Odpowiednie zarządzanie ciepłem w chipach kwantowych
Gdy przechodzimy od zwykłych płytek drukowanych do budowy chipów kwantowych, sposób zarządzania ciepłem musi ulec zmianie – i to całkowicie. Te duże piece konwekcyjne, do których jesteśmy przyzwyczajeni, tu nie sprawdzą się.
Dlatego używamy cyfrowych urządzeń grzewczych na podczerwień. Chodzi tu o precyzyjne dostarczenie energii – chcemy, aby ciepło trafiło dokładnie tam, gdzie jest potrzebne, bez nadmiernego nagrzewania reszty obszaru pracy.
Sekret tkwi w długości fali.
Procesory kwantowe pracują w temperaturze bliskiej zeru absolutnego, ale ich produkcja wymaga intensywnego nagrzewania. Stosujemy emitory podczerwieni o krótkiej długości fali, ponieważ one mogą docierać głębiej w materiał. Promieniowanie o długiej długości fali po prostu odbija się od powierzchni. Dzięki precyzyjnemu doborowi długości fali można bezpośrednio nagrzać masę lutowniczą lub środek łączący elementy chipa. To jedyny sposób na uniknięcie deformacji podkładki.
Koniec z domysłami.
Używamy cyfrowych urządzeń, bo „dość blisko” to nie wystarczy. Polegamy na algorytmach PID, aby utrzymać stabilność temperatury w przedziale ±1°C.
Zastanówcie się: jeśli temperatura wzrośnie choćby o pięć stopni, to delikatne elementy układu kwantowego mogą zostać uszkodzone. Aby temu zapobiec, instalujemy wysokiej jakości termopary w samym miejscu, gdzie występuje ciepło. Dzięki temu kontroler wie dokładnie, jaka jest temperatura chipa w czasie rzeczywistym.
Jednak istnieją ograniczenia…
Nie można po prostu podłączyć tych urządzeń do prądu i już. Potrzebny jest czysty prąd – jeśli wystąpią spadki napięcia, lampy podczerwone będą migać, a precyzja zostanie zniszczona.
Ponadto istnieje problem gęstości ciepła. Te lampy wytwarzają ogromną ilość energii. Jeśli nie zadba się o odpowiednie chłodzenie, obudowa się nagrzeje, a czujniki będą dawać błędne wyniki. To frustrujące, ale można temu zapobiec.
Projektowaliśmy te urządzenia tak, aby mogły zastąpić urządzenia używane w salach czystych. Ich rozmiary są tak małe, że mogą mieścić się w komorach próżniowych. To prosta zamiana: uzyskujemy ekstremalną precyzję, ale musimy uważać na lokalne nagrzewanie.