超伝導キュビットに適した極低温システムは何ですか？

超伝導キュビットを10ミリケルビンまで冷却する唯一の方法は希釈冷凍機ですか？そうでない場合、他にどのような方法がありますか？また、なぜ希釈冷凍が主要な方法ですか？

超伝導キュビットを10ミリケルビンまで冷却する唯一の方法は希釈冷凍機ですか？

10 mKに到達できる別のタイプの冷蔵庫があります：断熱消磁冷蔵庫（ADR）です。$^{[a]}$

希釈冷凍が主な方法であるのはなぜですか？

それを理解するために、ADRの主な制限の1つについて話しましょう。

ADRの仕組み

ADRは通常、ヘリウムコンプレッサーで約3Kに達します。そのコンプレッサーは常に作動するため、冷蔵庫は3Kで無期限に座ることができます。mKの温度まで下げるために、ADRは次のように機能します。

1. 核スピンで固体を囲む磁場を上げます。これにより、スピンが整列します。
2. ゆっくりとフィールドをオフにします。これにより、スピンがその方向をランダム化し、周囲からエントロピーを吸収して温度を下げます。
3. フィールドがゼロに戻ったら、周囲からmKの温度になるまで周囲から十分な熱を吸い取りました。

ADRの制限

これはすべて素晴らしく、実際に機能しますが、「ワンショット」プロセスです。フィールドがゼロになると、それ以上低くすることはできません。冷蔵庫の室温の外側部分などの周囲からの熱は、保冷しようとしている部分に熱を漏らします。磁場をすでにゼロに下げているため、除去することはできませんその熱。したがって、ADRを冷却した後、ADRはウォームアップを開始します（実験を実行するのに十分なほど遅くなることが望ましい）。

ADRが通常12時間100mK未満にとどまるのは一般的ですが、その数はADRの低温部に通じているワイヤの数に大きく依存します。温度が必要な温度を超えた後、磁場を再び上げ、ゆっくりと下げて再冷却する必要があります。磁場の上昇と下降には時間がかかり、冷蔵庫が加熱されます。その大きな磁場は、超伝導キュビット実験と相性が悪い場合が多いため、プロセスのその段階にいる間は実験を実行できません。

ADR対希釈冷蔵庫

一方、希釈冷凍機は継続的に稼働するため、実験を実行する必要がある限り使用できます。それは、彼らが一般的に使用されているかなり大きな理由です。注意は、しかし、ことADRとは別に、他の冷蔵庫はされている希釈冷凍機の利点が必要とADRの短い冷たい時間はokですされていないタスクのための多くの超伝導量子ビットの研究室で使用されます。たとえば、ADRは、後にキュービットに使用される可能性のある材料の品質をテストするために使用される超伝導共振器を使用した実験で一般的です。

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