量子チップを作る際には、熱の扱い方を根本的に変える必要があります。一般的なPCBを組み立てる場合とは全く異なります。普段使っているような大きな対流式の加熱装置では不十分です。
だからこそ、デジタル式の赤外線加熱装置を使用するのです。これは、エネルギーを正確に狙った場所に照射するためのものです。基板の必要な場所だけに熱を与え、他の部分がサウナのようにならないようにするのです。
鍵は波長にあります。
量子プロセッサは最終的にはほぼ絶対零度の状態で動作しますが、それを作り上げるためには強力な熱が必要です。そのため、短波長の赤外線放射体を使用します。長波長の光は表面で反射してしまいます。波長を調整することで、はんだペーストや接合剤を直接加熱することができます。これが、基板が変形しない唯一の方法です。
もう推測は不要です。
「十分に近い」というわけにはいかないので、デジタル式の加熱装置を使用します。PID制御を利用して、温度を±1℃以内に保ちます。
考えてみてください。もし温度が5度でも変動すれば、量子回路の繊細な接続部分が破壊されてしまう可能性があります。そのような事態を防ぐため、加熱ゾーンに高精度の熱電対を設置します。そうすれば、コントローラーはチップの実際の温度をリアルタイムで把握できます。
ただし、問題点もあります。
単純に壁に接続して終わりというわけにはいきません。クリーンな電力が必要です。電圧が不安定になると、赤外線ランプがちらつき、精度が失われてしまいます。
また、熱密度の問題もあります。これらのランプは大量のエネルギーを放出します。排気や冷却ファンを適切に設置しなければ、筐体が過熱し、センサーの値が不正確になり、結果として全体の品質が悪化してしまいます。面倒ですが、避けられる問題です。
私たちは、これらの加熱装置をクリーンルームの代替品として設計しました。サイズを小さくして、グローブボックスや真空チャンバー内に収まるようにしました。これは、極めて高い精度を得る代わりに、局所的な熱の管理に注意を払う必要があるという単純なトレードオフです。