Trik keren menawarkan solusi baru untuk jaringan kuantum – Dunia Fisika

Sistem komunikasi kuantum dan kriptografi yang sedang berkembang mengandalkan kemampuan untuk mengirimkan foton tunggal dengan ketelitian tinggi. Pemancar foton tunggal berdasarkan titik-titik kuantum yang didinginkan hingga suhu kriogenik telah terbukti menghasilkan foton tunggal yang tidak dapat dibedakan dengan kecerahan tinggi, namun untuk penggunaan praktis dalam jaringan komunikasi dunia nyata, sumber foton tunggal dan mekanisme pendinginannya harus diintegrasikan ke dalam standar. unit yang dipasang di rak.

Para ilmuwan di TU Berlin baru-baru ini menunjukkan bahwa integrasi rumit ini dapat dicapai dengan cryocooler Stirling yang dipasok oleh AMETEK tenaga matahari. Mereka telah membangun testbed plug-and-play untuk distribusi kunci kuantum yang memancarkan pulsa foton tunggal pada panjang gelombang telekomunikasi, dan yang menggabungkan perangkat quantum-dot, cryocooler, dan semua komponen optik terkait ke dalam modul mandiri berukuran 19 inci (Appl. Phys. Putaran. 9 011412).

Iterasi lain dari pemancar titik kuantum biasanya memerlukan sistem pendingin yang besar dan kompleks untuk memungkinkan pengoperasian pada suhu di bawah sekitar 50 K, namun para ilmuwan di TU Berlin menemukan bahwa cryocooler Stirling yang ringkas mampu mempertahankan suhu pengoperasian yang diperlukan tanpa menimbulkan hal yang tidak diinginkan. getaran ke dalam sistem. Cryocooler ini sudah banyak digunakan dalam instrumen ilmiah yang memerlukan latar belakang kebisingan rendah, seperti detektor inframerah dan gelombang radio untuk teleskop dan perangkat interferensi kuantum superkonduktor (SQUID), sementara perbaikan desain terkini memperluas daya tariknya untuk aplikasi yang lebih menuntut. persyaratan.

Desain Sunpower dilengkapi mekanisme piston bebas yang memanfaatkan bantalan gas untuk memungkinkan pengoperasian bebas gesekan. “Gerakan piston digerakkan oleh pengontrol elektronik, sedangkan osilasi bagian yang bergerak mengisi bantalan gas untuk memungkinkan piston dan pemindah melayang di atas lapisan gas,” jelas Cliff Fralick dari AMETEK tenaga matahari. “Tidak ada pelumasan yang digunakan, dan tidak diperlukan perawatan, sehingga cryocooler yang tertutup rapat ini akan memiliki masa pakai yang lama dan dapat diandalkan.”

Pengoperasian bebas kontak membuat cryocooler piston bebas ini menjadi pilihan populer untuk aplikasi yang memerlukan solusi pendinginan yang andal dan kuat. Salah satu contoh yang menonjol adalah perangkat yang dirancang untuk mendinginkan spektrometer pencitraan pada misi luar angkasa RHESSI NASA, yang diluncurkan pada tahun 2002 untuk mempelajari partikel energik yang dilepaskan dalam jilatan api matahari. Meskipun target masa pakai misi hanya dua tahun, cryocooler memungkinkan spektrometer untuk terus menangkap gambar selama 16 tahun, hingga instrumen tersebut akhirnya dinonaktifkan pada tahun 2018.

Desain piston bebas Sunpower juga memberikan kekuatan pendinginan yang lebih tinggi dan efisiensi termal yang lebih baik dibandingkan cryocooler lain di pasaran. Salah satu model paling kuat di jajaran perangkat kompak perusahaan, Cryotel GT, menghilangkan panas dengan kecepatan 16 W dengan daya input 240 W sambil mempertahankan suhu 77 K, mencapai efisiensi pendinginan hampir 20% dari perangkat kompak. batas Carnot teoritis. Selain itu, kekuatan spesifik desain yang tinggi memungkinkan ukuran yang lebih kecil, dengan GT berukuran panjang 276 mm dan diameter 83 mm, serta massa hanya 3 kg.

Parameter desain seperti itu membuat cryocooler Sunpower menjadi pilihan populer untuk instrumen yang perlu menangkap sinyal lemah. “Untuk mendeteksi sesuatu yang menghasilkan energi sangat sedikit, perlu untuk menghasilkan latar belakang yang sangat dingin untuk meminimalkan tingkat kebisingan dan meningkatkan rasio signal-to-noise,” kata Fralick. “Hal ini berlaku untuk banyak aplikasi ilmiah seperti detektor inframerah, SQUID, amplifier kebisingan rendah, instrumen teleskop, dan komunikasi luar angkasa.”

Inovasi terkini kini telah memperluas daya tarik cryocooler Sunpower untuk berbagai aplikasi baru, khususnya dalam bidang teknologi kuantum yang sedang berkembang. Perusahaan baru-baru ini merilis GT versi premium yang menawarkan suhu minimum sekitar 10 K lebih rendah dari versi standar, sekaligus meningkatkan kapasitas beban panas yang dapat digunakan pada suhu antara 30 hingga 50 K.

“GT biasanya memiliki suhu minimum sekitar 38 K, sedangkan GTLT baru dapat memberikan daya pendinginan yang berarti pada suhu hingga 30 K,” kata Fralick. “Dengan meningkatkan kinerja pendinginan pada suhu yang lebih rendah, GTLT memperluas jangkauan aplikasi yang dapat diatasi dengan teknologi kami.”

Perusahaan juga telah berupaya untuk mengurangi tingkat getaran yang dihasilkan dari cryocooler, karena getaran berlebihan yang dihasilkan oleh komponen berosilasi telah membatasi penggunaan cryocooler Stirling dalam aplikasi tertentu. Semua cryocooler dilengkapi dengan penyeimbang pasif sebagai standar, sementara Sunpower juga menawarkan opsi Pembatalan Getaran Aktif (AVC) di seluruh instrumen dalam rangkaian produknya.

Penawaran AVC awal dari perusahaan ini mengurangi tingkat getaran yang diekspor hingga lima kali lipat, sementara rilis terbarunya – penyeimbang AVC-GEN2 – memberikan peningkatan kinerja dua kali lipat. “Ini menghasilkan pengurangan getaran yang diekspor sepuluh kali lipat dibandingkan dengan penyeimbang pasif, yang merupakan manfaat penting bagi pelanggan yang sedang menjajaki aplikasi dalam teknologi kuantum,” kata Fralick. “Menggabungkan CryoTel GTLT dengan penyeimbang aktif AVC-GEN2 menawarkan solusi ringkas yang memberikan kinerja yang dibutuhkan untuk aplikasi ini.”

Memang benar, sistem QKD yang dikembangkan di TU Berlin memanfaatkan kedua inovasi ini untuk mengoptimalkan kinerja pemancar titik kuantum sekaligus meminimalkan getaran di dalam modul turnkey. Pelanggan utama lainnya di sektor kuantum adalah perusahaan start-up asal Inggris, Aegiq, yang telah mengembangkan sumber foton tunggal komersial yang memanfaatkan pendinginan kriogenik kompak, memastikan modulnya muat di dalam rak berukuran 19 inci.

Sunpower terus melakukan perbaikan pada produk dan teknologinya, dengan upaya berkelanjutan menuju suhu yang lebih dingin, kapasitas pendinginan yang lebih tinggi, dan tingkat getaran yang diekspor lebih rendah. “Aplikasi kuantum berkembang pesat, dan Sunpower berfokus untuk menghadirkan kemajuan teknologi yang memenuhi permintaan pelanggan di bidang ini,” kata Fralick.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/cool-tricks-offer-new-solutions-for-quantum-networking/