Крутые трюки предлагают новые решения для квантовых сетей

Крутые трюки предлагают новые решения для квантовых сетей

Отметка времени: 7 ноября 2023 г., 5:53

Криокуллеры со свободным поршнем производства Sunpower, Inc., подразделения AMETEK, Inc., обеспечить производительность, необходимую для эффективного однофотонного излучения, при этом помещаясь внутри стандартного модуля, монтируемого в стойку.

Криокулер со свободным поршнем Sunpower
В квантовый мир Последняя версия криокулера со свободным поршнем Sunpower обеспечивает производительность, необходимую для нового поколения интегрированных источников одиночных фотонов. (С разрешения: Sunpower, Inc.)

Новые системы квантовой связи и криптографии полагаются на способность передавать одиночные фотоны с высокой точностью. Было показано, что однофотонные излучатели на основе квантовых точек, охлажденных до криогенных температур, производят неотличимые одиночные фотоны с высокой яркостью, но для практического использования в реальных сетях связи как источник одиночных фотонов, так и механизм его охлаждения должны быть интегрированы в стандартный стоечный блок.

Ученые из Берлинского технического университета недавно показали, что эта непростая интеграция может быть достигнута с помощью криокулера Стирлинга, поставляемого компанией AMETEK Солнечная сила. Они построили испытательный стенд «подключи и работай» для распределения квантовых ключей, который излучает однофотонные импульсы на телекоммуникационных длинах волн и объединяет устройство квантовых точек, криоохладитель и все связанные с ним оптические компоненты в автономный 19-дюймовый модуль (заявл. физ. преп. 9 011412).

Другие версии таких эмиттеров с квантовыми точками обычно требуют громоздкой и сложной системы охлаждения, чтобы обеспечить работу при температурах ниже 50 К, но ученые из Берлинского технического университета обнаружили, что компактный криокулер Стирлинга способен поддерживать требуемую рабочую температуру без внесения нежелательных вибрации в системе. Эти криорефрижераторы уже широко используются в научных приборах, требующих низкого уровня шума, таких как инфракрасные и радиоволновые детекторы для телескопов и сверхпроводящие квантово-интерференционные устройства (СКВИДы), а недавние усовершенствования конструкции расширяют их привлекательность для приложений с более требовательными требованиями. требования.

В конструкции Sunpower используется механизм со свободным поршнем, в котором используются газовые подшипники, обеспечивающие работу без трения. «Движение поршня приводится в движение электронным контроллером, в то время как колебания движущихся частей заряжают газовые подшипники, позволяя поршню и вытеснителю левитировать на пленке газа», — объясняет Клифф Фралик из AMETEK Солнечная сила. «При этом не требуется смазка и техническое обслуживание, что гарантирует долгий и надежный срок службы этих герметичных криорефрижераторов».

Такая бесконтактная работа сделала эти криорефрижераторы со свободным поршнем популярным выбором для применений, требующих надежных и надежных решений для охлаждения. Одним из выдающихся примеров было устройство, предназначенное для охлаждения спектрометра визуализации на борту космической миссии НАСА RHESSI, запущенной в 2002 году для изучения энергичных частиц, высвобождаемых в солнечных вспышках. Несмотря на то, что целевой срок миссии составлял всего два года, криоохладитель позволил спектрометру продолжать снимать изображения в течение 16 лет, пока прибор не был окончательно выведен из эксплуатации в 2018 году.

Свободнопоршневая конструкция Sunpower также обеспечивает более высокую мощность охлаждения и лучшую тепловую эффективность, чем у других криокуллеров, представленных на рынке. Одна из самых мощных моделей в линейке компактных устройств компании, Cryotel GT, отводит тепло со скоростью 16 Вт при входной мощности 240 Вт, сохраняя при этом температуру 77 К, достигая эффективности охлаждения почти 20% от теоретический предел Карно. Кроме того, высокая удельная мощность конструкции позволяет уменьшить размеры GT: длина GT составляет 276 мм, диаметр 83 мм и масса всего 3 кг.

Такие конструктивные параметры сделали криокулер Sunpower популярным выбором для приборов, которым необходимо улавливать слабые сигналы. «Чтобы обнаружить что-то, производящее очень мало энергии, необходимо создать очень холодный фон, чтобы минимизировать уровень шума и улучшить соотношение сигнал/шум», — говорит Фралик. «Это применимо ко многим научным приложениям, таким как инфракрасные детекторы, кальмары, малошумящие усилители, телескопические инструменты и средства связи в дальнем космосе».

Недавние инновации расширили привлекательность криорефрижераторов Sunpower для ряда новых применений, особенно в развивающейся области квантовых технологий. Недавно компания выпустила премиальную версию GT, которая обеспечивает минимальную температуру примерно на 10 К ниже, чем стандартная версия, а также увеличивает полезную тепловую нагрузку при температурах от 30 до 50 К.

«Минимальная температура GT обычно составляет около 38 К, тогда как новый GTLT может обеспечить значительную мощность охлаждения при температурах до 30 К», — говорит Фралик. «Повышая эффективность охлаждения при более низких температурах, GTLT расширяет диапазон применений, которые можно решить с помощью нашей технологии».

Sunpower
Производительность имеет значение Недавно выпущенный CryoTel GTLT обеспечивает значительную мощность охлаждения при температурах до 30 К, что примерно на 10 К ниже, чем у стандартной модели GT, а обновленная схема активного подавления вибраций AVC-GEN2 обеспечивает 10-кратное снижение передаваемых вибраций при рабочая частота 60 Гц по сравнению со стандартным пассивным балансиром. (С разрешения: Sunpower, Inc.)

Компания также работает над снижением уровня вибраций, исходящих от криокуллеров, поскольку чрезмерные вибрации, создаваемые вибрирующими компонентами, ограничивают применение криокуллеров Стирлинга в определенных приложениях. Все криохладители в стандартной комплектации оснащены пассивным балансиром, а Sunpower также предлагает опцию активного подавления вибрации (AVC) для всех приборов в своей линейке продукции.

Первое предложение компании AVC снизило уровень передаваемых вибраций в пять раз, а ее последняя версия — балансир AVC-GEN2 — обеспечивает дальнейшее двукратное улучшение производительности. «Это приводит к десятикратному снижению передаваемых вибраций по сравнению с пассивным балансиром, что является критически важным преимуществом для клиентов, изучающих приложения в области квантовых технологий», — говорит Фралик. «Сочетание CryoTel GTLT с активным балансировщиком AVC-GEN2 предлагает компактное решение, обеспечивающее производительность, необходимую для этих приложений».

Действительно, система QKD, разработанная в Берлинском техническом университете, использует обе эти инновации для оптимизации производительности эмиттера квантовых точек, а также минимизации вибраций внутри готового модуля. Еще одним ключевым заказчиком в квантовом секторе является британская стартап-компания Aegiq, которая разработала коммерческий источник одиночных фотонов, в котором используется компактное криогенное охлаждение, гарантирующее, что его модуль поместится в 19-дюймовую стойку.

Sunpower продолжает совершенствовать свою продукцию и технологии, постоянно стремясь к более низким температурам, более высокой мощности охлаждения и более низкому уровню передаваемой вибрации. «Квантовые приложения быстро развиваются, и Sunpower сосредоточена на предоставлении технологических достижений, отвечающих потребностям клиентов в этой области», — говорит Фралик.

Отметка времени:

Больше от Мир физики