Круті прийоми пропонують нові рішення для квантових мереж – Physics World

Круті прийоми пропонують нові рішення для квантових мереж – Physics World

Мітка часу: 7 листопада 2023 р., 5:53

Кріоохолоджувачі з вільним поршнем від Sunpower, Inc., підприємства AMETEK, Inc., забезпечують продуктивність, необхідну для ефективного однофотонного випромінювання, і все ще встановлюються всередині стандартного модуля, встановленого на стійку

Кріоохолоджувач Sunpower з вільним поршнем
У квантову сферу Остання версія вільнопоршневого кріоохолоджувача Sunpower забезпечує продуктивність, необхідну для нового покоління інтегрованих однофотонних джерел. (З дозволу: Sunpower, Inc.)

Нові системи квантового зв’язку та криптографії покладаються на здатність передавати окремі фотони з високою точністю. Було показано, що однофотонні випромінювачі на основі квантових точок, охолоджених до кріогенних температур, виробляють нерозрізнені одиночні фотони з високою яскравістю, але для практичного використання в реальних комунікаційних мережах і однофотонне джерело, і його механізм охолодження повинні бути інтегровані в стандарт. стійковий блок.

Науковці Берлінського технічного університету нещодавно показали, що цієї хитрої інтеграції можна досягти за допомогою кріоохолоджувача Стірлінга, поставленого компанією АМЕТЕК Сонячна сила. Вони створили випробувальний стенд «підключи і працюй» для квантового розподілу ключів, який випромінює однофотонні імпульси на телекомунікаційних довжинах хвиль і поєднує в собі пристрій із квантовими точками, кріоохолоджувач і всі пов’язані оптичні компоненти в автономному 19-дюймовому модулі (Appl. фіз. Рев. 9 011412).

Інші ітерації таких квантово-точкових випромінювачів зазвичай вимагають громіздкої та складної системи охолодження, щоб забезпечити роботу при температурах нижче приблизно 50 К, але вчені з TU Berlin виявили, що компактний кріоохолоджувач Стірлінга зміг підтримувати необхідну робочу температуру, не вводячи небажаних вібрації в систему. Ці кріоохолоджувачі вже широко використовуються в наукових інструментах, які вимагають низького рівня шуму, таких як інфрачервоні та радіохвильові детектори для телескопів і надпровідних квантово-інтерференційних пристроїв (SQUID), тоді як нещодавні вдосконалення дизайну розширюють їхню привабливість для застосувань з більш вимогливими вимогами. вимоги.

Конструкція Sunpower має механізм вільного поршня, який використовує газові підшипники для забезпечення роботи без тертя. «Рух поршня керується електронним контролером, а коливання рухомих частин заряджають газові підшипники, щоб поршень і витіснювач могли левітувати на плівці газу», — пояснює Кліфф Фралік з АМЕТЕК Сонячна сила. «Не використовується змащення та не потрібне технічне обслуговування, що гарантує тривалий і надійний термін служби цих герметично закритих кріоохолоджувачів».

Така безконтактна робота зробила ці кріоохолоджувачі з вільним поршнем популярним вибором для застосувань, які вимагають надійних і надійних рішень для охолодження. Одним із видатних прикладів був пристрій, розроблений для охолодження спектрометра зображення на борту космічної місії NASA RHESSI, запущеної в 2002 році для вивчення енергетичних частинок, що вивільняються під час сонячних спалахів. Незважаючи на цільову тривалість місії всього два роки, кріоохолоджувач дозволив спектрометру продовжувати знімати зображення протягом 16 років, поки прилад остаточно не був виведений з експлуатації в 2018 році.

Конструкція Sunpower із вільним поршнем також забезпечує вищу потужність охолодження та кращу теплову ефективність, ніж інші кріоохолоджувачі на ринку. Одна з найпотужніших моделей у лінійці компактних пристроїв компанії, Cryotel GT, відводить тепло зі швидкістю 16 Вт із споживаною потужністю 240 Вт, підтримуючи температуру 77 К, досягаючи ефективності охолодження майже на 20% від ефективності охолодження. теоретична межа Карно. Крім того, висока питома потужність конструкції дозволяє створити менший розмір: GT має розміри 276 мм у довжину та 83 мм у діаметрі та вагу лише 3 кг.

Такі конструктивні параметри зробили кріоохолоджувач Sunpower популярним вибором для інструментів, яким потрібно вловлювати слабкі сигнали. «Щоб виявити щось, що виробляє дуже мало енергії, необхідно створити дуже холодний фон, щоб мінімізувати рівень шуму та покращити співвідношення сигнал/шум», — говорить Фралік. «Це стосується багатьох наукових застосувань, таких як інфрачервоні детектори, СКВІДи, малошумні підсилювачі, телескопічні інструменти та засоби зв’язку в глибокому космосі».

Останні інновації розширили привабливість кріоохолоджувачів Sunpower для цілого ряду нових застосувань, зокрема в галузі квантових технологій, що розвивається. Нещодавно компанія випустила преміум-версію GT, яка пропонує мінімальну температуру приблизно на 10 K нижчу, ніж стандартна версія, а також збільшує корисну потужність теплового навантаження при температурах від 30 до 50 K.

«GT зазвичай має мінімальну температуру приблизно 38 K, тоді як новий GTLT може забезпечити значну потужність охолодження при температурах до 30 K», — говорить Фралік. «Підвищуючи продуктивність охолодження за нижчих температур, GTLT розширює діапазон застосувань, які можна вирішити за допомогою нашої технології».

Сонячна сила
Продуктивність має значення Нещодавно випущений CryoTel GTLT забезпечує значну потужність охолодження при температурах до 30 K, що приблизно на 10 K нижче, ніж стандартна модель GT, тоді як оновлена ​​схема активного придушення вібрацій AVC-GEN2 забезпечує 10-кратне зниження експортованих вібрацій на робоча частота 60 Гц порівняно зі стандартним пасивним балансиром. (З дозволу: Sunpower, Inc.)

Компанія також працює над зниженням рівня вібрації, що виходить від кріоохолоджувачів, оскільки надмірні вібрації, створювані осцилюючими компонентами, обмежують застосування кріоохолоджувачів Стірлінга в певних сферах застосування. Усі кріокулери стандартно оснащені пасивним балансиром, а Sunpower також пропонує опцію активного придушення вібрацій (AVC) для всіх інструментів у своєму асортименті.

Початкова пропозиція компанії AVC знизила рівень експортованих вібрацій у п’ять разів, тоді як її остання версія – балансир AVC-GEN2 – забезпечує подальше подвійне підвищення продуктивності. «Це забезпечує десятикратне зменшення експортованих вібрацій порівняно з пасивним балансиром, що є важливою перевагою для клієнтів, які вивчають застосування квантових технологій», — говорить Фралік. «Поєднання CryoTel GTLT з активним балансиром AVC-GEN2 пропонує компактне рішення, яке забезпечує продуктивність, необхідну для цих програм».

Дійсно, система QKD, розроблена в TU Berlin, використовує обидві ці інновації для оптимізації продуктивності випромінювача квантових точок, а також мінімізує вібрації в межах готового модуля. Іншим ключовим клієнтом у квантовому секторі є британська стартап-компанія Aegiq, яка розробила комерційне однофотонне джерело, яке використовує компактне кріогенне охолодження, гарантуючи, що його модуль поміщається в 19-дюймову стійку.

Компанія Sunpower продовжує вдосконалювати свою продукцію та технологію, постійно прагнучи знизити температуру, збільшити потужність охолодження та знизити рівень експортованої вібрації. «Квантові програми швидко розвиваються, і Sunpower зосереджена на забезпеченні технологічних досягнень, які відповідають вимогам клієнтів у цій галузі», — говорить Фралік.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики