本公開涉及微流體稀釋制冷機(jī)及其制造方法。
背景技術(shù)：
1、(注意：本申請(qǐng)參考了許多不同的出版物，如在整個(gè)說明書中通過括號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)附圖標(biāo)記例如[x]所指示的。根據(jù)這些附圖標(biāo)記排序的這些不同出版物的列表可以在下面標(biāo)題為“參考文獻(xiàn)”的部分中找到。這些出版物中的每一個(gè)通過引用并入本文)。
2、在室溫下操作的量子計(jì)算機(jī)需要在光學(xué)波長下操作以避免它們的量子位狀態(tài)的熱布居(hν??kbt?)。另一方面，使用hν?<?kbt操縱的量子位(例如，超導(dǎo)量子位)需要在低溫下操作以避免它們的量子位狀態(tài)的熱布居。盡管如此，盡管目前存在達(dá)到低溫的挑戰(zhàn)，但低溫量子計(jì)算機(jī)是更可能的商業(yè)實(shí)現(xiàn)，這是由于在低溫系統(tǒng)中操縱電子的相對(duì)容易性(與室溫下的光子相比)。然而，傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)(例如稀釋制冷機(jī))體積大且成本高，因此需要用于達(dá)到這些低溫的更實(shí)用的冷卻方法。本發(fā)明滿足了這種需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明公開了一種微流體稀釋制冷機(jī)(mdr)，其是微流體系統(tǒng)，包括：混合室，其中氦-3(在本文中也稱為3he)溶解在氦-4(在本文中也稱為4he)中以形成吸收熱量的混合物，從而冷卻與混合室熱接觸的設(shè)備；蒸餾器，其中混合物中的氦-3從混合物中蒸發(fā)；以及與蒸餾器熱耦合的熱交換器。所述系統(tǒng)還包括：第一微流體通道，其將氦-3從熱交換器引導(dǎo)到混合室，其中第一微流體通道的尺寸被設(shè)計(jì)成控制氦-3進(jìn)入混合室的流速；以及第二微流體通道，其將混合物從混合室引導(dǎo)到蒸餾器。提供泵送系統(tǒng)，用于使氦-3從蒸餾器循環(huán)并經(jīng)由熱交換器返回到混合室中。由mdr冷卻的示例設(shè)備包括但不限于用于對(duì)量子位執(zhí)行操作的量子計(jì)算機(jī)中的量子傳感器或量子處理器。
1.一種微流體稀釋制冷機(jī)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底，所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底包括所述微流體系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述第一腔、所述第二腔、所述熱交換器、所述第一微流體通道和所述第二微流體通道被光刻圖案化在所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述結(jié)構(gòu)包括涂覆有金屬的氧化硅柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述芯片或襯底包括硅、二氧化硅或任何半導(dǎo)體或基本上由硅、二氧化硅或任何半導(dǎo)體組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述微型渦輪分子泵包括懸浮在所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底上的超導(dǎo)接地平面上方的磁性轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于提供第一級(jí)冷卻，使得所述氦-3能夠使用所述泵送系統(tǒng)在所述微流體系統(tǒng)中液化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述泵送系統(tǒng)包括形成在所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底中的微型渦輪分子泵。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述微型渦輪分子泵由第一前級(jí)泵供給，所述第一前級(jí)泵包括形成在所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底中的微機(jī)電系統(tǒng)(mems)泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括粘合材料，所述粘合材料密封所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底，以便防止所述氦-3從所述微流體系統(tǒng)泄漏。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，包括所述混合室、所述蒸餾器、所述熱交換器、所述微流體通道和所述泵送系統(tǒng)的所述一個(gè)或多個(gè)芯片或襯底由至少50%的結(jié)晶石英組成或包括至少50%的結(jié)晶石英，其中所述結(jié)晶石英的選定部分用輻射處理以將熱導(dǎo)率局部降低到期望水平。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括用于控制所述微流體系統(tǒng)中的氦-3的壓力和溫度的閥和計(jì)算機(jī)，其中，所述計(jì)算機(jī)：
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述微流體通道的尺寸被設(shè)計(jì)成將所述混合室與所述熱交換器和所述蒸餾器熱隔離。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)聯(lián)接到所述蒸餾器以促進(jìn)所述氦-3從所述蒸餾器中的所述混合物的蒸發(fā)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括用于將所述設(shè)備熱耦合到所述混合室的安裝件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述安裝件包括在包括混合室上的平面柵格陣列、球柵格陣列、引線鍵合或彈簧針。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，被配置成使得所述混合室的溫度t是這樣的，使得kbt小于用于使用所述設(shè)備操縱量子位的激發(fā)能量。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述設(shè)備包括量子計(jì)算機(jī)中的量子傳感器或量子處理器，用于對(duì)量子位執(zhí)行操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述混合室、所述蒸餾器、所述熱交換器、所述第一微流體通道和所述第二微流體通道各自具有在1?nm至1000微米的范圍內(nèi)的長度、寬度和深度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的微流體稀釋制冷機(jī)，其中，所述熱交換器中的結(jié)構(gòu)具有在1nm至1000微米的范圍內(nèi)的直徑、高度和間距。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流體稀釋制冷機(jī)，還包括：