CN221149287U - 一种制冷机及量子计算机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种制冷机及量子计算机。制冷机包括室温盘和多个冷盘，室温盘上包括隔绝制冷机内外部的真空穿板组件，每一冷盘上均固定安装有加热模块，加热模块与温度控制设备通信连接，加热模块包括温度保护开关以及加热器件；温度控制设备通过真空穿板组件与温度保护开关或加热器件连接，温度保护开关与加热器件连接。通过本申请实施例提供的技术方案，通过制冷机冷盘上安装的加热模块中的加热器件产生热能，使得制冷机内部的温度快速回升，从而降低了制冷机内部温度回升所需的时长。

Description

一种制冷机及量子计算机

技术领域

本申请涉及低温设备技术领域，特别是涉及一种制冷机及量子计算机。

背景技术

在量子计算领域，量子芯片对其运行环境的温度要求较为苛刻，一般需要在极低温度(如10毫开)下进行量子计算。目前，将量子芯片部署在制冷机(如稀释制冷机)内部，通过对制冷机内部温度的调控实现对量子芯片运行环境的支持。

针对上述制冷机，其内部温度变换过程可以包括温度降低过程以及温度回升过程。其中，温度降低过程为制冷机内部温度可以由室温降低至量子芯片运行所需的温度的过程；温度回升过程为制冷机内部温度由量子芯片运行所需的温度恢复至室温的过程。

在上述温度回升过程中，由于制冷机内部器件的特殊性，即制冷机内部的低温器件处于真空环境，且各低温器件均做过防辐射漏热处理，因此，目前制冷机内部温度回升过程完全依赖于制冷机内部温度自然恢复至室温，这一过程需要耗费较长的时间。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种制冷机及量子计算机，以通过制冷机冷盘上安装的加热模块中的加热器件产生热能，使得制冷机内部的温度快速回升，从而降低制冷机内部温度回升所需的时长。具体技术方案如下：

本申请实施例提供了一种制冷机，所述制冷机包括室温盘和多个冷盘，所述室温盘上包括隔绝制冷机内外部的真空穿板组件，每一冷盘上均固定安装有加热模块，所述加热模块与温度控制设备通信连接，所述加热模块包括温度保护开关以及加热器件；

所述温度控制设备通过所述真空穿板组件与所述温度保护开关或所述加热器件电连接，所述温度保护开关与所述加热器件电连接。

可选的，所述真空穿板组件为密封连接件；

所述温度控制设备通过第一导线与所述密封连接件位于所述制冷机外侧的端口连接；

所述温度保护开关或所述加热器件通过第二导线与所述密封连接件位于制冷机内侧的端口连接。

可选的，所述第一导线的材质为铜；

所述第二导线的材质为磷青铜、锰铜或不锈钢。

可选的，所述加热模块中还包括温度传感器；所述温度传感器与所述温度控制设备通信连接。

可选的，每一温度传感器通过3根或者4根导线与所述温度控制设备通信连接。

可选的，所述加热模块还包括导热基板；

所述温度保护开关和所述加热器件均固定安装在所述导热基板上，所述导热基板固定安装在所述冷盘上。

可选的，所述导热基板的材质为无氧铜或纯铝。

可选的，所述温度保护开关在自身温度小于等于预设温度阈值时导通，在自身温度大于所述预设温度阈值时断开。

可选的，所述预设温度阈值的取值范围在300开至500开之间。

本申请实施例还提供了一种量子计算机，包括如上述任一项所述的制冷机、以及位于所述制冷机内部的量子芯片。

本申请实施例提供的一种制冷机，针对制冷机冷盘上安装的加热模块中的加热器件，与该加热器件连接的温度控制设备通过向该加热器件供电的方式，使得该加热器件可以将电能转化为热能，并将产生的热能传输至加热模块所安装在的冷盘上，实现冷盘温度的提升，从而提升制冷机内部的温度，实现制冷机内部温度的快速回升，有效缩短了制冷机内部温度回升所需的时长。

另外，由于每一加热器件均连接有一个温度保护开关，这可以有效避免加热器件异常所导致制冷机内部温度过高现象的出现，实现对制冷机内部低温器件的有效保护。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的加热模块的第一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第一种连接示意图；

图3为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第二种连接示意图；

图4为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第三种连接示意图；

图5为本申请实施例提供的加热模块的第二种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的制冷机的一种结构示意图。

附图标记说明：

加热模块10、导热基板11、温度保护开关12、加热器件13、温度传感器14、温度控制设备20、制冷机30、真空穿板组件31、室温盘32、冷盘33、第二导线34、第一导线35。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决相关技术中的问题，本申请实施例提供了一种加热模块。如图1所示，图1为本申请实施例提供的加热模块的第一种结构示意图。

在图1中，加热模块10与温度控制设备20通信连接。其中，加热模块10可以包括温度保护开关12以及加热器件13。

上述温度控制设备20与温度保护开关12或加热器件13电连接，温度保护开关12与加热器件13电连接。

在本申请实施例中，上述温度控制设备20、温度保护开关12以及加热器件13三者之间串联，形成串联回路。具体如图1所示的串联回路，温度控制设备20的一端和温度保护开关12连接，另一端和加热器件13连接，温度保护开关12与加热器件13连接。

上述加热器件13可以为电阻加热器。例如，上述加热器件13可以为金属丝烧制的电阻，或者，上述加热器件13也可以为0.1微米(um)至20微米的金属膜制成的电阻等。上述加热器件13用于将电能转换为热能。

上述温度控制设备20用于对加热模块10的产热过程进行控制。例如，当温度控制设备20向加热模块10供电时，加热模块10中的加热器件13可以将电能转换为热能。当温度控制设备20停止向加热模块10供电时，加热模块10中的加热器件13上没有电能，无法实现电能的转换。

在本申请实施例中，考虑到上述加热模块10可以应用在低温设备，如上述制冷机中，由于低温设备中包含有大量的低温器件，因此，为了保证低温设备中低温器件的安全性，在上述加热模块10中可以设置有上述温度保护开关12。

一个可选的实施例中，上述温度保护开关12在自身温度小于等于预设温度阈值时导通，在自身温度大于预设温度阈值时断开。

具体的，当温度保护开关12的自身温度小于等于预设温度阈值时，可以认为当前温度不会对低温设备中低温器件的安全性造成影响。此时，温度保护开关12处于导通状态。若上述温度控制设备20向其串联的温度保护开关12和加热器件13供电，则整个串联电路是导通的。此时，加热器件13可以将电能转换为热能。

当温度保护开关12的自身温度大于预设温度阈值时，可以认为当前温度会对低温设备中的低温器件的安全性造成影响。此时，温度保护开关12处于断开状态。若上述温度控制设备20向其串联的温度保护开关12和加热器件13供电，则整个串联电路是断开的。此时，加热器件13上没有电能，无法产生热能。

在本申请实施例中，一旦上述温度保护开关12自身的温度大于上述预设温度阈值后，该温度保护开关12将处于断开状态。随着时间的流逝，温度保护开关12的温度可以逐渐冷却恢复到小于或等于预设温度阈值，此时，温度保护开关12也将恢复至导通状态。

上述预设温度阈值可以根据低温设备中的低温器件所适用的环境温度进行设置。

一个可选的实施例中，当上述加热模块10应用与上述制冷机时，上述预设温度阈值的取值范围可以在300K至500K之间。

根据上述加热器件13在不同低温设备中的应用，上述预设温度阈值的取值范围也将有所不同。在此，对上述预设温度阈值的取值范围不作具体限定。

一个可选的实施例中，上述温度保护开关12可以由双金属片制成。在此，对上述温度保护开关12不作具体限定。

一个可选的实施例中，上述温度控制设备20可以为温度控制仪表等设备。

在图1所示的实施例中，仅以温度控制设备20与一个加热模块10通信连接为例进行说明，并不起任何限定作用。当温度控制设备20通信连接的多个加热模块10时，上述温度控制设备20可以包括多路输出，每一输出电路的功率可以在10瓦(W)至100W之间。

一个可选的实施例中，当上述加热器件13为电阻加热器时，该加热器件13对应阻值的取值范围可以为10欧(Ω)至2000Ω之间。

在图1所示的实施例中，仅以加热模块10中包括的一个温度保护开关12以及一个加热器件13为例进行说明。上述加热模块10中包括的温度保护开关12以及加热器件13的数量可以为多个。在此，对上述加热模块10中包括的温度保护开关12以及加热器件13的数量不作具体限定。

一个可选的实施例中，上述加热模块10中可以包括一个温度保护开关12和多个加热器件13。

当上述加热模块10中包括一个温度保护开关12和多个加热器件13时，温度保护开关12、加热器件13以及温度控制设备20三者之间的连接关系可以为：该温度保护开关12、温度控制设备20以及所有加热器件13串联连接。具体可以如图2所示，图2为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第一种连接示意图。

当上述加热模块10中包括一个温度保护开关12和多个加热器件13时，温度保护开关12、加热器件13以及温度控制设备20三者之间的连接关系也可以为：所有的加热器件13并联后，与温度保护开关12和温度控制设备串联连接。具体可以如图3所示，图3为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第二种连接示意图。

另一个可选的实施例中，上述加热模块10中可以包括多个温度保护开关12和多个加热器件13。

为便于理解，仅以温度保护开关12的数量与加热器件13的数量相同为例进行说明。当上述加热模块10中包括多个温度保护开关12和多个加热器件13时，温度保护开关12、加热器件13以及温度控制设备20三者之间的连接关系可以为：针对每一温度保护开关12，将该温度保护开关12与一个加热器串联(记为串联模块)，所有串联模块并联后与温度控制设备20串联。具体如图4所示，图4为本申请实施例提供的加热模块与温度控制设备通信连接的第三种连接示意图。

在本申请实施例中，上述温度保护开关12、加热器件13以及温度控制设备20三者之间的连接关系可以根据用户需求等进行设置，在此不作具体限定。

在上述图2、图3和图4所示的实施例中，仅以加热模块10包括三个加热器件13为例进行说明，并不起任何限定作用。

一个可选的实施例中，如上述图1所示，上述加热模块10中还可以包括导热基板11。上述温度保护开关12和加热器件13均可以固定安装在导热基板11上。

一个可选的实施例中，上述温度保护开关12和加热器件13可以通过机械按压的方式固定安装在上述导热基板11上，也可以通过导热胶粘连的方式固定安装在上述导热基板11上。

在本申请实施例中，为便于加热模块10中加热器件13所产生的热能可以及时通过热辐射的方式进行传输，上述导热基板11可以利用导热性较好的材料制作得到。例如，上述导热基板11的材质可以为无氧铜、纯铝或者高纯氧化铝等，其中，纯铝中铝的含量至少为90％。在此，对上述导热基板11的材质不作具体限定。

一个可选的实施例中，上述加热模块10中还可以包括温度传感器14。该温度传感器14与上述温度控制设备通信连接。具体如图5所示，图5为本申请实施例提供的加热模块的第二种结构示意图。

上述加热模块10中包括的温度传感器14的数量可以为一个或多个，具体可以根据加热模块10中加热器件13的数量进行设置。例如，加热模块10中包括的温度传感器14的数量可以与加热器件13的数量相同。在此，对上述加热模块10中温度传感器14的数量不作具体限定。

一个可选的实施例中，上述温度传感器14可以为电阻传感器。例如，温度传感器14可以铂电阻、二极管、热电偶或薄膜氮氧化锆电阻。在此，对上述温度传感器14不作具体限定。

在上述实施例中，上述温度传感器14与温度控制设备20通信连接后，温度控制设备20可以实时获取温度传感器14当前时刻的阻值，从而根据预先针对该温度传感器14标定的阻值与温度之间的对应关系，确定加热模块所处环境的温度，便于及时确定温度回升进度。

考虑到上述温度传感器14与温度控制设备20之间导线的阻值，会对温度控制设备20获取到的温度传感器14的阻值的准确性产生影响，针对上述加热模块10中的每一温度传感器14，该温度传感器14可以通过3根或者4根导线与上述温度控制设备20通信连接。

当上述温度传感器14通过3根或4根导线与温度控制设备20，温度控制设备20可以采用三线制电阻测量方法或者四线制电阻测量方法，获取温度传感器14的准确阻值，消除导线电阻对温度传感器14阻值获取的干扰，提高获得的温度传感器14的准确性，从而提高确定出的加热模块所在环境温度的准确性，加强对加热模块所在环境温度的准确把控。关于采用三线制电子测量方法和四线制电阻测量方法获取温度传感器14阻值的方法可参照相关技术中的测量方法，在此不作具体说明。

在本申请实施例中，温度传感器14可以通过机械按压的方式安装在上述导热基板11上，也可以通过导热胶粘连的方式安装在上述导热基板11上。

基于同一种构思，基于上述图1或图5所示的加热模块10，本申请实施例还提供了一种制冷机。如图6所示，图6为本申请实施例提供的制冷机的一种结构示意图。

在图6所示的制冷机30中，制冷机30包括室温盘32和多个冷盘33，室温盘32上包括隔绝制冷机内外部的真空穿板组件31，每一冷盘33上均固定安装有加热模块10，加热模块10与温度控制设备20通信连接，加热模块10包括温度保护开关12以及加热器件13；

温度控制设备20通过真空穿板组件31与温度保护开关12或加热器件13电连接，温度保护开关12与加热器件13电连接。

在本申请实施例中，根据每一冷盘33的大小的不同，以及每一冷盘所在层的当前温度的不同，各冷盘33上安装的加热模块10的数量，以及加热模块10对应的阻值也将有所不同。

例如，量子芯片在制冷机中安装的位置为最底层冷盘33所在的层。当量子芯片所在层的温度为量子芯片运行所需温度时，制冷机内部各冷盘33所在层的温度依次递减。也就是制冷机中各冷盘33所在的层的温度自上而下依次递减。此时，为了尽可能使得制冷机中每一层的温度可以同时恢复至室温，自上而下各冷盘33上安装的加热模块10的数量可以依次递增，各加热器件13的阻值也可以依次递增。

上述图6仅以每一冷盘33上安装有一个加热模块10为例进行说明，并不起任何限定作用。

一个可选的实施例中，针对每一冷盘33，上述加热模块10可以通过机械按压的方式固定在该冷盘33上，也可以通过导热胶粘连的方式固定在该冷盘33上。

另一个可选的实施例中，当上述加热模块10中还包括导热基板11时，导热基板11固定安装在冷盘33上。

上述加热模块10中的导热基板11可以直接通过机械按压的方式或者导热胶粘连的方式固定安装在冷盘33上。

一种可选的实施例中，相关技术制冷机30内部为几乎为真空环境，上述温度控制设备20设置在制冷机30外部，即大气环境中，为避免温度控制设备20与加热模块10之间的通信连接的导线对制冷机30内部真空环境的影响，上述制冷机30的室温盘32上可以设置有隔绝制冷机30内外部的至少一个真空穿板组件31。

在上述图1、图5和图6所示的实施例中，仅以导热基板为L型为例进行说明。当导热基板为L型时，加热器件13的安装位置可以如图1和图5所示，即位于导热基板11与冷盘33接触面平行的位置上。这有效减少了导热基板11在冷盘上所需的安装面积，便于加热器件13产生的热能可以及时通过导热基板11传输至冷盘33。

在本申请实施例中，根据上述导热基板11上固定安装的温度传感器14、温度保护开关12以及加热器件13的数量的不同，对上述导热基板11的形状可以采用不同的设计。在此，对上述导热基板11的形状不作具体限定。

上述真空穿板组件31除了用于隔绝制冷机30的内部和外部以外，还可以用于实现制冷机30内部与外部之间信号传输。

一个可选的实施例中，上述真空穿板组件31可以为密封连接件。

上述温度控制设备20可以通过第一导线35与密封连接件位于制冷机外侧的端口连接。上述温度保护开关12或加热器件13可以通过第二导线34与密封连接件位于制冷机内侧的端口连接。

上述温度传感器14也可以通过第二导线34与密封连接件位于制冷机内侧的端口连接。

一个可选的实施例中，针对上述第一导线35，为了降低第一导线35的电阻，上述第一导线35的材质可以为铜，即第一导线35可以为铜线。

一个可选的实施例中，针对上述第一导线35，为避免外界环境中的信号干扰，上述第一导线35中可以设置有电磁屏蔽层。例如，在铜线的外部包裹一层金属编织层。

一个可选的实施例中，针对上述第二导线34，为了降低导线漏热情况的发生，上述第二导线34的材质可以为磷青铜、锰铜、不锈钢或者超导线。

在本申请实施例中，对上述第一导线35和第二导线34的材质不作具体限定。

基于同一种构思，本申请实施例还提供了一种量子计算机，包括如上述制冷机、以及位于所述制冷机内部的量子芯片。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种制冷机，其特征在于，所述制冷机包括室温盘和多个冷盘，所述室温盘上包括隔绝制冷机内外部的真空穿板组件，每一冷盘上均固定安装有加热模块，所述加热模块与温度控制设备通信连接，所述加热模块包括温度保护开关以及加热器件；

所述温度控制设备通过所述真空穿板组件与所述温度保护开关或所述加热器件电连接，所述温度保护开关与所述加热器件电连接。

2.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所述真空穿板组件为密封连接件；

所述温度控制设备通过第一导线与所述密封连接件位于所述制冷机外侧的端口连接；

所述温度保护开关或所述加热器件通过第二导线与所述密封连接件位于制冷机内侧的端口连接。

3.根据权利要求2所述的制冷机，其特征在于，所述第一导线的材质为铜；

所述第二导线的材质为磷青铜、锰铜或不锈钢。

4.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所述加热模块中还包括温度传感器；所述温度传感器与所述温度控制设备通信连接。

5.根据权利要求4所述的制冷机，其特征在于，每一温度传感器通过3根或者4根导线与所述温度控制设备通信连接。

6.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所述加热模块还包括导热基板；

所述温度保护开关和所述加热器件均固定安装在所述导热基板上，所述导热基板固定安装在所述冷盘上。

7.根据权利要求6所述的制冷机，其特征在于，所述导热基板的材质为无氧铜或纯铝。

8.根据权利要求1所述的制冷机，其特征在于，所述温度保护开关在自身温度小于等于预设温度阈值时导通，在自身温度大于所述预设温度阈值时断开。

9.根据权利要求8所述的制冷机，其特征在于，所述预设温度阈值的取值范围在300开至500开之间。

10.一种量子计算机，其特征在于，包括如上述权利要求1-9任一项所述的制冷机、以及位于所述制冷机内部的量子芯片。