Jakie systemy kriogeniczne nadają się do kubitów nadprzewodzących?

Czy lodówka z rozcieńczaniem jest jedynym sposobem na schłodzenie kubitów nadprzewodzących do 10 milikelwinów? Jeśli nie, jakie są inne metody i dlaczego chłodzenie rozcieńczające jest podstawową metodą?

Czy lodówka z rozcieńczaniem jest jedynym sposobem na schłodzenie kubitów nadprzewodzących do 10 milikelwinów?

Istnieje inny rodzaj lodówki, który może dostać się do 10 mK: adiabatyczna lodówka demagnetyzacyjna (ADR). $^{[a]}$

dlaczego chłodzenie rozcieńczające jest podstawową metodą?

Aby to zrozumieć, porozmawiajmy o jednym z głównych ograniczeń ADR.

Jak działa ADR

ADR zwykle dochodzi do około 3K za pomocą kompresora helowego. Sprężarka może pracować przez cały czas, więc lodówka może pracować w temperaturze 3K bez końca. Aby zejść do temperatur mK, ADR działa w następujący sposób:

1. Podnieś pole magnetyczne otaczające ciało stałe za pomocą spinów jądrowych. To wyrównuje obroty.
2. Powoli wyłącz pole. Pozwala to spinom losowo zmieniać kierunek, co pochłania entropię z otoczenia i obniża temperaturę.
3. Gdy pole powróci do zera, zassaliśmy wystarczająco dużo ciepła z otoczenia, aby doprowadzić je do temperatury mK.

Ograniczenia ADR

To wszystko jest świetne i naprawdę działa, ale jest to proces „jednorazowy”. Gdy pole spadnie do zera, nie możesz zejść niżej. Ciepło z otoczenia, takie jak zewnętrzne części lodówki o temperaturze pokojowej, wycieka ciepło do części, w której próbujesz utrzymać zimno, a ponieważ obniżyliśmy już pole magnetyczne do zera, nie możemy nic zrobić, aby usunąć to gorąco. Dlatego po schłodzeniu ADR zaczyna się rozgrzewać (miejmy nadzieję, że jest on wystarczająco wolny, aby uruchomić eksperyment).

To typowe, że ADR utrzymuje się poniżej 100 mK może przez dwanaście godzin, chociaż liczba ta zależy w dużej mierze od tego, ile przewodów biegniesz do zimnej części ADR. Gdy temperatura wzrośnie powyżej tego, co chcesz, musisz ponownie podnieść pole magnetyczne i powoli obniżyć je, aby ponownie ochłodzić. Podnoszenie i obniżanie pola zajmuje trochę czasu i nagrzewa lodówkę, a to duże pole magnetyczne jest często niekompatybilne z eksperymentami nadprzewodzącymi kubitami, więc nie możesz przeprowadzać eksperymentów, gdy jesteś na tym etapie procesu.

Lodówka chłodząca ADR vs.

Z drugiej strony lodówka do rozcieńczania działa nieprzerwanie, więc masz tyle czasu, ile potrzebujesz na przeprowadzenie eksperymentu. To dość duży powód, że są one powszechnie używane. Należy jednak pamiętać, że inne chłodziarki oprócz ADR są używane w wielu nadprzewodzących laboratoriach kubitowych do zadań, w których korzyści lodówki rozcieńczającej nie są potrzebne, a krótszy czas chłodzenia ADR jest w porządku. Na przykład, ADR są powszechne w eksperymentach z rezonatorami nadprzewodzącymi, które są używane do testowania jakości materiałów, które mogą być później użyte na kubit.

$[a]$ : Przepraszamy za brak lepszego linku. Zmiany w tym są mile widziane.