ระบบ cryogenic ใดบ้างที่เหมาะสำหรับตัวนำยิ่งยวด qubits?

ตู้เย็นเจือจางเป็นวิธีเดียวที่ทำให้เย็นยิ่งยวด qubits ลงไป 10 millikelvin? ถ้าไม่วิธีอื่นมีอะไรบ้างและทำไมการทำให้เจือจางเป็นวิธีหลัก

ตู้เย็นเจือจางเป็นวิธีเดียวที่จะทำให้สารยิ่งยวดเย็นลงถึง 10 มิลลิเคลวินหรือไม่?

มีตู้เย็นอีกประเภทที่สามารถรับได้ถึง 10 mK: ตู้เย็นการล้างอำนาจแม่เหล็กแบบอะเดียแบติก (ADR) [ a ]$^{[a]}$

ทำไมการทำให้เจือจางในระบบทำความเย็นเป็นวิธีหลัก?

เพื่อทำความเข้าใจนั้นมาพูดคุยเกี่ยวกับหนึ่งในข้อ จำกัด หลักของ ADR

ADR ทำงานอย่างไร

ADR มักจะได้รับประมาณ 3K ด้วยคอมเพรสเซอร์ฮีเลียม คอมเพรสเซอร์นั้นสามารถทำงานได้ตลอดเวลาดังนั้นตู้เย็นสามารถนั่งที่ 3K ไปเรื่อย ๆ หากต้องการลดอุณหภูมิ mK ลง ADR จะทำงานดังนี้:

1. ยกสนามแม่เหล็กรอบของแข็งด้วยสปินนิวเคลียร์ สิ่งนี้จัดเรียงหมุน
2. ปิดฟิลด์อย่างช้าๆ สิ่งนี้จะช่วยให้สปินสุ่มทิศทางของพวกมันซึ่งดูดซับเอนโทรปีจากสภาพแวดล้อมและลดอุณหภูมิ
3. เมื่อเขตข้อมูลกลับเป็นศูนย์เราได้ดูดความร้อนออกจากบริเวณรอบ ๆ เพื่อนำพวกเขาไปสู่อุณหภูมิ mK

ข้อ จำกัด ของ ADR

ทั้งหมดนี้ยอดเยี่ยมและใช้งานได้จริง แต่เป็นกระบวนการ "one-shot" เมื่อเขตข้อมูลลดลงเหลือศูนย์คุณจะไม่สามารถลดระดับลงได้ ความร้อนจากสภาพแวดล้อมเช่นอุณหภูมิห้องส่วนนอกของตู้เย็นระบายความร้อนลงไปในส่วนที่คุณพยายามทำให้เย็นและเนื่องจากเราได้ลดสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์เราไม่สามารถทำอะไรเพื่อลบ ความร้อนนั้น ดังนั้นหลังจากระบายความร้อนด้วย ADR แล้วมันก็จะเริ่มอุ่นขึ้น (หวังว่าจะช้าพอที่จะทำการทดสอบของคุณ)

เป็นเรื่องปกติที่ ADR จะต้องอยู่ต่ำกว่า 100mK เป็นเวลาสิบสองชั่วโมงแม้ว่าจำนวนนั้นจะขึ้นอยู่กับจำนวนสายที่คุณวิ่งไปยังส่วนที่เย็นของ ADR หลังจากที่อุณหภูมิสูงขึ้นเหนือสิ่งที่คุณต้องการคุณจะต้องเพิ่มสนามแม่เหล็กอีกครั้งและลดระดับลงช้า ๆ เพื่อทำให้เย็นลง การเพิ่มและลดระดับฟิลด์ต้องใช้เวลาสักครู่และทำให้ตู้เย็นร้อนขึ้นและสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่นั้นมักจะเข้ากันไม่ได้กับการทดลองยิ่งยวดแบบควิบิตดังนั้นคุณจึงไม่สามารถทำการทดลองได้ในขณะที่คุณอยู่ในขั้นตอนของกระบวนการนั้น

ADR กับตู้เย็นเจือจาง

ในทางกลับกันตู้เย็นเจือจางจะทำงานอย่างต่อเนื่องดังนั้นคุณจึงมีเวลาตราบเท่าที่คุณต้องทำการทดสอบ นั่นเป็นเหตุผลใหญ่ที่พวกเขาใช้งานทั่วไป อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าตู้เย็นอื่นนอกเหนือจาก ADR นั้นถูกใช้ในห้องปฏิบัติการตัวนำยิ่งยวดจำนวนมากสำหรับงานที่ไม่ต้องใช้ประโยชน์จากตู้เย็นเจือจางและเวลาเย็นที่สั้นลงของ ADR ก็โอเค ตัวอย่างเช่น ADR นั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับการทดสอบด้วย resonators ตัวนำยิ่งยวดซึ่งใช้ในการทดสอบคุณภาพของวัสดุที่อาจใช้ในภายหลังสำหรับ qubit

$[a]$