MEMS-Relais für Quantentechnologien
Präzisere und schnellere Messungen in kryogenen Umgebungen
Menlo Micro hat einen kryogenen SP6T-Schalter entwickelt, der kaum Wärme abgibt und sich deshalb zur Steuerung von Highspeed und RF-Signalen in Verdünnungskryostaten von Quantencomputern eignet.
Diese Kühlsysteme reduzieren die Temperatur auf wenige Tausendstel Kelvin über dem absoluten Nullpunkt, was erforderlich ist, damit supraleitende Qubits zuverlässig funktionieren. Die neuen MEMS-Relais vom Typ »MM4250« der »Ideal Switch«-Familie hat Menlo Micro speziell für den Einsatz in Umgebungen entwickelt, in denen derart tiefe Temperaturen herrschen und hat bereits gezeigt, dass sie mit ihrer zuverlässigen und leistungsstarken ohmschen Kontaktschaltung und einer thermischen Signatur nahe Null für die Prüfung supraleitender Qubits, für die Kalibrierung von Quantenprozessoren und für hochpräzise kryogene Messungen geeignet sind – und präzisere kryogene Messungen erlauben, als sie bisher durchgeführt werden konnten. (Wie die »Ideal Switch«-Technologie funktioniert, lesen Sie hier.)
Denn herkömmliche kryogene Schalter können pro Aktivierung bis zu 2 W Abwärme abgeben und damit thermische Lasten erzeugen, die die Temperatur in Verdünnungskryostaten um etwa 20 mK erhöhen können. Dieser Temperaturanstieg verursacht erhebliche Verzögerungen von bis zu mehreren Stunden, während die Systeme wieder auf Betriebstemperatur abkühlen.
Im Gegensatz dazu sind für die elektrostatische Betätigung des »MM4250« nur wenige hundert Nanoampere pro Schaltvorgang erforderlich, was keine nennenswerte Abwärme erzeugt und einen kontinuierlichen Test- und Kalibrierungsbetrieb bei kryogenen Temperaturen ermöglicht. Jetzt bleibt die Temperatur des Verdünnungskryostaten während des Betriebs stabil, so dass die Ingenieure mehr Versuchsergebnisse als bisher ohne Wartezeiten erhalten.
»Wir können dem Quantencomputing-Sektor nun ein robustes Toolkit liefern, das auf die Anforderungen kryogener Umgebungen zugeschnitten ist«, sagte Russ Garcia, CEO von Menlo Micro. »Damit sehen wir uns im Sektor Hochleistungssysteme für Quantentechnologien der nächsten Generation in einer Führungsrolle.«
Doch nicht nur für supraleitende Qubits und rund um die Quantentechnologien sind extrem niedrige Temperaturen erforderlich. In der Raumfahrt und Astrophysik ist die VNA-Kalibrierung von Vektor-Netzwerk-Analysatoren (VNAs) unter kryogenen Bedingungen unerlässlich, um empfindliche Hochfrequenzkomponenten wie rauscharme Verstärker und Detektoren zu prüfen, die in Satelliten und Teleskopen Einsatz finden. Außerdem hängt die Forschung in der Materialwissenschaft und Grundlagenphysik von präzisen Mikrowellenmessungen bei kryogenen Temperaturen ab, um neuartige Materialien und Supraleiter zu untersuchen.
Das »MM4250«-Toolkit ermöglicht rückverfolgbare, schlüsselfertige Messungen von HF-Streuparametern, Großsignalen und Rauschparametern direkt in Forschungslabors. Dies ermöglicht eine umfassende Charakterisierung von Mehrfachanschluss-HF-Komponenten, Verbindungen zwischen Raum- und Kryotemperaturen, modulierten Signalen, nichtlinearen Bauelementen sowie kryogenen Halbleitenr und supraleitenden Verstärkern.
Ein weiterer großer Vorteil des »MM4250« sind seine integrierten Kalibrierstandards, die die üblicherweise verwendeten externen Kalibrierkomponenten überflüssig machen und mehr Kanäle für Gerätetests freigeben. In einer typischen 2-Port-VNA-Messanordnung bedeutet diese Effizienzsteigerung, dass der »MM4250« mehr als doppelt so viele Geräte gleichzeitig testen kann wie alternative Sechskanalgeräte.
»Der MM4250 beseitigt einen der größten Engpässe in der Quantenentwicklung – langsame, ressourcenintensive Kalibrierungszyklen«, so Garcia.
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