CN114783682A - 一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1）以NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒为原材料，制备NbTi/CuNi单芯超导线及无氧铜线A和B；2）将NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，并对无氧铜线B进行镀锡；3）将绝缘后的两者分别进行双绞线绞制、24对绞缆，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆；4）用镀锡铜线对步骤3）的线材表面进行编织；5）最后，在编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线。本发明制备的双绞线经过实际验证，其线材在4K下的电阻＜1Ω，完全满足量子计算机的使用需求。

Description

一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法
技术领域
本发明属于超导复合缆材加工领域，具体涉及一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法。
背景技术
量子计算机是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。它以量子态为记忆单元和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。其特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。相比传统计算机，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。
众所周知，量子比特使量子计算机能够以比传统计算机快很多倍的速度执行任何计算工作，而量子计算机的运算主要依靠量子芯片。量子芯片的工作环境需要在30mK以下，而超导线在低温下零电阻的特性不会影响量子芯片的低温环境，因此用于量子计算中的弱电供应。而该线的制备技术一直被国外垄断，有鉴于此，本发明人提出一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，以填补国内技术的空白。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，该制备方法以NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒为原材料，经过穿管、旋锻、拉拔、镀锡、双绞线绞制等处理后获得NbTi/CuNi缆、无氧铜缆以及镀锡铜线，然后将镀锡铜线编织在NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面，最后再安装转接头，即可获得量子计算机用低温直流双绞线，该双绞线材经过实际验证其在4K下的电阻＜1Ω，完全满足量子计算机使用需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，所述制备方法包括以下具体步骤：
步骤一、先以NbTi棒和CuNi管作为原材料，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端使两者紧密结合，并使其能穿过拉拔模具，再进行冷拉拔，获得NbTi/CuNi单芯超导线；然后再以高纯无氧铜棒为原材料，冷拉拔后获得无氧铜线A和无氧铜线B，且无氧铜线A的直径大于无氧铜线B的直径；
步骤二、将步骤一获得的NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别涂漆绝缘用作导体，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线；
步骤三、将步骤二获得的绝缘NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘无氧铜线A 分别进行双绞线绞制，再分别进行24对绞缆，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆；
步骤四、用步骤二制备的镀锡铜线在步骤三获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织；
步骤五、给步骤四编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线。
进一步地，所述步骤一中采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，所述NbTi棒的直径为20～50mm，同时CuNi管中Ni含量为5～30wt.%，CuNi管的外径为Φ40～70mm，高纯无氧铜棒的直径为40～70mm。
进一步地，所述步骤二中的涂漆绝缘材料采用120级聚乙烯醇缩甲醛或200级聚酯亚胺-聚酰胺酰亚胺，绝缘层厚度均为0.03～0.1mm，镀锡铜线直径为0.07～0.1mm。
进一步地，所述步骤三中双绞线节距为2～20mm，绞制速度为50～100m/h，NbTi/CuNi缆和无氧铜缆中双绞线的股数为48股，共有两种绞缆方式，一种是2+8+14，另一种是4×6。
进一步地，所述步骤四中编织线速度为30～60m/h，编织节距为5～20mm，镀锡铜线编织层的作用是用于静电屏蔽。
进一步地，所述步骤五中先对编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头。
进一步地，所述步骤一中获得的NbTi/CuNi单芯超导线直径与冷拉拔后的无氧铜线A直径相同，且两者分别经步骤三涂漆绝缘后的直径也相同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，该制备方法先以NbTi棒和CuNi管为原材料，经过穿过、旋锻和冷拉拔后获得NbTi/CuNi单芯超导线，然后以高纯无氧铜棒为原材料，经过冷拉拔为无氧铜线A和无氧铜线B；再对NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，对无氧铜线B进行镀锡；然后再对绝缘NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘无氧铜线A进行双绞线绞制；其次在用镀锡的无氧铜线B对其表面积进行编织；最后对编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线。该工艺填补国内量子计算机用弱电供应线领域的技术空白，实现量子计算机用低温直流双绞线批量化国产。且经过实际验证，其线材在4K下的电阻＜1Ω，完全满足量子计算机使用需求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法流程图；
图2是本发明实施例1采用2+8+14绞缆方式制备的双绞线横截面结构示意图；
图3是本发明实施例2采用4×6绞缆方式制备的双绞线横截面结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
请参见图1所示，本发明提供一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤一、先以NbTi棒和CuNi管作为原材料，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端使两者紧密结合，并使其能穿过拉拔模具，再进行冷拉拔，获得NbTi/CuNi单芯超导线；然后再以高纯无氧铜棒为原材料，冷拉拔后获得无氧铜线A和无氧铜线B，且无氧铜线A的直径大于无氧铜线B的直径；
具体的，步骤一中采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，NbTi棒的直径为20～50mm，同时CuNi管中Ni含量为5～30wt.%，CuNi管的外径为40～70mm，高纯无氧铜棒的直径为40～70mm，为了保证NbTi棒在NbTi/CuNi单芯超导线中的圆度和中心度，本发明采用穿管法制备，旋锻的目的是让NbTi棒和CuNi管结合紧密，同时能够穿过拉拔模具。
步骤二、将步骤一获得的NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别涂漆绝缘用作导体，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线；
具体的，步骤二中的涂漆绝缘材料采用120级聚乙烯醇缩甲醛（PVF）或200级聚酯亚胺-聚酰胺酰亚胺（PEI-PAI），绝缘层厚度均为0.03～0.1mm，镀锡铜线直径为0.07～0.1mm。
步骤三、将步骤二获得的绝缘NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘无氧铜线A分别进行双绞线绞制，再分别进行24对绞缆，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆；
具体的，步骤三中双绞线节距为2～20mm，绞制速度为50～100m/h，NbTi/CuNi缆和无氧铜缆中双绞线的股数为48股，共有两种绞缆方式：一种是2+8+14，采用该方法的缆线结构稳定，但是股线无法充分换位，影响散热；另一种是4×6，采用该方法的缆线，其股线可以充分换位，散热较好，但是结构稳定性较差。
步骤四、用步骤二制备的镀锡铜线在步骤三获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织；
具体的，步骤四中编织线速度为30～60m/h，编织节距为5～20mm，镀锡铜线编织层的作用是用于静电屏蔽。
步骤五、给步骤四编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线；
具体的，步骤五中先对编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头。
为了进一步验证本发明制备方法的功效，发明人进行了如下具体实施例：
实施例1
1）首先，采用NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒作为原材料，选用的NbTi棒中Nb含量为50wt.%，NbTi棒直径为20mm，CuNi管中Ni含量为5wt.%，CuNi管的外径为40mm，选用的高纯无氧铜棒直径为40mm；为了保证NbTi棒在NbTi/CuNi单芯超导线中的圆度和中心度，本实施例采用穿管法制备，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端，让NbTi棒和CuNi管结合紧密，同时能够穿过拉拔模具，拉拔为Φ0.10mm的NbTi/CuNi单芯超导线，再将高纯无氧铜棒分别冷拉拔为Φ0.10mm无氧铜线A和Φ0.05mm无氧铜线B。
2）再采用120级聚乙烯醇缩甲醛（PVF）将步骤1）获得Φ0.10mm的 NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，绝缘后直径均为Φ0.13mm，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线，镀锡铜线直径为Φ0.07mm。
3）将步骤2）绝缘的NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘的无氧铜线A分别进行双绞线绞制，双绞节距为2mm，绞制速度为50m/h，制备为NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜A双绞线，随后分别对NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜双绞线A进行24对绞缆，采用2+8+14的绞缆方式，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆，如图2所示。
4）用步骤2）制备的直径为Φ0.07mm镀锡铜线对步骤3）获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织，起到静电屏蔽的作用，编织线速度为30m/h，编织节距为5mm。
5）最后，先对步骤4）编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线，且该线材经过实际验证在4K下的电阻＜1Ω。
实施例2
1）首先，采用NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒作为原材料，选用的NbTi棒中Nb含量为53wt.%，NbTi棒直径为30mm，CuNi管中Ni含量为10wt.%，CuNi管的外径为50mm，选用的高纯无氧铜棒直径为50mm；为了保证NbTi棒在NbTi/CuNi单芯超导线中的圆度和中心度，本实施例采用穿管法制备，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端，让NbTi棒和CuNi管结合紧密，同时能够穿过拉拔模具，拉拔为Φ0.10mm的NbTi/CuNi单芯超导线，再将高纯无氧铜棒分别冷拉拔为Φ0.10mm无氧铜线A和Φ0.05mm无氧铜线B。
2）再采用120级聚乙烯醇缩甲醛（PVF）将步骤1）获得Φ0.10mm的 NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，绝缘后直径均为Φ0.13mm，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线，镀锡铜线直径为Φ0.08mm。
3）将步骤2）绝缘的NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘的无氧铜线A分别进行双绞线绞制，双绞节距为5mm，绞制速度为70m/h，制备为NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜A双绞线，随后分别对NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜双绞线A进行24对绞缆，采用4×6的绞缆方式，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆，如图3所示。
4）用步骤2）制备的直径为Φ0.08mm镀锡铜线对步骤3）获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织，起到静电屏蔽的作用，编织线速度为40m/h，编织节距为10mm。
5）最后，先对步骤4）编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线，且该线材经过实际验证在4K下的电阻＜1Ω。
实施例3
1）首先，采用NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒作为原材料，选用的NbTi棒中Nb含量为55wt.%，NbTi棒直径为40mm，CuNi管中Ni含量为20wt.%，CuNi管的外径为60mm，选用的高纯无氧铜棒直径为60mm；为了保证NbTi棒在NbTi/CuNi单芯超导线中的圆度和中心度，本实施例采用穿管法制备，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端，让NbTi棒和CuNi管结合紧密，同时能够穿过拉拔模具，拉拔为Φ0.15mm的NbTi/CuNi单芯超导线，再将高纯无氧铜棒分别冷拉拔为Φ0.15mm无氧铜线A和Φ0.05mm无氧铜线B。
2）再采用200级聚酯亚胺-聚酰胺酰亚胺（PEI-PAI）将步骤1）获得Φ0.15mm的NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，绝缘后直径均为Φ0.20mm，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线，镀锡铜线直径为Φ0.09mm。
3）将步骤2）绝缘的NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘的无氧铜线A分别进行双绞线绞制，双绞节距为10mm，绞制速度为85m/h，制备为NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜A双绞线，随后分别对NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜双绞线A进行24对绞缆，采用2+8+14的绞缆方式，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆。
4）用步骤2）制备的直径为Φ0.09mm镀锡铜线对步骤3）获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织，起到静电屏蔽的作用，编织线速度为50m/h，编织节距为15mm。
5）最后，先对步骤4）编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线，且该线材经过实际验证在4K下的电阻＜1Ω。
实施例4
1）首先，采用NbTi棒、CuNi管和高纯无氧铜棒作为原材料，选用的NbTi棒中Nb含量为60wt.%，NbTi棒直径为50mm，CuNi管中Ni含量为30wt.%，CuNi管的外径为70mm，选用的高纯无氧铜棒直径为70mm；为了保证NbTi棒在NbTi/CuNi单芯超导线中的圆度和中心度，本实施例采用穿管法制备，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端，让NbTi棒和CuNi管结合紧密，同时能够穿过拉拔模具，拉拔为Φ0.10mm的NbTi/CuNi单芯超导线，再将高纯无氧铜棒分别冷拉拔为Φ0.10mm无氧铜线A和Φ0.05mm无氧铜线B。
2）再采用200级聚酯亚胺-聚酰胺酰亚胺（PEI-PAI）将步骤1）获得Φ0.10mm的NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别进行涂漆绝缘，绝缘后直径均为Φ0.20mm，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线，镀锡铜线直径为Φ0.10mm。
3）将步骤2）绝缘的NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘的无氧铜线A分别进行双绞线绞制，双绞节距为20mm，绞制速度为100m/h，制备为NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜A双绞线，随后分别对NbTi/CuNi单芯双绞超导线和无氧铜双绞线A进行24对绞缆，采用4×6的绞缆方式，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆。
4）用步骤2）制备的直径为Φ0.10mm镀锡铜线对步骤3）获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织，起到静电屏蔽的作用，编织线速度为60m/h，编织节距为20mm。
5）最后，先对步骤4）编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线，且该线材经过实际验证在4K下的电阻＜1Ω。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下具体步骤：
步骤一、先以NbTi棒和CuNi管作为原材料，将NbTi棒穿过CuNi管后，旋锻物料的一端使两者紧密结合，并使其能穿过拉拔模具，再进行冷拉拔，获得NbTi/CuNi单芯超导线；然后再以高纯无氧铜棒为原材料，冷拉拔后获得无氧铜线A和无氧铜线B，且无氧铜线A的直径大于无氧铜线B的直径；
步骤二、将步骤一获得的NbTi/CuNi单芯超导线和无氧铜线A分别涂漆绝缘用作导体，再将无氧铜线B进行镀锡制备为镀锡铜线；
步骤三、将步骤二获得的绝缘NbTi/CuNi单芯超导线和绝缘无氧铜线A分别进行双绞线绞制，再分别进行24对绞缆，获得NbTi/CuNi缆和无氧铜缆；
步骤四、用步骤二制备的镀锡铜线在步骤三获得的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆表面进行编织；
步骤五、给步骤四编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆安装转接头，最终获得量子计算机用低温直流双绞线。
2.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤一中采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，所述NbTi棒的直径为20～50mm，同时CuNi管中Ni含量为5～30wt.%，CuNi管的外径为40～70mm，高纯无氧铜棒的直径为40～70mm。
3.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的涂漆绝缘材料采用120级聚乙烯醇缩甲醛或200级聚酯亚胺-聚酰胺酰亚胺，绝缘层厚度均为0.03～0.1mm，镀锡铜线直径为0.07～0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中双绞线节距为2～20mm，绞制速度为50～100m/h，NbTi/CuNi缆和无氧铜缆中双绞线的股数为48股，共有两种绞缆方式，一种是2+8+14，另一种是4×6。
5.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤四中编织线速度为30～60m/h，编织节距为5～20mm，镀锡铜线编织层的作用是用于静电屏蔽。
6.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤五中先对编织后的NbTi/CuNi缆和无氧铜缆用转接头进行连接，再对两支缆材的另一端分别安装转接头。
7.根据权利要求1所述的一种量子计算机用低温直流双绞线的制备方法，其特征在于，所述步骤一中获得的NbTi/CuNi单芯超导线直径与冷拉拔后的无氧铜线A直径相同，且两者分别经步骤三涂漆绝缘后的直径也相同。
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