Vakum, kuantum bilişiminin geleceğini nasıl mümkün kılıyor? 28 Eylül 2020

5 MIN READ

21. Yüzyıl artık Kuantum Çağı olarak adlandırılıyor. İster finansal modelleme, ister siber güvenlik veya yapay zeka yoluyla olsun, kuantum bilişiminin avantajları zaten fark ediliyor.

Kuantum bilgisayarlarındaki qubitler, bir veya diğeri olarak mevcut olmak yerine 1 ve 0 durumlarını birleştirerek klasik tekniklerden önemli ölçüde daha iyi performans gösterebilir ve inanılmaz hızlarda hesaplamaya olanak tanır.

Bunu, maddenin atomik düzeydeki tuhaf davranışını, yani üst üste binme ve karışmayı kullanarak yaparlar. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, kullanılan donanım son derece kırılgandır ve bozulmaya açıktır, bu nedenle hassas kuantum durumlarını hazırlamak ve kontrol etmek zordur. Bazı bileşenlerin mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutulması, diğerlerinin ise ultra yüksek vakumda (UHV) saklanması gerekir.

2020 çoğu için çok zorlu bir yıldı, ancak üniversite laboratuvarlarının "hayalet şehri" durumundan ve dolayısıyla gürültü ve titreşim olmamasından yararlanabilen bir dizi kuantum araştırmacısı için küçük bir gümüş astar vardı - tam olarak çözülmeyi (kuantum davranışının çevreye kaybı) önlemek için qubitlerin ihtiyacı olan şey. Qubit ve çevresi arasındaki herhangi bir etkileşim, üst üste bindirme veya dolaşma durumundan çıkabilir. Bu nedenle, uygun bir UHV oluşturabilmek ve sürdürebilmek kritik önem taşır. (Ekibinizin güvenliğini ve prosesinizin verimliliğini sağlamak için HV ve UHV altında çalışma hakkında bilmeniz gerekenleri okuyun.)

İyon kapanı

Üst üste binme, atomların veya iyonların aynı anda birden fazla durumda olma kabiliyetidir ve dolaşma, 2 qubit arasında benzersiz bir ortak bağlantıdır. İki parçacığı birbirine yakınlaştırmak, onları birbirine karıştırmak ve tekrar birbirinden ayırmak için bir işlem yapmak da dahil olmak üzere dolaşmayı üretmenin birçok yolu vardır. Ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, her zaman aynı sonucu verirler. Operasyonlar, atomlar veya iyonlar mutlak sıfıra yakın bir seviyeye soğutularak ve UHV bölmesindeki hassas lazerlerle manipüle edilerek gerçekleştirilebilir.

Bu tür UHV haznelerinin iç hacmi birkaç santimetreküp kadar küçük olabilir, ancak boyutu ne olursa olsun gerekli koşulları elde etmek için vakum teknolojisi mevcuttur. Gamma Vacuum'un "küçük profilli" TiTan serisi gibi iyon sputter pompaları, minyatür 0,2 l/s ila 75 l/s pompalama hızlarıyla UHV koşullarını üretmek ve sürdürmek için kabul edilmiş bir yöntemdir. Bu tür pompalarla ve isteğe bağlı olarak pompalamayı artırmak için kullanılan bir titanyum süblimasyon pompasıyla (TSP), dış uzaydan daha nadir görülen bir vakum seviyesi elde edilebilir.

TiTan iyon pompaları

Süper iletken devreler

Bir çözümün ölçeklendirilmesi söz konusu olduğunda, kuantum bilgisini depolamak için iyon kapanlarının olgusu, süper iletken devrenin bir parçası olarak niyobyum ve alüminyum süper iletkenlerini sırasıyla kapasitör ve indüktör olarak kullanarak qubitleri üretmek kadar kanıtlanmamıştır. Bu süper iletken ince film devrelerinin üretimi sadece atomik katman dolgusu, palslı lazer dolgusu ve magnetron püskürtme veya elektron ışını buharlaşma yoluyla fiziksel buhar dolgusu gibi vakum teknikleri ile gerçekleştirilebilir.

Süper iletken cihazların benzersiz özellikleri, belirli bir sıcaklıkta iletken olmalarıdır. Seyreltme buzdolapları günümüzde milikelvin sırasıyla (dış uzaydan daha soğuk) aşırı düşük sıcaklıkları korumak için kabul edilen bir yöntemdir. Bu, kriyojen içermeyen sistemlerin yanı sıra, vakum pompalarının buharlaşmış helyum-3'ü helyum-4 ile tekrar seyreltmeden önce geri dönüştürmesini ve sıkıştırmasını ve ayrıca iç ve dış vakum yalıtımı sağlamasını gerektiren başka bir prosestir.

Modern vakum teknikleri

Bir sputter iyon pompası ve TSP'nin yaklaşık 5E ^-4 mbar'ın altındaki basınçlarda (eleman türüne bağlı olarak) çalıştırılması gerekir, çünkü birçok parçacığı daha yüksek basınçlarda iyonlaştırmak için gereken elektrik enerjisi güç kaynağı için çok büyük olacaktır. Bu nedenle, ön vakum pompaları ve turbomoleküler pompalarla yeterli kaba pompalama yapılması çok önemlidir.

Leybold'un yağsız ECODRY plus çok kademeli roots pompası, temiz uygulamalarda yıllarca bakım gerektirmeden son derece düşük titreşim ve gürültü sergiler. Bunu manyetik olarak askıya alınmış rulmanlara sahip düşük titreşimli bir turbo moleküler pompa (ve stabiliteyi daha da artırmak için titreşimi emen körükler) ile eşleştirmek, temiz, titreşimsiz bir sistem için mükemmel bir kurulum sağlar ve UHV sistemini ayrı bir kaba işleme sisteminden izole etme ihtiyacını azaltır.

ECODRY plus

İyon kapanları gibi vakum seviyelerinde, hidrojen ana artık gazdır ve metal bileşenlerin iç kısımlarından ortaya çıktığı için UHV'nin korunmasında kötü bir rol oynar. Bu nedenle, kullanılan bileşenlerin içindeki fazla hidrojeni gidermek için bazen haftalarca süren uzun fırınlama prosedürleri gerekir. Deneylerde bu, özellikle sistem sürekli olarak atmosfere açık ve kapalıysa gerçek bir sorun olabilir. UHV koşullarına pompalamayı iyileştirmenin ve desorpsiyon oranının etkilerini en aza indirmenin bir yolu, daha yüksek adsorpsiyon oranına sahip soğuk plakalar kullanarak kriyo pompalama uygulamaktır. Bu, UHV'ye daha hızlı pompalamaya olanak tanır ve Gifford-McMahon kapalı döngü soğuk başlıkları ile, örneğin kriyojenik sıcaklıklara ulaşmak için helyumu genişleten ve sıkıştıran Leybold'un COOLPOWER serisi ile elde edilebilir.

COOLPOWER 140 i

Helyum, kaçakların ve bunların yerlerinin belirlenmesinde başka bir yararlı rol oynar. Helyum sızıntı kontrolü UHV sistemleri, sızıntı tespitinin en gelişmiş yöntemidir ve kullanım ömürleri boyunca vakum bütünlüğünü korumalarını sağlamak için kritik öneme sahiptir. Böylece, sıkışmış bir iyon, lazer veya mikrodalga ışını dışında herhangi bir şey tarafından bozulmadan kalabilir. Leybold'un PHOENIX serisi, sızıntı tespit teknolojisinde en yenilikçi üründür ve günümüzde kuantum araştırmasının artan kalite gereksinimlerini doğruluk ve hızla karşılar.

Leybold, UNIVEX serisi aracılığıyla onlarca yıldır ince film dolgu teknikleri için özel çözümler sağlamaktadır. Yüksek saflıkta süper iletken malzemeler, kuantum bilgisayarlardaki devreler için uygun olan doğru bir kalınlık derecesine kadar oluşturulabilir. DC veya RF magnetron püskürtme kaynakları, e-ışın tabancası ve/veya iyon destekli dolgu kaynağı, substrat ısıtma/soğutma ve dönüş ve tam sistem kontrolü ile birlikte belirtilebilir.

Vakum, kuantum bilişim ve benzersiz uygulamalarınız hakkında sorularınız mı var? Aşağıdaki düğmeye tıklayın ve Leybold ekibiyle sohbet edin.