Ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Koaxialkabels für Quantencomputer umfasst folgende Schritte: Einbringen einer NbTi-Legierungsschmelze in die untere Kammer eines Vakuumofens; Vorheizen einer Metallkapillarform und Einbringen dieser in die obere Kammer des Vakuumofens; Anpassen des Vakuums in der unteren und oberen Kammer des Vakuumofens, um die NbTi-Legierungsschmelze in die Metallkapillarform zu ziehen; Abkühlen und anschließendes Öffnen der Form zum Entnehmen der NbTi-Kapillare; Kaltziehen eines NbTi/Cu-Einkern-Baustabs, Abätzen des Kupfers zur Gewinnung von NbTi-Filamenten; mehrmaliges Beschichten und Aushärten der NbTi-Filamente mit PTFE-Beschichtungsmaterial zur Gewinnung von NbTi-Filamenten mit einer Isolierschicht; Einbetten der NbTi-Filamente mit der Isolierschicht in die NbTi-Kapillare und Verschweißen der Verbindung zur Herstellung des supraleitenden Koaxialkabels. Diese Anwendung reduziert die Fertigungsschwierigkeiten von supraleitenden Koaxialkabeln durch die Kombination von Vakuumgieß- und Beschichtungshärtungstechnologien.
Das supraleitende Koaxialkabel wird hergestellt, indem ein Innenleiter unter Beibehaltung der koaxialen Ausrichtung in ein Außenleiterrohr eingeführt wird. Anschließend wird der Raum zwischen Innenleiter und Außenleiterrohr mit Harzmaterial gefüllt und dieses verdichtet. Der halbfertige Koaxialkabelkörper wird erhitzt, um das Harzmaterial aufzuschäumen und eine dielektrische Schicht zu bilden. Abschließend wird das Halbfertigprodukt evakuiert und mit Inertgas gefüllt, um eine Inertgasschicht zu erzeugen.
Der bisherige Stand der Technik konzentriert sich jedoch auf die Weiterverarbeitung von Innenleiter und Außenleiterrohr, ohne den Herstellungsprozess von Innenleiter und Außenleiterrohr selbst zu behandeln. Darüber hinaus ist der Herstellungsprozess des Standes der Technik relativ komplex, was die Fertigung supraleitender Koaxialkabel erschwert.
Diese Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung supraleitender Koaxialkabel für Quantencomputer vor. Ziel ist es, das Problem bestehender Technologien zu lösen, die keine zuverlässigen Fertigungsprozesse für den Innenleiter und das Außenleiterrohr selbst bieten. Dies führt zu komplexen Fertigungsprozessen und erschwert die Herstellung supraleitender Koaxialkabel erheblich.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Koaxialkabels für Quantencomputer bereit, das folgende Schritte umfasst:
Schritt 1: Einbringen einer gereinigten NbTi-Legierungsschmelze in einen Tiegel in der unteren Kammer eines Vakuumofens.
Schritt 2: Vorheizen einer Metallkapillarform und Einbringen in die obere Kammer des Vakuumofens.
Schritt 3: Anpassen des Vakuums in der unteren und oberen Kammer des Vakuumofens, um die NbTi-Legierungsschmelze in die Metallkapillarform zu saugen. Nach dem Abkühlen wird die Form geöffnet und die NbTi-Kapillare entnommen.
Schritt 4: Kaltziehen eines NbTi/Cu-Einkern-Montagestabs als Rohmaterial zur Gewinnung eines NbTi/Cu-Einkerndrahts. Nach dem Wegätzen des Kupfers erhält man NbTi-Filamente.
Schritt 5: Die NbTi-Filamente werden wiederholt mit einem PTFE-Beschichtungsmaterial beschichtet und ausgehärtet, um ein NbTi-Filament mit einer Isolierschicht zu erhalten.
Schritt 6: Das NbTi-Filament mit der Isolierschicht wird in die NbTi-Kapillare eingebettet und an beiden Enden verschweißt, um ein supraleitendes Koaxialkabel für Quantencomputer zu erhalten.
In einer möglichen Ausführungsform ist in Schritt 1 der Vakuumgrad der unteren Kammer des Vakuumofens im Bereich von 0,003–0,09 Pa regelbar, und der Massenanteil der Verunreinigungen in der gereinigten NbTi-Legierungsschmelze beträgt weniger als 0,1 %.
In einer möglichen Ausführungsform beträgt in Schritt 2 die Vorheiztemperatur der Metallkapillarform 1300–1800 °C, und der Vakuumgrad der oberen Kammer des Vakuumofens ist im Bereich von … regelbar. 0,000003–0,003 Pa.
In einer möglichen Ausführungsform werden in Schritt drei die Vakuumgrade der unteren und oberen Kammer des Vakuumofens eingestellt. Das Verhältnis der Vakuumgrade der unteren Kammer zum Vakuumgrad der oberen Kammer liegt zwischen 400 und 1000, und die Geschwindigkeit, mit der die NbTi-Legierungsschmelze in die Metallkapillarform eingezogen wird, liegt zwischen 1 und 5 mm/s.
In one possible implementation, in step four, the cold drawing pass rate of the NbTi/Cu single-core assembly rod as raw material is between 5% and 15%, and the final diameter of the NbTi/Cu single-core wire is between 0.1 and 0.9 mm.
In one possible implementation, in step four, the copper removal etching uses a 5-8 mol/L sulfuric acid solution, and the etching time is between 10 and 30 minutes.
In one possible implementation, in step five, the PTFE coating material comprises: 60%-75% PTFE emulsion by mass, 0.2%-0.6% defoamer by mass, 0.2%-0.6% wetting agent by mass, and the balance being high-purity water.
The electrical conductivity of the PTFE coating material at 25°C is less than 0.1 μS/cm.
In one possible implementation, in step five, the curing temperature is 100-250°C, and the number of coating and curing cycles is between 5 and 15.
In one possible implementation, in step six, the NbTi filament with the insulating layer is embedded into the NbTi capillary using a magnetic screwing method.
