Truques legais oferecem novas soluções para redes quânticas – Physics World

Truques legais oferecem novas soluções para redes quânticas – Physics World

Carimbo de data / hora: 7 de novembro de 2023 5h53

Resfriadores criogênicos de pistão livre da Sunpower, Inc., uma empresa da AMETEK, Inc., oferecem o desempenho necessário para uma emissão eficiente de fóton único, ao mesmo tempo em que cabem dentro de um módulo padrão montado em rack

Criocooler de pistão livre da Sunpower
Para o reino quântico A versão mais recente do crioresfriador de pistão livre da Sunpower oferece o desempenho necessário para uma nova geração de fontes integradas de fóton único. (Cortesia: Sunpower, Inc.)

Os sistemas emergentes para comunicações quânticas e criptografia dependem da capacidade de transmitir fótons únicos com alta fidelidade. Demonstrou-se que emissores de fóton único baseados em pontos quânticos resfriados a temperaturas criogênicas produzem fótons únicos indistinguíveis com alto brilho, mas para uso prático em redes de comunicação do mundo real, tanto a fonte de fóton único quanto seu mecanismo de resfriamento devem ser integrados em um padrão. unidade montada em rack.

Cientistas da TU Berlin demonstraram recentemente que esta integração complicada pode ser alcançada com um crioresfriador Stirling fornecido pela AMETEK Poder do sol. Eles construíram um ambiente de teste plug-and-play para distribuição de chaves quânticas que emite pulsos de fóton único em comprimentos de onda de telecomunicações e que combina o dispositivo de pontos quânticos, o criocooler e todos os componentes ópticos associados em um módulo independente de 19 polegadas (Aplic. Física Rev. 9 011412).

Outras iterações de tais emissores de pontos quânticos normalmente exigiriam um sistema de resfriamento volumoso e complexo para permitir a operação em temperaturas abaixo de cerca de 50 K, mas os cientistas da TU Berlin descobriram que o crioresfriador compacto Stirling foi capaz de manter a temperatura operacional necessária sem introduzir indesejáveis vibrações no sistema. Esses resfriadores criogênicos já são amplamente utilizados em instrumentos científicos que exigem um fundo de baixo ruído, como detectores de infravermelho e de ondas de rádio para telescópios e dispositivos supercondutores de interferência quântica (SQUIDs), enquanto melhorias recentes no projeto estão ampliando seu apelo para aplicações com aplicações mais exigentes. requisitos.

O design da Sunpower apresenta um mecanismo de pistão livre que explora rolamentos a gás para permitir uma operação sem atrito. “O movimento do pistão é acionado por um controlador eletrônico, enquanto a oscilação das peças móveis carrega os rolamentos de gás para permitir que o pistão e o deslocador levitem sobre uma película de gás”, explica Cliff Fralick, da AMETEK Poder do sol. “Não há lubrificação nem manutenção necessária, o que garante que esses resfriadores criogênicos hermeticamente selados terão uma vida útil longa e confiável.”

Essa operação sem contato tornou esses resfriadores criogênicos de pistão livre uma escolha popular para aplicações que exigem soluções de resfriamento confiáveis ​​e robustas. Um exemplo notável foi um dispositivo projetado para resfriar um espectrômetro de imagem a bordo da missão espacial RHESSI da NASA, lançada em 2002 para estudar as partículas energéticas liberadas em explosões solares. Apesar da vida útil da missão de apenas dois anos, o criocooler permitiu que o espectrômetro continuasse a capturar imagens por 16 anos, até que o instrumento foi finalmente desativado em 2018.

O design de pistão livre da Sunpower também oferece maiores potências de resfriamento e melhor eficiência térmica do que outros resfriadores criogênicos do mercado. Um dos modelos mais potentes da linha de dispositivos compactos da empresa, o Cryotel GT, remove calor a uma taxa de 16 W com 240 W de potência de entrada, mantendo uma temperatura de 77 K, alcançando uma eficiência de resfriamento de quase 20% do limite teórico de Carnot. Além disso, o alto poder específico do projeto permite um tamanho menor, com o GT medindo 276 mm de comprimento e 83 mm de diâmetro, e com massa de apenas 3 kg.

Esses parâmetros de projeto tornaram o resfriador criogênico da Sunpower uma escolha popular para instrumentos que precisam captar sinais fracos. “Para detectar algo que produz muito pouca energia, é necessário gerar um fundo muito frio para minimizar o nível de ruído e melhorar a relação sinal-ruído”, diz Fralick. “Isso se aplica a muitas aplicações científicas, como detectores infravermelhos, SQUIDs, amplificadores de baixo ruído, instrumentos telescópicos e comunicações no espaço profundo.”

Inovações recentes ampliaram o apelo dos resfriadores criogênicos da Sunpower para uma série de novas aplicações, especialmente no crescente campo da tecnologia quântica. A empresa lançou recentemente uma versão premium do GT que oferece uma temperatura mínima cerca de 10 K menor que a versão padrão, ao mesmo tempo que aumenta a capacidade útil de carga de calor em temperaturas entre 30 e 50 K.

“O GT normalmente tem uma temperatura mínima de aproximadamente 38 K, enquanto o novo GTLT pode fornecer potência de resfriamento significativa em temperaturas de até 30 K”, diz Fralick. “Ao aumentar o desempenho de refrigeração em temperaturas mais baixas, o GTLT expande a gama de aplicações que podem ser abordadas com a nossa tecnologia.”

Poder do sol
Questões de desempenho O recentemente lançado CryoTel GTLT fornece potência de resfriamento significativa em temperaturas de até 30 K, cerca de 10 K abaixo do modelo GT padrão, enquanto um esquema atualizado para cancelamento ativo de vibração, AVC-GEN2, proporciona uma redução de 10 vezes nas vibrações exportadas no frequência de operação de 60 Hz em comparação com o balanceador passivo padrão. (Cortesia: Sunpower, Inc.)

A empresa também tem trabalhado para reduzir o nível de vibrações exportadas dos criocoolers, uma vez que as vibrações excessivas criadas pelos componentes oscilantes limitaram a adoção dos criocoolers Stirling em determinadas aplicações. Todos os criocoolers são equipados com um balanceador passivo como padrão, enquanto a Sunpower também oferece a opção de Cancelamento Ativo de Vibração (AVC) em todos os instrumentos de sua linha de produtos.

A oferta inicial de AVC da empresa reduziu o nível de vibrações exportadas por um fator de cinco, enquanto seu lançamento mais recente – o balanceador AVC-GEN2 – oferece uma melhoria adicional de desempenho dupla. “Isso produz uma redução de dez vezes nas vibrações exportadas em comparação com o balanceador passivo, o que é um benefício crítico para clientes que estão explorando aplicações em tecnologia quântica”, diz Fralick. “A combinação do CryoTel GTLT com o balanceador ativo AVC-GEN2 oferece uma solução compacta que oferece o desempenho necessário para essas aplicações.”

Na verdade, o sistema QKD desenvolvido na TU Berlin faz uso de ambas as inovações para otimizar o desempenho do emissor de pontos quânticos, ao mesmo tempo que minimiza as vibrações dentro dos limites do módulo pronto para uso. Outro cliente importante no setor quântico é a start-up britânica Aegiq, que desenvolveu uma fonte comercial de fóton único que explora o resfriamento criogênico compacto, garantindo que seu módulo caiba dentro de um rack de 19 polegadas.

A Sunpower continua a fazer melhorias em seus produtos e tecnologia, com um esforço contínuo em direção a temperaturas mais frias, maior capacidade de resfriamento e níveis mais baixos de vibração exportada. “As aplicações quânticas estão crescendo rapidamente e a Sunpower está focada em fornecer avanços tecnológicos que atendam às demandas dos clientes neste campo”, afirma Fralick.

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