เทคนิคเด็ดนำเสนอโซลูชั่นใหม่สำหรับเครือข่ายควอนตัม – Physics World

เทคนิคเด็ดนำเสนอโซลูชั่นใหม่สำหรับเครือข่ายควอนตัม – Physics World

ประทับเวลา: 7 พฤศจิกายน 2023 5:53 น

เครื่องทำความเย็นแบบลูกสูบฟรีจาก Sunpower, Inc. ซึ่งเป็นธุรกิจของ AMETEK, Inc. มอบประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับการปล่อยโฟตอนเดี่ยวอย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ยังคงติดตั้งอยู่ภายในโมดูลที่ติดตั้งบนชั้นวางมาตรฐาน

เครื่องทำความเย็นแบบลูกสูบอิสระของ Sunpower
เข้าสู่อาณาจักรควอนตัม เวอร์ชันล่าสุดของเครื่องทำความเย็นแบบลูกสูบอิสระของ Sunpower มอบประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับแหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวแบบบูรณาการรุ่นใหม่ (เอื้อเฟื้อโดย: Sunpower, Inc. )

ระบบที่เกิดขึ้นใหม่สำหรับการสื่อสารควอนตัมและการเข้ารหัสอาศัยความสามารถในการส่งโฟตอนเดี่ยวที่มีความเที่ยงตรงสูง ตัวปล่อยโฟตอนที่เดียวซึ่งอิงจากจุดควอนตัมที่เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่เย็นจัดนั้นแสดงให้เห็นว่าสามารถผลิตโฟตอนเดี่ยวที่แยกไม่ออกซึ่งมีความสว่างสูง แต่สำหรับการใช้งานจริงในเครือข่ายการสื่อสารในโลกแห่งความเป็นจริงทั้งแหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวและกลไกการทำความเย็นจะต้องรวมเข้ากับมาตรฐาน หน่วยติดตั้งบนชั้นวาง

นักวิทยาศาสตร์ที่ TU Berlin ได้แสดงให้เห็นเมื่อเร็วๆ นี้ว่าการบูรณาการที่ยุ่งยากนี้สามารถบรรลุผลสำเร็จได้ด้วยเครื่องทำความเย็นแบบแช่แข็ง Stirling ที่จัดหาโดย อเมเทค พลังงานแสงอาทิตย์ พวกเขาได้สร้างห้องทดสอบแบบพลักแอนด์เพลย์สำหรับการกระจายคีย์ควอนตัมที่ปล่อยพัลส์โฟตอนเดี่ยวที่ความยาวคลื่นโทรคมนาคม และที่รวมอุปกรณ์ควอนตัมดอท เครื่องทำความเย็นด้วยความเย็น และส่วนประกอบทางแสงที่เกี่ยวข้องทั้งหมดเข้าไว้ในโมดูลขนาด 19 นิ้วแบบสแตนด์อโลน (แอปพลิเค สรีรวิทยา รายได้ 9 011412).

การทำซ้ำอื่นๆ ของตัวปล่อยควอนตัมจุดดังกล่าวมักจะต้องใช้ระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่และซับซ้อนเพื่อให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าประมาณ 50 เคลวิน แต่นักวิทยาศาสตร์ที่ TU Berlin พบว่าเครื่องทำความเย็นแบบ Stirling cryocooler ขนาดกะทัดรัดสามารถรักษาอุณหภูมิการทำงานที่ต้องการได้โดยไม่ต้องแนะนำสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ แรงสั่นสะเทือนเข้าสู่ระบบ เครื่องทำความเย็นด้วยความเย็นเหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องใช้พื้นหลังที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ เช่น เครื่องตรวจจับอินฟราเรดและคลื่นวิทยุสำหรับกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดรบกวนควอนตัม (SQUID) ในขณะที่การปรับปรุงการออกแบบล่าสุดกำลังขยายความน่าดึงดูดสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากขึ้น ความต้องการ.

การออกแบบ Sunpower มีกลไกลูกสูบอิสระที่ใช้ประโยชน์จากแบริ่งก๊าซเพื่อให้การทำงานปราศจากการเสียดสี “การเคลื่อนที่ของลูกสูบนั้นขับเคลื่อนโดยตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ในขณะที่การแกว่งของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจะชาร์จแบริ่งก๊าซเพื่อให้ลูกสูบและดิสเพลสเซอร์ลอยอยู่บนแผ่นฟิล์มของก๊าซ” Cliff Fralick อธิบายจาก อเมเทค พลังงานแสงอาทิตย์ “ไม่จำเป็นต้องใช้การหล่อลื่นและไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษา ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องทำความเย็นแบบแช่แข็งที่ผนึกแน่นเหล่านี้จะมีอายุการใช้งานยาวนานและเชื่อถือได้”

การทำงานแบบไร้การสัมผัสดังกล่าวทำให้เครื่องทำความเย็นแบบลูกสูบอิสระเหล่านี้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการโซลูชันการทำความเย็นที่เชื่อถือได้และแข็งแกร่ง ตัวอย่างที่โดดเด่นอย่างหนึ่งคืออุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อระบายความร้อนให้กับสเปกโตรมิเตอร์การถ่ายภาพบนภารกิจอวกาศ RHESSI ของ NASA ซึ่งเปิดตัวในปี 2002 เพื่อศึกษาอนุภาคพลังงานที่ปล่อยออกมาในเปลวสุริยะ แม้ว่าเป้าหมายภารกิจจะมีอายุการใช้งานเพียงสองปี แต่เครื่องทำความเย็นแบบแช่แข็งช่วยให้สเปกโตรมิเตอร์สามารถจับภาพต่อไปได้เป็นเวลา 16 ปี จนกระทั่งอุปกรณ์ดังกล่าวถูกเลิกใช้งานในที่สุดในปี 2018

การออกแบบลูกสูบอิสระของ Sunpower ยังให้พลังการระบายความร้อนที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ดีกว่าเครื่องทำความเย็นด้วยความเย็นอื่นๆ ในตลาด Cryotel GT หนึ่งในรุ่นที่ทรงพลังที่สุดในกลุ่มอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดของบริษัท ขจัดความร้อนในอัตรา 16 W พร้อมกำลังไฟฟ้าเข้า 240 W ในขณะที่ยังคงรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 77 K ทำให้ได้ประสิทธิภาพการทำความเย็นเกือบ 20% ของอุณหภูมิ ขีดจำกัดคาร์โนต์ตามทฤษฎี นอกจากนี้ พลังเฉพาะของการออกแบบที่สูงช่วยให้มีขนาดเล็กลง โดย GT มีความยาว 276 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 83 มม. และมีมวลเพียง 3 กก.

พารามิเตอร์การออกแบบดังกล่าวทำให้เครื่องทำความเย็นแบบแช่แข็งของ Sunpower เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับเครื่องมือที่ต้องการรับสัญญาณที่จางๆ “ในการตรวจจับสิ่งที่ผลิตพลังงานน้อยมาก จำเป็นต้องสร้างพื้นหลังที่เย็นมากเพื่อลดเสียงรบกวนและปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน” Fralick กล่าว “นั่นใช้ได้กับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง เช่น เครื่องตรวจจับอินฟราเรด ปลาหมึก เครื่องขยายสัญญาณรบกวนต่ำ เครื่องมือกล้องโทรทรรศน์ และการสื่อสารในห้วงอวกาศ”

นวัตกรรมล่าสุดได้เพิ่มความน่าสนใจให้กับเครื่องทำความเย็นแบบแช่แข็งของ Sunpower สำหรับการใช้งานใหม่ๆ มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาเทคโนโลยีควอนตัมที่กำลังเติบโต บริษัทเพิ่งเปิดตัว GT รุ่นพรีเมี่ยมซึ่งมีอุณหภูมิต่ำสุดประมาณ 10 K ซึ่งต่ำกว่ารุ่นมาตรฐาน ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความสามารถในการรับภาระความร้อนที่อุณหภูมิระหว่าง 30 ถึง 50 K

“โดยทั่วไป GT จะมีอุณหภูมิต่ำสุดประมาณ 38 เคลวิน ในขณะที่ GTLT ใหม่สามารถให้พลังงานความเย็นที่มีความหมายที่อุณหภูมิต่ำถึง 30 เคลวิน” Fralick กล่าว “ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการทำความเย็นที่อุณหภูมิต่ำ GTLT จะขยายขอบเขตการใช้งานที่สามารถแก้ไขได้ด้วยเทคโนโลยีของเรา”

ซันพาวเวอร์
เรื่องประสิทธิภาพ CryoTel GTLT ที่เพิ่งเปิดตัวเมื่อเร็วๆ นี้ให้พลังการทำความเย็นที่มีความหมายที่อุณหภูมิต่ำถึง 30 K ซึ่งต่ำกว่ารุ่น GT มาตรฐานประมาณ 10 K ในขณะที่รูปแบบที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับการยกเลิกการสั่นสะเทือนแบบแอ็คทีฟ AVC-GEN2 ช่วยลดการสั่นสะเทือนที่ส่งออกถึง 10 เท่า ความถี่การทำงาน 60 Hz เมื่อเปรียบเทียบกับบาลานเซอร์แบบพาสซีฟมาตรฐาน (เอื้อเฟื้อโดย: Sunpower, Inc. )

นอกจากนี้ บริษัทยังได้ดำเนินการเพื่อลดระดับการสั่นสะเทือนที่ส่งออกจากเครื่องทำความเย็นแบบไครโอคูลเลอร์ เนื่องจากการสั่นสะเทือนที่มากเกินไปที่เกิดจากส่วนประกอบที่มีการสั่นได้จำกัดการใช้เครื่องทำความเย็นแบบ Stirling ในการใช้งานบางอย่าง เครื่องทำความเย็นแบบไครโอคูลเลอร์ทั้งหมดได้รับการติดตั้งบาลานเซอร์แบบพาสซีฟเป็นมาตรฐาน ในขณะที่ Sunpower ยังมีตัวเลือกระบบตัดการสั่นสะเทือนแบบแอ็กทีฟ (AVC) สำหรับเครื่องมือทั้งหมดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของตน

ข้อเสนอ AVC เบื้องต้นของบริษัทช่วยลดระดับการสั่นสะเทือนที่ส่งออกลงได้ห้าเท่า ในขณะที่รุ่นล่าสุดอย่างเครื่องปรับสมดุล AVC-GEN2 มอบการปรับปรุงประสิทธิภาพเพิ่มเติมอีกสองเท่า “สิ่งนี้ทำให้การสั่นสะเทือนที่ส่งออกลดลงสิบเท่าเมื่อเทียบกับเครื่องสมดุลแบบพาสซีฟ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับลูกค้าที่กำลังสำรวจการใช้งานในเทคโนโลยีควอนตัม” Fralick กล่าว “การรวม CryoTel GTLT เข้ากับเครื่องสมดุลแบบแอคทีฟ AVC-GEN2 ทำให้เกิดโซลูชันขนาดกะทัดรัดที่ให้ประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเหล่านี้”

แท้จริงแล้ว ระบบ QKD ที่พัฒนาขึ้นที่ TU Berlin ใช้นวัตกรรมทั้งสองนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของตัวปล่อยจุดควอนตัม ในขณะเดียวกันก็ลดการสั่นสะเทือนภายในขอบเขตของโมดูลแบบครบวงจรด้วย ลูกค้าหลักอีกรายในภาคควอนตัมคือบริษัทสตาร์ทอัพในสหราชอาณาจักร Aegiq ซึ่งได้พัฒนาแหล่งโฟตอนเดี่ยวเชิงพาณิชย์ที่ใช้ประโยชน์จากการทำความเย็นแบบแช่แข็งด้วยความเย็นขนาดกะทัดรัด เพื่อให้แน่ใจว่าโมดูลจะพอดีกับชั้นวางขนาด 19 นิ้ว

Sunpower กำลังปรับปรุงผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งสู่อุณหภูมิที่เย็นลง การระบายความร้อนที่มีความจุสูงขึ้น และระดับการสั่นสะเทือนที่ส่งออกลดลง “แอปพลิเคชันควอนตัมกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว และ Sunpower มุ่งเน้นไปที่การส่งมอบความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ตอบสนองความต้องการของลูกค้าในสาขานี้” Fralick กล่าว

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

หนาวที่สุด: จดหมายถึงไอน์สไตน์และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ทำให้นักฟิสิกส์เข้าสู่สถานะควอนตัมใหม่ของสสารได้อย่างไร - โลกฟิสิกส์

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1932468
ประทับเวลา: ม.ค. 2, 2024