tergantung pada berapa banyak kabel yang Anda gunakan untuk menjalankan bagian dingin dari ADR. Setelah suhu naik di atas yang Anda inginkan, Anda harus menaikkan medan magnet lagi dan perlahan-lahan menurunkannya untuk kembali dingin. Mengangkat dan menurunkan bidang memerlukan waktu dan memanaskan kulkas, dan medan magnet besar itu sering tidak cocok dengan eksperimen qubit superkonduktor, jadi Anda tidak dapat menjalankan eksperimen saat Anda berada dalam tahap proses.

ADR vs kulkas pengenceran

Kulkas pengencer, di sisi lain, berjalan terus menerus, jadi Anda harus selama Anda perlu menjalankan percobaan. Itu alasan yang cukup besar bahwa mereka biasa digunakan. Catatan, bagaimanapun, bahwa lemari es lainnya selain dari ADR yang digunakan di banyak laboratorium superkonduktor qubit untuk tugas-tugas di mana manfaat dari kulkas pengenceran tidak diperlukan dan waktu dingin yang lebih pendek dari ADR ok. Sebagai contoh, ADR adalah umum untuk percobaan dengan resonator superkonduktor, yang digunakan untuk menguji kualitas bahan yang nantinya dapat digunakan untuk qubit.

$[a]$ : Permintaan maaf karena tidak menemukan tautan yang lebih baik. Suntingan yang selamat datang.

— DanielSank
sumber

Dalam gambar ini , tampak bahwa ada kabel arus sangat tinggi yang hanya akan masuk akal jika elektromagnet terlibat; apakah ini berarti bahwa IBM menggunakan ADR (setidaknya pada saat penulisan artikel saya menemukan gambarnya)?

— heather

@ heather Itu terlihat seperti kulkas pengenceran bagiku. Kepang tembaga yang sangat besar itu adalah sejenis isolator mekanis. Saya pikir mereka tembaga untuk menjaga sasis cryostat pada tegangan yang sama dan menghindari arus tanah. Sepotong kawat berangin yang tampak kokoh di tengah sebenarnya adalah pipa yang penuh dengan campuran helium-4 dan helium-3. Pipa pusat di mana itu dibungkus adalah bagian dingin dari kompresor yang sampai ~ 3 Kelvin. Pipa yang lebih tipis dililitkan untuk mendinginkan campuran helium saat membuatnya menuju ruang pencampuran hingga 10 mK.

— DanielSank

@ heather Cupper bukan untuk pentanahan, tetapi untuk penghubung panas antara kepala dingin pendingin pulsetube, yang mendinginkan dua pelindung luar hingga 4K dan 1K dengan hormat. Cupper adalah konduktor panas yang sangat baik, fleksibilitas adalah untuk decoupling mekanis dari getaran yang dimiliki tabung-pulsa.

— Johu