Как правильно управлять теплом в квантовых чипах
Когда переходите от использования обычных печатных плат к созданию квантовых чипов, способ управления теплом должен измениться. Полностью. Те большие конвекционные печи, к которым вы привыкли, здесь совершенно бесполезны.
Поэтому мы используем цифровые инфракрасные нагреватели. Речь идет о точном распределении энергии – необходимо, чтобы тепло достигало нужного места на подложке, без повреждения остальной части рабочей поверхности.
Секрет заключается в длине волны.
Квантовые процессоры работают при температуре, близкой к абсолютному нулю. Но для их производства требуется значительное количество тепла. Мы используем излучатели коротких волн, поскольку они способны проникать глубже в материал. Излучение длинных волн просто отскакивает от поверхности. Регулируя длину волны, можно напрямую нагревать лужицу паяльного вещества или клея. Это единственный способ предотвратить деформацию подложки.
Больше никаких приблизительных расчетов.
Мы используем цифровые устройства, потому что «приблизительно» здесь недопустимо. Мы полагаемся на системы PID для поддержания стабильности температуры в пределах ±1°C.
Подумайте: если температура изменится хотя бы на пять градусов, это может повредить чувствительные элементы квантовой схемы. Чтобы этого избежать, мы устанавливаем высококачественные термопары прямо в зоне нагрева. Таким образом, контроллер может точно определять температуру чипа в реальном времени.
Но есть и недостатки…
Эти устройства нельзя просто подключить к розетке и забыть о них. Необходима чистая электросеть. Если произойдут скачки напряжения, инфракрасные лампы будут мерцать, а точность работы устройства снизится.
Еще одной проблемой является плотность тепла. Эти лампы выделяют огромное количество энергии. Если не обеспечить достаточную вентиляцию или охлаждение, корпус устройства будет нагреваться, сенсоры начнут давать ошибочные данные, и в итоге можно разрушить всю партию чипов. Это расстраивает, но этого можно избежать.
Мы спроектировали эти устройства так, чтобы они могли заменить оборудование, используемое в чистых комнатах. Их габариты минимальны, поэтому они помещаются в вакуумные камеры. Это простая компромисс: вы получаете высокую точность, но при этом должны тщательно контролировать температуру в определенной зоне.