Какие криогенные системы подходят для сверхпроводящих кубитов?

Является ли холодильник для разведения единственным способом охладить сверхпроводящие кубиты до 10 милликельвинов? Если нет, какие существуют другие методы и почему охлаждение с разбавлением является основным методом?

Является ли холодильник для разведения единственным способом охладить сверхпроводящие кубиты до 10 милликельвинов?

Есть еще один тип холодильника, который может достигать 10 мК: холодильник с адиабатическим размагничиванием (ADR). [ а ]$^{[a]}$

почему разбавление охлаждением является основным методом?

Чтобы понять это, давайте поговорим об одном из основных ограничений ДОПОГ.

Как работает ADR

ADR обычно достигает примерно 3К с гелиевым компрессором. Этот компрессор может работать постоянно, поэтому холодильник может работать на 3K бесконечно долго. Чтобы снизить температуру до мк, ADR работает следующим образом:

1. Поднимите магнитное поле, окружающее твердое тело ядерными спинами. Это выравнивает спины.
2. Медленно выключите поле. Это позволяет спинам рандомизировать их направление, которое поглощает энтропию из окружающей среды и снижает температуру.
3. Как только поле возвращается к нулю, мы высасываем достаточно тепла из окружающей среды, чтобы довести их до температуры МК.

Ограничения ADR

Это все замечательно, и это действительно работает, но это процесс "один выстрел". Как только поле опустится до нуля, вы не сможете опуститься ниже. Тепло из окружающей среды, такое как внешние части холодильника комнатной температуры, отводит тепло в ту часть, которую вы пытаетесь сохранить холодным, и, поскольку мы уже снизили магнитное поле до нуля, мы ничего не можем сделать, чтобы удалить это тепло. Поэтому после охлаждения ADR он начинает нагреваться (надеюсь, достаточно медленно, чтобы запустить эксперимент).

Для ADR характерно оставаться ниже 100 мК в течение, возможно, двенадцати часов, хотя это число во многом зависит от того, сколько проводов у вас подключено к холодной части ADR. После того, как температура поднимется выше желаемой температуры, вам придется снова поднять магнитное поле и медленно опустить его, чтобы снова охладить. Повышение и понижение поля занимает некоторое время и нагревает холодильник, и это большое магнитное поле часто несовместимо со сверхпроводящими экспериментами с кубитами, поэтому вы не можете проводить эксперименты, находясь на этой стадии процесса.

ADR против холодильника с разведением

Холодильник для разведения, с другой стороны, работает непрерывно, поэтому у вас есть столько времени, сколько вам нужно для проведения эксперимента. Это довольно большая причина, по которой они широко используются. Тем не менее, обратите внимание, что другие холодильники, помимо ADR , используются во многих сверхпроводящих лабораториях кубитов для задач, где преимущества холодильника с разбавлением не нужны, и более короткое холодное время ADR в порядке. Например, ADR являются общими для экспериментов со сверхпроводящими резонаторами, которые используются для проверки качества материалов, которые впоследствии могут быть использованы для кубита.

$[a]$