WO2022194589A1 - Accès facile par un système d'ouverture latérale partielle - Google Patents

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WO2022194589A1
WO2022194589A1 PCT/EP2022/055700 EP2022055700W WO2022194589A1 WO 2022194589 A1 WO2022194589 A1 WO 2022194589A1 EP 2022055700 W EP2022055700 W EP 2022055700W WO 2022194589 A1 WO2022194589 A1 WO 2022194589A1
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WO
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enclosure
cryogenic
refrigeration system
door
refrigeration
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/055700
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English (en)
Inventor
Olivier GUIA
Luc Gaffet
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D25/00—Charging, supporting, and discharging the articles to be cooled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D23/00—General constructional features
    • F25D23/02—Doors; Covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/102—Stationary cabinets

Definitions

  • Quantum computing is a relatively restrictive application currently under development.
  • low or very low temperatures are understood to mean temperatures potentially down to the range of temperatures from one milliKelvin to one hundred milliKelvin.
  • the traditional means of obtaining refrigeration power at temperatures in the range of miliKelvin to the hundred or several hundred miliKelvin is the helium3 and helium4 dilution refrigerator.
  • the first door gives access to the second door.
  • a refrigeration system is thus obtained which allows easy and quick access to the interior of the second enclosure.
  • the handling means are limited or even non-existent and the costs and time required to install a device to be cooled in the second enclosure are reduced.
  • the first door comprises a first frame on which a first panel is removably mounted
  • the second door comprises a second frame on which a second panel is removably mounted.
  • the first enclosure and/or the second enclosure is a cylinder whose directing curve is polygonal, preferably octagonal, the panels being flat.
  • the system comprises a third door made in the first wall and a fourth door made in the second wall substantially opposite the third door.
  • the times and costs for installing a device in the second enclosure are further reduced when the first and second doors belong to a first airlock and the third and fourth doors belong to a second airlock, the first airlock and the second airlock being arranged to provide autonomous and independent access from the exterior of the first enclosure to the interior of the second enclosure respectively to a first module and a second module which both comprise a slot configured to receive at least one quantum chip, a sensor, a superconducting element, scanning tunneling microscope (STM) or other object to be cooled.
  • STM scanning tunneling microscope
  • the first door and/or the second door comprises a support for receiving an element to be cooled.
  • first cryogenic enclosure comprises a first end face through which extends a first heat transfer element of the first cold source and/or the second cryogenic enclosure comprises a second end face through which extends a second heat transfer element of the second cold source.
  • the first wall comprises a first cylindrical structure with a polygonal base on which are attached a plurality of first panels, at least one first panel being removably mounted on the first structure to constitute the first door and/or the second wall comprises a second cylindrical structure with a polygonal base on which are attached a plurality of second quadrangular plates, at least one second plate being removably mounted on the second structure to form the second door.
  • each face of the first and second walls can be removable and constitute a door.
  • the thermal losses of the system are reduced when the first cryogenic enclosure is included in a first external enclosure or even when the first external enclosure is included in a second external enclosure.
  • the first cold source is configured to maintain a temperature comprised between 2.5 Kelvins and 5 Kelvins, preferably substantially equal to 4 Kelvins, inside the first enclosure
  • the second cold source is configured to maintain a temperature comprised between 0.6 Kelvins and 1.5 Kelvins inside the second enclosure.
  • the first external enclosure is thermally connected to a third cold source, preferably configured to maintain a temperature of between forty Kelvins and one hundred Kelvins inside the first additional enclosure.
  • the subject of the present invention is a refrigeration system for receiving independent modules comprising quantum chips operating at very low temperatures, comprising:
  • first cryogenic enclosure thermally connected to at least a first cold source, the first cryogenic enclosure and the first cold source being configured to make it possible to maintain a temperature less than or equal to 150 K inside the first cryogenic enclosure
  • cryogenic enclosure included inside the first cryogenic enclosure and thermally connected to at least one second cold source, the second cryogenic enclosure and the second cold source being configured to make it possible to maintain a temperature less than or equal to 6 K at inside the second cryogenic chamber,
  • the is a schematic view in longitudinal section of a refrigeration system according to a third embodiment of the invention; the is a perspective detail view of a refrigeration system according to a fourth embodiment of the invention;
  • the refrigeration system comprises a first cryogenic enclosure 10 defined by a first wall 11.
  • the enclosure 10 When the refrigeration system is running (active) the enclosure 10 is preferably under vacuum, that is to say at a pressure of less than one ten thousandth of a millibar.
  • the system 1 also comprises a second cryogenic enclosure 50 defined by a second wall 51 which extends opposite the first wall 11.
  • the enclosure 50 is preferably under vacuum, that is to say at a pressure less than one ten thousandth of a millibar.
  • the enclosure 50 is included inside the enclosure 10.
  • the walls 11 and 51 are separated from each other by a non-zero distance.
  • the two enclosures 10 and 50 preferably share the same vacuum atmosphere.
  • the enclosure 10 is here a cylinder with a first longitudinal axis O10 whose first directing curve 12 is octagonal.
  • curve 12 defines a regular octagon.
  • the enclosure 10 includes a first mechanically welded frame 13.
  • the frame 13 comprises a first lower octagonal base 14 shown resting on a horizontal plane Ph according to the representations of Figures 2, 3 and 5.
  • the base 14 is made using sections of metal angle iron assembled by welding which constitute eight first segments 14.1 to 14.8 connecting the first eight vertices 15.1 to 15.8 of the base 14 and thus define a regular octagon.
  • Frame 13 thus defines eight rectangular frames:
  • the enclosure 10 comprises eight panels 30 to 37 planes respectively reported by bolting on the frames 20 to 27 to define eight first side faces of the enclosure 10.
  • the panels 30 to 37 are here rectangular in shape and all include a first width l1 corresponding to a length of a segment 14.1 to 14.8 and a first height H1 which extends parallel to a generatrix of the enclosure 10.
  • the height H1 is equal to the length of the uprights 19.1 to 19.8.
  • Panels 30-37 are preferably made of an infrared blocking material such as copper.
  • the enclosure 50 has a structure identical to that of the enclosure 10 and can be assimilated to a reduced image of the enclosure 10 whose reduction factor along the axis O10 would be greater than the reduction factor along an axis orthogonal to the axis O10.
  • Enclosure 10 is taller than enclosure 50 and encloses enclosure 50.
  • the panel 30 forms a first panel which forms a first door in the first wall 11 of the first enclosure 10.
  • the frame 20 forms a first frame on which the first panel 30 is mounted.
  • the second door is thus substantially opposite the first door.
  • the panel 71 forms a fourth panel which forms a fourth door in the second wall 51 of the second enclosure 50.
  • the frame 61 forms a fourth frame on which the fourth panel 71 is mounted.
  • the fourth gate is thus substantially opposite the third gate.
  • the system 1 comprises a first tube 80 and a second tube 90 diametrically opposed with respect to the axis O10 and which are both welded to the walls 11 and 51.
  • the first tube 80 comprises a first end 81 which projects from the wall 11 outside the enclosure 10.
  • the end 81 comprises a flange 82 on which is bolted a closing plate 83.
  • the plate 83 comprises a gas-tight thread 84 in which a threaded plunger 85 is engaged.
  • the second end 86 of the tube 80 projects inside the enclosure 50 and comprises a closure flap 87 returned to the closed position using a spring hinge 88. End 86 forms a support frame for shutter 87.
  • the tube 80 constitutes a first airlock 89 which comprises a first door (the plate 83) made in the wall 11 and a second door (the shutter 87) made in the wall 51.
  • the tube 90 constitutes a second airlock 99 which comprises a third door (the plate 93) made in the wall 11 and a fourth door (the shutter 97) made in the wall 51.
  • a first module 100 comprising a first quantum chip 101 provided with pins 102
  • the plate 83 is deposited and the module 100 is introduced into the tube 80
  • Plate 83 is put back in place and bolted.
  • the volume of the airlock 89 is then placed under vacuum then the module 100 is thermalized to the temperature of the enclosure 50.
  • the pusher 85 is then acted upon so as to advance the module 100 inside the tube 80 in the direction of the enclosure 50 until the module 100 comes into contact with the flap 87.
  • the flap 87 is opened and the module 100 is introduced into the enclosure 50.
  • the flap 87 is closed after the loading of the module 100 in the enclosure 50.
  • the module 100 can be connected to an instrumentation 200 via a port 201 of the enclosure 50.
  • the airlock 99 functions identically to the airlock 89 for the introduction of a second module 103 comprising a second quantum chip 104.
  • a refrigeration system 1 comprising a first airlock 89 and a second airlock 99 arranged to provide autonomous and independent access to the interior of the enclosure 50 from the exterior of the enclosure 10 respectively to the first module 100 and to a second module 103.
  • no operation of emptying the enclosure 10 or stopping the He3/He4 dilution refrigerator is necessary to be able to introduce a module 100 or 103 into the enclosure 50 from outside enclosure 10.
  • the plate 83 is bolted directly to the wall 11 and no sealed connection is made between the plate 83 and the shutter 87 (no tube 80). Plate 83 is devoid of thread 84 in order to maintain tight closure of wall 11 by plate 83.
  • plate 93 is bolted directly to wall 11 and no tight connection is made between plate 93 and flap 97 (no tube 90).
  • the plate 93 is devoid of the thread 94 in order to maintain a sealed closure of the wall 11 by the plate 93.
  • the panel 30 is connected to the panel 70 by a set of four spring jacks 110 made of fiberglass in order to limit thermal conduction.
  • Each cylinder 110 comprises a rod 111 slidably mounted in a sleeve 112 and on which a spring 113 exerts a thrust force in a direction going from the panel 30 towards the panel 70.
  • the removal of the panel 30, which corresponds to the opening of the first door made in the wall 11, allows the opening of the second door, namely the removal of the panel 70.
  • the enclosure 130 is also included in a second external enclosure 140 which produces a screen at ambient temperature (typically of the order of three hundred Kelvin).
  • the enclosure 140 is here of cylindrical shape composed of two bolted half-cylinders 141 and 142.
  • the pump 43 and the pump 46 are preferably positioned outside speaker.
  • the pump 43 is then connected inside the second enclosure 50 by the pipes 42, 44.
  • the pump 46 is configured to maintain a pressure below one ten thousandth of a millibar inside the device 1.
  • the enclosure 130 has a structure identical to that of the enclosure 50.
  • the enclosure 130 is thus a cylinder with a longitudinal axis O10 and a third wall 131 whose third directing curve 132 is octagonal.
  • the enclosure 130 comprises a frame 133 comprising a fifth octagonal lower base whose vertices are connected to vertices of a sixth octagonal upper base by uprights 138.1 to 138.8.
  • the frame 133 thus defines eight rectangular frames 150 to 157 on which are respectively attached by bolting eight panels 160 to 167 planes to define eight third side faces of the enclosure 130.
  • the panels 160 to 167 extend respectively opposite the panels 70 at 77.
  • the panel 160 forms a fifth panel which forms a fifth door (or a first additional door) in the third wall 131 of the enclosure 130.
  • the panel 160 is thus substantially opposite the panel 70 and the fifth door (the first additional door ) is thus substantially opposite the fourth gate.
  • the system 1 is shut down, then the enclosure 10 is vented using of the pump 46.
  • the half-cylinder 142 is removed to access the interior of the enclosure 140.
  • the panel 160 is unbolted from the frame 150 and removed.
  • the panel 160 removed, the panel 30 is accessible by intervening through the frame 150 and the panel 30 is unbolted from the frame 20 and removed.
  • panel 70 is accessible by working through frame 20.
  • Panel 70 is then unbolted and removed from frame 60.
  • the interior of enclosure 50 is then accessible.
  • the opening of the fifth door allows the opening of the first door.
  • the enclosure 140 comprises a sixth door 143 (or second additional door) made in the form of a sixth panel bolted to the half-cylinder 142 to hide a cutout 144.
  • the cutout 144 is substantially opposite the panel 160.
  • the removal of the door 143 allows access to the panel 160 by intervening through the opening 143 and allows the opening of the sixth door.
  • the panel 180 forms a sixth panel which forms a sixth door in the fourth wall 145 of the enclosure 140.
  • the panel 180 is thus substantially facing the panel 160 and the sixth door is thus substantially facing the fifth door.
  • the system 1 is shut down, then the enclosure 10 is vented using of the pump 46.
  • the panel 180 is unbolted from the frame 170 and removed.
  • the panel 180 removed, the panel 160 is accessible by intervening through the frame 170 and the panel 160 is unbolted from the frame 150 and removed.
  • Panel 160 removed, panel 30 is accessible by working through frame 150.
  • Panel 30 is then unbolted and removed from frame 20.
  • Panel 30 removed, panel 70 is accessible by working through the frame 20.
  • the panel 70 is then unbolted and removed from the frame 60.
  • the interior of the enclosure 50 is then accessible.
  • the cylinder 180 comprises an upper cylinder portion 185 attached/fixed in leaktight manner, for example by bolting, to a lower cylinder portion 186.
  • a very low temperature is a temperature less than or equal to 1.8 K, preferably less than or equal to 800 mK, preferably less than or equal to 100 mK and greater than or equal to 2 mK.
  • a quantum chip corresponds to an electronic system making it possible to produce qubits.
  • a cold source may comprise at least one of: a cryogenic fluid bath, for example a liquid helium bath, a liquid nitrogen bath, a superfluid helium bath, a cryogenerator or cryocooler ("cryocooler" in English), a cycle gas refrigerator, or any other apparatus or system making it possible to produce cold in particular at cryogenic temperatures, for example below -150°C.
  • the refrigeration system according to the invention is not limited to receiving modules comprising quantum chips, but can receive sensors, for example bolometers, which require very low temperatures.
  • a refrigeration system 210 comprises at least:
  • the first cryogenic enclosure 230 is thermally connected to at least a first cold source 232.
  • the first cryogenic enclosure 230 and the first cold source 232 are configured to make it possible to maintain a temperature less than or equal to 150 K, preferably less than or equal to 77 K and greater than or equal to 50K, inside the first cryogenic enclosure.
  • the first cryogenic enclosure 230 is thermally connected to the first cold source 232 by a circuit 234 capable of transferring cold power from the first cold source 232 to the first cryogenic enclosure 230.
  • the heat transfer between the first cold source 232 and the first cryogenic chamber 230 can be produced by direct heat exchange or by indirect heat exchange.
  • a heat transfer fluid cooled by the cold source is circulated in direct or indirect contact with the wall of the containment.
  • the wall of the enclosure could be connected to a cold source by a heat-conducting mechanical connection (for example a braid or a copper bar). Any other appropriate heat transfer mode can be considered.
  • the first cold source 232 is based on liquid nitrogen or any other coolant and makes it possible to supply a cold power of the order of 100 W per MW for a temperature of 50 K and 150 K.
  • a cryogenic fluid from the first cold source (nitrogen or other or mixture) is circulated in heat exchange with an exchanger or a heat exchange member connected to the walls of the first enclosure, or by exchange thermal gas with the volume of the first enclosure.
  • the second cryogenic enclosure 240 is inside the first cryogenic enclosure 230.
  • the second cryogenic enclosure is thermally connected to at least one second cold source 242.
  • a heat transfer fluid cooled by the cold source is circulated in direct or indirect contact with the wall of the enclosure.
  • the wall of the enclosure could be connected to a cold source by a mechanical connection (for example a braid or a copper bar).
  • the second cryogenic chamber 240 and the second cold source 242 are configured to make it possible to maintain a temperature less than or equal to 6 K, for example less than or equal to 5 K, and greater than or equal to 2.8 K inside the second cryogenic enclosure.
  • the second cryogenic enclosure 240 is thermally connected to the second cold source 242 by a circuit 244 capable of transferring cold power from the second cold source 242 to the second cryogenic enclosure 240.
  • the heat transfer between the second cold source 242 and the second cryogenic enclosure 240 can be produced by direct heat exchange or by indirect heat exchange.
  • each thermal lock has a roughing device, an opening allowing the insertion of a module 220, fluidic and/or thermal connections allowing thermal links to be established with all the cold parts.
  • the refrigeration system according to the invention may also comprise a system of inter-module links making it possible to communicate between them quantum chips of different modules, for example to communicate between them quantum chips of the same nature or of different natures (for example superconducting or Josephson effect quantum chips and CMOS quantum chips).
  • this can allow communication between chips of different modules.
  • the connection system can for example comprise electrical or electronic connections, or connections by electromagnetic waves (for example microwaves or light), or any other suitable communication method.
  • the third cold source is a helium refrigerator capable of lowering the temperature of the helium to 2 K or even 1.8 K by pumping on a refrigerated helium bath obtained by subjecting the helium (or other fluid or mixture) to a thermodynamic cycle producing cold at one end.
  • the refrigeration system comprises at least one sub-Kelvin refrigeration device 280.
  • Each sub-Kelvin device makes it possible to produce a cold power so as to allow obtaining a temperature less than or equal to 1K, in particular less than or equal to a hundred milliKelvin.
  • At least part, preferably all, of the independent thermal locks allows access to a module comprising quantum chips from outside the first cryogenic enclosure to at least one of the sub-Kelvin refrigeration devices.
  • At least part, preferably all, of the sub-Kelvin refrigeration devices are arranged in the second, and/or for example the third, cryogenic enclosure.
  • some of the elements of the sub-Kelvin refrigeration devices 280 can be placed in the second cryogenic chamber 240 while another part of the elements of the sub-Kelvin refrigeration devices 280 are placed in the third cryogenic chamber 230 .
  • At least one sub-Kelvin refrigeration device to produce cold power making it possible to obtain a temperature less than or equal to 1K at several modules comprising quantum chips.
  • each module comprising quantum chips also comprises at least one sub-Kelvin refrigeration device configured to produce cold power so as to make it possible to obtain a temperature lower than or equal to 1K, in particular less than or equal to a hundred milliKelvin.
  • the sub-Kelvin refrigeration device is linked directly to the module comprising the quantum chips to be cooled.
  • part of the modules comprise a sub-Kelvin refrigeration device while the remaining modules are cooled by sub-Kelvin refrigeration modules installed in the second or in the third cryogenic chamber.
  • All sub-Kelvin refrigeration devices making it possible to generate a cold power of at least 1 ⁇ W at a sub-Kelvin temperature can be used in the refrigeration system according to the invention.
  • At least one, for example all, of the sub-Kelvin refrigeration devices is a 3He refrigeration device.
  • This type of refrigeration device is based on the principle of evaporative refrigeration. Reducing the pressure above a helium bath lowers the temperature of the helium bath. Thus, it is possible with the use of helium 3 to reach a temperature less than or equal to 1K, in particular less than or equal to a hundred milliKelvin.
  • At least one, for example all, of the sub-Kelvin refrigeration devices is an adiabatic demagnetization refrigeration device.
  • This type of device is based on the entropy reduction of a paramagnetic material, for example by subjecting the paramagnetic material to an external magnetic field, followed by an adiabatic demagnetization, for example by removing the external magnetic field, allowing a reduction the temperature of the paramagnetic material.
  • the choice of paramagnetic material makes it possible to reach very low temperatures.
  • To reach a sub-Kelvin temperature one can use alums whose magnetism is based on iron, chromium or cerium ions.
  • At least one, for example all, of the sub-Kelvin refrigeration devices is a dilution refrigeration device.
  • the dilution refrigeration device shown in comprises a working circuit 281 in a loop containing a cycle fluid comprising a mixture of isotope helium 3 (3He) and isotope helium 4 (4He).
  • This working circuit 281 comprises, arranged in series and fluidically connected via a first set of pipes 282, 284, a mixing chamber 283, a boiler 285 and a transfer member 286.
  • the first set of pipes 282, 284 is configured to transfer cycle fluid from an outlet of the mixing chamber 283 to an inlet of the boiler 285 and from an outlet of the boiler 285 to an inlet of the transfer member 286 .
  • the working circuit 281 comprises at least a first heat exchange portion 288 between at least a part of the first pipe assembly 282, 284 and the second pipe assembly 287.
  • the first heat exchange portion 288 is located between the boiler 285 and the mixing chamber 283.
  • the device further comprises at least one cooling member 289 in heat exchange with the working circuit 281 and configured to transfer cold temperatures to the cycle fluid, that is to say to cool the cycle fluid.
  • the working circuit 281 of the dilution refrigerator may comprise a cryogenic pumping device 290 located between the boiler and the transfer device.
  • This cryogenic pumping device 290 can be configured to pump the fluid for example at a temperature greater than or equal to 0.5K, for example greater than or equal to 1.8 K, and less than or equal to 150K, for example less than or equal to 80 K.
  • This cryogenic pumping device 290 comprises for example a pump of the turbomolecular type, or of the "Holweck” type for example, or with a centrifugal wheel or any other technology or combination of appropriate technologies.
  • This cryogenic pumping device 290 is configured to pump the fluid having a pressure greater than or equal to 0.01 mbar and less than or equal to 100 mbar.
  • the cryogenic pumping device 290 is configured to pump the fluid at approximately 0.1 mbar, and a low temperature, of the order of 700 to 850 mK, in accordance with the operation of the boiler 285.
  • This cryogenic pumping device 290 is preferably configured to pump helium 3 having a pressure of about 0.1 mbar or less.
  • cryogenic pumping unit 290 makes it possible to increase the flow rate of cycle fluid and therefore the cold power produced by the sub-Kelvin refrigeration device.
  • sub-Kelvin refrigeration devices are refrigeration devices of the same nature, for example two dilution refrigeration devices or two 3 He refrigeration devices, it can be advantageous that these sub-Kelvin refrigeration devices share the same cryogenic pumping member.
  • the pumping member when at least one, for example all, of the sub-Kelvin refrigeration devices comprises a cryogenic pumping member, the pumping member is located inside the second cryogenic chamber and outside the third cryogenic chamber.
  • Sub-Kelvin refrigeration devices can be located inside the third cryogenic chamber 270.
  • the second door is opened automatically (the opening of the second door is triggered by the opening of the first door, with or without delay).
  • the second door is opened simultaneously with the first door (the two doors can be mechanically linked.
  • each door can only be opened when the other door is closed. It is possible to provide a mechanism making it possible, when the second door is open and the first door is closed, to transport a device to be cooled contained in the duct into the second enclosure and vice versa.
  • the mechanism comprises for example a robotic arm contained in the second enclosure.

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Abstract

Système de réfrigération (1) comprenant : • - une première enceinte (10) cryogénique définie par au moins une première paroi (11), la première enceinte cryogénique (10) étant reliée thermiquement à au moins une première source froide (41); • - une deuxième enceinte (50) cryogénique définie par au moins une deuxième paroi (51) qui s'étend au moins partiellement face à la première paroi (11), la deuxième enceinte (50) étant comprise à l'intérieur de la première enceinte (10) et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide (43, 46); dans lequel le système de réfrigération (1) comporte au moins une première porte (30) réalisée dans la première paroi (11) sensiblement en regard d'une deuxième porte (70) réalisée dans la deuxième paroi (51), la première porte (30) et la deuxième porte (70) étant agencées de manière à ce que l'ouverture de la première porte (30) permette l'ouverture de la deuxième porte (70).

Description

Accès facile par un système d’ouverture latérale partielle
La présente invention concerne le domaine de la réfrigération à très basse température et plus particulièrement le domaine des systèmes de réfrigération à des températures avoisinant un à quelques kelvins, ainsi que des systèmes de réfrigération à des températures inférieures au kelvin, et notamment proches de la dizaine de millikelvin.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Classiquement un système de réfrigération à très basse température comprend une première enceinte cryogénique définie par au moins une première paroi et une deuxième enceinte cryogénique comprise à l’intérieur de la première enceinte et qui est définie par au moins une deuxième paroi qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi. La première enceinte cryogénique est reliée thermiquement à une première source froide et la deuxième enceinte cryogénique est reliée thermiquement à une deuxième source froide.
Généralement, la première paroi et la deuxième paroi sont cylindriques et construites de manière similaire. Ainsi, la première enceinte comprend deux premiers demi-cylindres assemblés le long d’une première direction longitudinale et la deuxième enceinte comprend deux deuxièmes demi-cylindres assemblés le long d’une deuxième direction longitudinale, généralement parallèle à la première.
L’accès à l’intérieur du système et notamment à la zone la plus froide du système lorsque l’on a besoin de réaliser une maintenance ou que l’on souhaite y installer un matériel à refroidir (par exemple une puce quantique, un capteur, un élément supraconducteur, un microscope à effet tunnel (STM) ou un autre objet à refroidir), requiert la dépose d’au moins un des premiers demi-cylindres et un des deuxièmes demi-cylindres. Ces opérations mettent en œuvre des moyens de levage coûteux pour réaliser des manutentions risquées d’éléments pesants. De telles opérations impliquent également une mise à l’arrêt particulièrement longue du système de réfrigération ce qui pénalise son exploitation.
L’informatique quantique est une application, relativement contraignante, actuellement en développement. L’émergence de l’ordinateur quantique, dont le cœur fonctionne dans un environnement caractérisé par des températures basses ou très basses, pose la problématique de la génération et la distribution des frigories dans une architecture industrielle compatible avec les contraintes d’exploitation d’un centre de calcul. On entend ici par températures basses ou très basses des températures potentiellement jusque dans la gamme de températures du milliKelvin à la centaine de milliKelvin.
L’utilisation de la réfrigération à des températures inférieures à la centaine de milliKelvin concerne essentiellement les applications pour l’étude de la matière et des phénomènes quantiques, pour la réalisation de détecteurs de rayonnement électromagnétique.
Les phénomènes quantiques donnent lieu à des développements théoriques et technologiques susceptibles de les mettre en œuvre pour effectuer des opérations (« quantum computing » ) pour le développement de supercalculateurs (effectuant par exemple un milliard de milliard de calculs par seconde) en manipulant des « qubits » supraconducteurs à des températures proches du milliKelvin ou à base de silicium à quelques centaines de milliKelvin.
Généralement, ces applications utilisent des réfrigérateurs à dilution pour les besoins de refroidissement qui leur permettent de manipuler une centaine de qubits et intégrer les centaines de liaisons filaires et coaxiales (environ quatre par qubit) nécessaires pour les contrôler et lire leur état.
Ainsi, le moyen traditionnel d’obtenir de la puissance de réfrigération à des températures de l’ordre du miliKelvin à la centaine ou plusieurs centaines de miliKelvin est le réfrigérateur à dilution d’hélium3 et hélium4.
D’autres technologies offrent des puissances froides de 8 à 30 microWatt à 20 mK ou 250 à 1000 microWatt à 100mK.
Pour manipuler à terme des dizaines de milliers jusqu’à des millions de qubits dans un ordinateur quantique, les solutions existantes ne sont plus adaptées.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet de réduire les coûts et/ou temps de maintenance et/ou d’installation d’un matériel à refroidir à l’intérieur d’un système de réfrigération à basse température.
A cet effet, on prévoit un système de réfrigération comprenant une première enceinte cryogénique définie par au moins une première paroi, la première enceinte cryogénique étant reliée thermiquement à au moins une première source froide. Le système comprend également une deuxième enceinte cryogénique définie par au moins une deuxième paroi qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi, la deuxième enceinte étant comprise à l’intérieur de la première enceinte et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide. Selon l’invention, le système de réfrigération comporte au moins une première porte réalisée dans la première paroi sensiblement en regard d’une deuxième porte réalisée dans la deuxième paroi, la première porte et la deuxième porte étant agencées de manière à ce que l’ouverture de la première porte permette l’ouverture de la deuxième porte.
C’est-à-dire que la première porte donne accès à la deuxième porte.
Ainsi, la première porte et la deuxième porte sont agencées de manière à ce que l’ouverture des portes permette le passage d’un objet depuis l’extérieur de la première enceinte jusqu’à l’intérieur de la deuxième enceinte et inversement.
On obtient ainsi un système de réfrigération qui permet un accès aisé et rapide à l’intérieur de la deuxième enceinte. Les moyens de manutention sont limités voire inexistants et les coûts et délais nécessaires pour installer un dispositif à refroidir dans la deuxième enceinte sont réduits.
Il est également possible d’intervenir facilement pour une opération de maintenance à l’intérieur de la première enceinte (par l’ouverture uniquement de la première porte) ou à l’intérieur de la deuxième enceinte (par l’ouverture de la première et de la deuxième porte).
Avantageusement, la première porte comprend un premier cadre sur lequel un premier panneau est monté de manière amovible, et dans lequel la deuxième porte comprend un deuxième cadre sur lequel un deuxième panneau est monté de manière amovible.
Avantageusement encore, la première enceinte et/ou la deuxième enceinte est un cylindre dont la courbe directrice est polygonale, préférentiellement octogonale, les panneaux étant plans.
La réalisation des enceintes est simplifiée lorsque le premier panneau définit une première face latérale de la première enceinte, le premier panneau étant de forme quadrangulaire et comprenant une première largeur correspondant à une longueur d’un segment de la courbe directrice et une première hauteur qui s’étend parallèlement à une génératrice du cylindre.
Optionnellement, le système comprend une troisième porte réalisée dans la première paroi et une quatrième porte réalisée dans la deuxième paroi sensiblement en regard de la troisième porte.
Les temps et coûts d’installation d’un dispositif dans la deuxième enceinte sont encore réduits lorsque les première et deuxième portes appartiennent à un premier sas et les troisième et quatrième portes appartiennent à un deuxième sas, le premier sas et le deuxième sas étant agencés pour fournir un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte à l’intérieur de la deuxième enceinte respectivement à un premier module et un deuxième module qui comprennent tous deux un emplacement configuré pour recevoir au moins une puce quantique, un capteur, un élément supraconducteur, un microscope à effet tunnel (STM) ou un autre objet à refroidir. Lorsqu’un sas est présent, le chargement et déchargement peut donc se faire sans arrêter le fonctionnement du système.
On améliore l’isolation thermique des enceintes lorsque la première paroi et/ou la deuxième paroi comprend un matériau bloquant le passage des rayons infrarouges.
On réduit encore les temps et coûts d’installation d’un dispositif dans la deuxième enceinte lorsque le système comprend des organes de liaison mécanique de la première porte avec la deuxième porte.
Avantageusement, la première porte et/ou la deuxième porte comprend un support de réception d’un élément à refroidir.
La réalisation du système est simplifiée et les modalités d’accès aux portes plus faciles lorsque la première enceinte cryogénique comprend une première face terminale à travers laquelle s’étend un premier élément caloporteur de la première source froide et/ou la deuxième enceinte cryogénique comprend une deuxième face terminale à travers laquelle s’étend un deuxième élément caloporteur de la deuxième source froide.
Selon un mode de réalisation préféré, la première paroi comprend une première structure cylindrique de base polygonale sur laquelle sont rapportés une pluralité de premiers panneaux, au moins un premier panneau étant monté de manière amovible sur la première structure pour constituer la première porte et/ou la deuxième paroi comprend une deuxième structure cylindrique de base polygonale sur laquelle sont rapportées une pluralité de deuxièmes plaques quadrangulaires, au moins une deuxième plaque étant montée de manière amovible sur la deuxième structure pour constituer la deuxième porte.
Optionnellement, dans le cas où les cylindres ont une courbe directrice polygonale, chaque face de la première et deuxième parois peut être démontable et constituer une porte.
Les pertes thermiques du système sont réduites lorsque la première enceinte cryogénique est comprise dans une première enceinte externe voire quand la première enceinte externe est comprise dans une deuxième enceinte externe.
La première enceinte externe peut comporter une troisième porte et la deuxième enceinte externe peut comporter une quatrième portes, ces portes étant sensiblement en regard l’une de l’autre, ainsi que des première et deuxième portes. La première et la deuxième enceinte externe peuvent être des cylindres à base octogonale, dont au moins une des faces (ou toutes les faces) constitue une porte d’accès.
Avantageusement, la première source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre 2,5 Kelvins et 5 Kelvins, préférentiellement sensiblement égale à 4 Kelvins, à l’intérieur de la première enceinte, et la deuxième source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre 0,6 Kelvins et 1,5 Kelvins à l’intérieur de la deuxième enceinte.
Avantageusement, la première enceinte externe est thermiquement reliée à une troisième source froide, préférentiellement configurée pour maintenir une température comprise entre quarante Kelvins et cent Kelvins à l’intérieur de la première enceinte supplémentaire.
Selon un mode de réalisation particulièrement bien adapté à l’informatique quantique, la présente invention a pour objet un système de réfrigération pour recevoir des modules indépendants comprenant des puces quantiques fonctionnant à très basses températures, comprenant :
- une première enceinte cryogénique reliée thermiquement à au moins une première source froide, la première enceinte cryogénique et la première source froide étant configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 150 K à l’intérieur de la première enceinte cryogénique,
- une deuxième enceinte cryogénique comprise à l’intérieur de la première enceinte cryogénique et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide, la deuxième enceinte cryogénique et la deuxième source froide étant configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 6 K à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique,
- une pluralité de sas thermiques indépendants permettant chacun un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à l’intérieure de la deuxième enceinte cryogénique d’un module comprenant des puces quantiques.
Au sens de la présente invention, et conformément à la définition qui en est donnée par le dictionnaire Larousse accessible en ligne (2021 - https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/sas/71049), le terme « sas » désigne une enceinte ou passage clos, muni de deux portes ou systèmes de fermeture dont on ne peut ouvrir l'un que si l'autre est fermé et qui permet de passer ou de faire passer d'un milieu à un autre en maintenant ceux-ci isolés l'un de l'autre.
L’invention propose la mise en œuvre d’un chainage de températures de la température ambiante à une température inférieure à 6K qui permet une efficacité énergétique. La présence des sas thermiques indépendants permet une flexibilité d’utilisation du système. En particulier, il est possible d’agir sur une partie des modules comprenant des puces quantiques sans affecter les autres modules comprenant des puces quantiques.
Le système selon l’invention permet le passage à l’échelle industrielle où il ne s’agit plus de refroidir quelques cm2 à 15mK mais de proposer une solution industrielle permettant de refroidir une surface beaucoup plus conséquente de l’ordre de 1 m2 à plusieurs m2.
L’utilisation des premières et deuxièmes enceintes cryogéniques permet d’obtenir un environnement à une température inférieure ou égale à 6K pouvant accueillir de manière indépendante plusieurs modules portant des puces quantiques et éventuellement un ou plusieurs dispositifs de réfrigération sub-Kelvin. Ceci permet d’offrir une solution industrielle au développement des ordinateurs quantiques.
Le système de réfrigération selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
  • la première enceinte cryogénique est reliée thermiquement à la première source froide par un circuit apte à transférer de la puissance froide de ladite première source froide à ladite première enceinte cryogénique ; et/ou
  • la deuxième enceinte cryogénique est reliée thermiquement à la deuxième source froide par un circuit apte à transférer de la puissance froide de ladite deuxième source froide à ladite deuxième enceinte cryogénique ; et/ou
  • la première enceinte cryogénique est comprise dans une enceinte externe étanche à température ambiante ; et/ou
  • l’ensemble des enceintes partageant une même pression inférieure ou égale à 10-4 mbar et supérieure ou égale à 10-7 mbar et les sas thermiques permettant chacun un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de l’enceinte externe ; et/ou
  • le système comprend une troisième enceinte cryogénique comprise à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique et reliée thermiquement à au moins une troisième source froide, la troisième enceinte cryogénique et la troisième source froide étant configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 2 K à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique, et au moins une partie des sas thermiques permet un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à l’intérieure de la troisième enceinte cryogénique d’un module comprenant des puces quantiques ; et/ou
  • la troisième enceinte cryogénique est reliée thermiquement à la troisième source froide par un circuit apte à transférer de la puissance froide de ladite troisième source froide à ladite troisième enceinte cryogénique ; et/ou
  • les sas thermiques sont configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’une des enceintes cryogéniques des modules comprenant des puces quantiques et les liaisons permettant de communiquer avec desdites puces quantiques ; et/ou
  • dans lequel les sas thermiques sont configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’enceinte extérieure des modules comprenant des puces quantiques et les liaisons permettant de communiquer avec lesdites puces quantiques ; et/ou
  • le système de réfrigération comprend en outre des liaisons inter-modules permettant de connecter entre elles des puces quantiques de différents modules ; et/ou
  • le système de réfrigération comprend en outre un dispositif de protection anti-radioactivité autour de l’une au moins des première et/ou deuxième et/ou troisième enceintes cryogéniques, le dispositif de protection anti-radioactivité étant configuré pour protéger l’intérieur du système de réfrigération des radiations extérieures ; et/ou
  • les dispositifs et les matériaux mis en œuvre à l’intérieur du dispositif de protection anti-radioactivité sont sélectionnés et fabriqués afin de maîtriser le niveau de radioactivité à l’intérieur du dispositif de protection anti-radioactivité ; et/ou
  • le système de réfrigération comprend une pluralité de dispositifs de réfrigération sub-Kelvin disposés au moins en partie dans la deuxième enceinte cryogénique, chaque dispositif de réfrigération étant configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin ; et/ou
  • au moins un des sas thermiques indépendants permet un accès à un module comprenant des puces quantiques depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin ; et/ou
  • au moins une partie des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin sont disposés dans la troisième enceinte cryogénique ; et/ou
  • le système de réfrigération comprend au moins un module et au moins un dispositif de réfrigération, ledit au moins un module comprenant des puces quantiques, ledit au moins un dispositif de réfrigération étant configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin, et au moins un sas thermiques permettant l’accès audit au moins un module depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à l’intérieure de le deuxième enceinte cryogénique ; et/ou
  • le système de réfrigération comprend au moins un module, ledit au moins un module comprenant des puces quantiques et au moins un dispositif de réfrigération, ledit dispositif de réfrigération étant configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin, et au moins un sas thermiques permettant l’accès audit au moins un module depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à l’intérieure de le deuxième enceinte cryogénique ; et/ou
  • au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à 3He ; et/ou
  • au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à désaimantation adiabatique ; et/ou
  • au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à dilution ; et/ou
  • le dispositif de réfrigération sub-Kelvin comprend au moins un organe de pompage cryogénique situé dans son circuit de travail ; et/ou
  • au moins deux des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin sont des dispositifs de réfrigération de même nature et partagent un même organe de pompage cryogénique ; et/ou
  • l’organe de pompage cryogénique est situé à l’intérieur de la première enceinte cryogénique et à l’extérieur de la deuxième enceinte cryogénique ; et/ou
  • l’organe de pompage cryogénique est situé à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique et à l’extérieur de la troisième enceinte cryogénique ; et/ou
  • l’organe de pompage cryogénique est situé à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique; et/ou
  • lequel le dispositif de réfrigération sub-Kelvin est à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique ; et/ou
  • chaque dispositif de réfrigération sub-Kelvin est configuré pour fonctionner à des températures sub-Kelvin différentes.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en perspective du système de réfrigération de la ;
la est une vue schématique en perspective éclatée d’une première enceinte du système de réfrigération de la ;
la est une vue de détail en coupe d’un montant de l’enceinte de la  ;
la est une vue schématique en perspective éclatée d’une deuxième enceinte du système de réfrigération de la ;
la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue de détail en perspective d’un système de réfrigération selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue de détail en perspective d’un système de réfrigération selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un sixième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un septième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un huitième mode de réalisation de l’invention.
la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un neuvième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en perspective d’une deuxième enceinte externe selon un dixième mode de réalisation de l’invention ;
la est une vue schématique en perspective d’une deuxième enceinte externe selon un onzième mode de réalisation de l’invention.
la est une représentation schématique d’un système de réfrigération selon un douzième mode de réalisation de l’invention en application à l’informatique quantique,
la est une représentation schématique d’un système de réfrigération selon un treizième mode de réalisation de l’invention,
la est une représentation schématique d’un système de réfrigération selon un quatorzième mode de réalisation de l’invention, et
la est une représentation schématique et partielle illustrant un exemple de structure de dispositif de réfrigération sub-Kelvin pouvant être utilisé dans un système de réfrigération selon l’invention.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence aux figures 1 à 5, le système de réfrigération selon l’invention, et généralement désigné 1, comprend une première enceinte cryogénique 10 définie par une première paroi 11. Lorsque le système de réfrigération est en marche (actif) l’enceinte 10 est de préférence sous vide, c'est-à-dire à une pression inférieure à un dix-millième de millibar. Le système 1 comprend également une deuxième enceinte cryogénique 50 définie par une deuxième paroi 51 qui s’étend face à la première paroi 11. De même, en fonctionnement l’enceinte 50 est de préférence sous vide, c’est à dire à une pression inférieure à un dix-millième de millibar. Comme visible en , l’enceinte 50 est comprise à l’intérieur de l’enceinte 10. Les parois 11 et 51 sont séparées l’une de l’autre par une distance non nulle. Les deux enceintes 10 et 50 partagent de préférence la même atmosphère sous vide.
L’enceinte 10 est ici un cylindre de premier axe longitudinal O10 dont la première courbe directrice 12 est octogonale. Ici, la courbe 12 définit un octogone régulier. Plus précisément, l’enceinte 10 comprend un premier châssis 13 mécanosoudé. Le châssis 13 comprend une première base 14 inférieure octogonale représentée reposant sur un plan horizontal Ph selon les représentations des figures 2, 3 et 5. La base 14 est réalisée à l’aide de tronçons de cornière métallique assemblés par soudage qui constituent huit premiers segments 14.1 à 14.8 reliant les huit premiers sommets 15.1 à 15.8 de la base 14 et définissent ainsi un octogone régulier.
Le châssis 13 comprend également une deuxième base 16 supérieure identique à la base 14 et qui comprend huit deuxièmes sommets 17.1 à 17.8 reliés entre eux par des deuxièmes segments 18.1 à 18.8.
Les sommets 15.1 à 15.8 sont respectivement reliés aux sommets 17.1 à 17.8 par huit premiers montants 19.1 à 19.8 identiques. Comme visible en , le premier montant 19.1 comprend une section 19.10 en forme de pentagone et présente deux arêtes extérieures 19.11 et 19.12 adjacentes espacées d’un angle α sensiblement égal à cent-trente-cinq degrés. De manière similaire, le montant 19.2 présente deux arêtes extérieures 19.21 et 19.22, le montant 19.3 présente deux arêtes extérieures 19.31 et 19.32, le montant 19.4 présente deux arêtes extérieures 19.41 et 19.42, le montant 19.5 présente deux arêtes extérieures 19.51 et 19.52, le montant 19.6 présente deux arêtes extérieures 19.61 et 19.62, le montant 19.7 présente deux arêtes extérieures 19.71 et 19.72, le montant 19.8 présente deux arêtes extérieures 19.81 et 19.82.
Le châssis 13 définit ainsi huit cadres rectangulaires :
  • un cadre 20 délimité par les segments 14.1 et 18.1 ainsi que par les arêtes 19.11 et 19.22 ;
  • un cadre 21 délimité par les segments 14.2 et 18.2 ainsi que par les arêtes 19.21 et 19.32 ;
  • un cadre 22 délimité par les segments 14.3 et 18.3 ainsi que par les arêtes 19.31 et 19.42 ;
  • un cadre 23 délimité par les segments 14.4 et 18.4 ainsi que par les arêtes 19.41 et 19.52 ;
  • un cadre 24 délimité par les segments 14.5 et 18.5 ainsi que par les arêtes 19.51 et 19.62 ;
  • un cadre 25 délimité par les segments 14.6 et 18.6 ainsi que par les arêtes 19.61 et 19.72 ;
  • un cadre 26 délimité par les segments 14.7 et 18.7 ainsi que par les arêtes 19.71 et 19.82 ;
  • un cadre 27 délimité par les segments 14.8 et 18.8 ainsi que par les arêtes 19.81 et 19.12.
L’enceinte 10 comprend huit panneaux 30 à 37 plans respectivement rapportés par boulonnage sur les cadres 20 à 27 pour définir huit premières faces latérales de l’enceinte 10. Les panneaux 30 à 37 sont ici de forme rectangulaire et comprennent tous une première largeur l1 correspondant à une longueur d’un segment 14.1 à 14.8 et une première hauteur H1 qui s’étend parallèlement à une génératrice de l’enceinte 10. Ici, la hauteur H1 est égale à la longueur des montants 19.1 à 19.8. Les panneaux 30 à 37 sont préférentiellement réalisés dans un matériau bloquant les infrarouges tel que le cuivre.
L’enceinte 10 comprend une face terminale inférieure 38 fixée sur une arête de la base 14 et une face terminale supérieure 39 fixée sur une arête de la base 16. La face 39 comprend les connexions aux équipements auxiliaires. La face 39 est connectée via une tresse 40 à une première source froide, ici le deuxième étage 41 d’un tube pulsé non représenté, qui permet de thermaliser l’enceinte 10.
La face 39 comprend également un premier passage 39.1 d’un tuyau 42 relié à un premier circulateur ou pompe 43, un deuxième passage 39.2 d’un tuyau 44 également relié au circulateur ou pompe 43 et un troisième passage 39.3 d’un tuyau 45 relié à une deuxième pompe 46. Le circulateur ou pompe 43 met en circulation un mélange d’Hélium 3 et d’Hélium 4 dans un ensemble de réservoirs et de tuyauteries situés à l’intérieur de l’enceinte 50 pour constituer un réfrigérateur à dilution He3/He4. La source froide 41 est configurée pour maintenir une température comprise entre 1,5 Kelvins et 5 Kelvins, de préférence sensiblement égale à quatre Kelvins, à l’intérieur de l’enceinte 10. Le réfrigérateur à dilution alimenté par le circulateur ou pompe 43 est configuré pour maintenir une température comprise entre 0,6 Kelvin et 1,5 Kelvin à l’intérieur de l’enceinte 50. La pompe 46 est configurée pour maintenir une pression inférieure ou égale à un dix-millième de millibar dans l’enceinte 10. Dans cet exemple, l’enceinte 10 est étanche, alors que l’enceinte 50 ne l’est pas et partage le même vide que l’enceinte 10.
L’enceinte 50 possède une structure identique à celle de l’enceinte 10 et peut être assimilée à une image réduite de l’enceinte 10 dont le facteur de réduction selon l’axe O10 serait supérieur au facteur de réduction selon un axe orthogonal à l’axe O10. L’enceinte 10 est de hauteur supérieure à la hauteur de l’enceinte 50 et renferme l’enceinte 50.
Comme visible en , l’enceinte 50 est un cylindre d’axe longitudinal O10 dont la deuxième courbe directrice 52 est octogonale. Ici, la courbe 52 définit un octogone régulier. L’enceinte 50 comprend un châssis 53 comportant une troisième base 54 inférieure octogonale dont les sommets 55 sont reliés à des sommets 56 d’une quatrième base 57 supérieure octogonale par des montants 58. Le châssis 53 définit ainsi huit cadres rectangulaires 60 à 67 sur lesquels sont respectivement rapportés par boulonnage huit panneaux 70 à 77 plans pour définir huit deuxièmes faces latérales de l’enceinte 50. Les panneaux 70 à 77 s’étendent respectivement en regard des panneaux 30 à 37 et sont préférentiellement réalisés dans un matériau bloquant les infrarouges tel que le cuivre. Les panneaux 70 à 77 sont ici de forme rectangulaire et possèdent une deuxième hauteur H2 qui s’étend parallèlement à une génératrice du cylindre. Ici, la hauteur H2 est égale à la longueur des montants 58. Les panneaux 70 à 77 possèdent une deuxième largeur l2 sensiblement égale à la distance séparant deux sommets 55 adjacents. L’enceinte 50 comprend une face terminale supérieure 59 sur une arête de la base 57 qui comprend un quatrième passage 59.1 du tuyau 42 et un cinquième passage 59.2 du tuyau 44 de manière à relier le circulateur ou pompe 43 au réfrigérateur à dilution He3/He4 situé à l’intérieur de l’enceinte 50.
Le panneau 30 forme un premier panneau qui réalise une première porte dans la première paroi 11 de la première enceinte 10. Le cadre 20 forme un premier cadre sur lequel est monté le premier panneau 30.
Le panneau 70 forme un deuxième panneau qui réalise une deuxième porte dans la deuxième paroi 51 de la deuxième enceinte 50. Le cadre 60 forme un deuxième cadre sur lequel est monté le deuxième panneau 70.
La face terminale 39 est, ici, une première face terminale et la face terminale 59 est, ici, une deuxième face terminale.
La deuxième porte est ainsi sensiblement en regard de la première porte.
Le panneau 31 forme un troisième panneau qui réalise une troisième porte dans la première paroi 11 de la première enceinte 10. Le cadre 21 forme un troisième cadre sur lequel est monté le troisième panneau 31.
Le panneau 71 forme un quatrième panneau qui réalise une quatrième porte dans la deuxième paroi 51 de la deuxième enceinte 50. Le cadre 61 forme un quatrième cadre sur lequel est monté le quatrième panneau 71.
La quatrième porte est ainsi sensiblement en regard de la troisième porte.
Les éléments d’étanchéité éventuellement nécessaires pour assurer l’étanchéité des enceintes sont connus en eux-mêmes et ne sont pas décrits ici.
En fonctionnement, lorsque l’on souhaite installer un dispositif à refroidir dans l’enceinte 50 ou intervenir pour une maintenance, on procède à l’arrêt du système, puis à la mise à l’air de l’enceinte 10 à l’aide de la pompe 46. Puis le panneau 30 est déboulonné du cadre 20 et déposé. Le panneau 30 déposé, le panneau 70 est accessible en intervenant au travers du cadre 20. Il est alors procédé au déboulonnage du panneau 70 et à sa dépose du cadre 60. L’intérieur de l’enceinte 50 est alors accessible et le dispositif à refroidir peut y être aisément installé et relié, le cas échéant, à diverses connexions, ou alors une maintenance peut être réalisée de manière aisée. Il est ensuite procédé au remontage des panneaux 30 et 70 respectivement sur les cadres 20 et 60. Une fois les panneaux 30 et 70 en place, la pompe 46 assure la mise sous vide de l’enceinte 10, la source froide 41 est activée pour thermaliser l’enceinte 10 et le circulateur ou pompe 43 est actionné pour mettre en marche le réfrigérateur à dilution He3/He4.
Les éléments similaires ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à ceux-ci dans la description qui suit des deuxième, troisième, quatrième, cinquième, sixième, septième huitième, neuvième, dixième et onzième modes de réalisation de l’invention.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté en , le système 1 comprend un premier tube 80 et un deuxième tube 90 diamétralement opposées par rapport à l’axe O10 et qui sont tous deux soudés aux parois 11 et 51. Le premier tube 80 comprend une première extrémité 81 qui vient en saillie de la paroi 11 à l’extérieur de l’enceinte 10. L’extrémité 81 comprend une bride 82 sur laquelle est boulonnée une plaque 83 de fermeture. La plaque 83 comprend un taraudage 84 au pas gaz étanche dans lequel est engagé un poussoir fileté 85. La deuxième extrémité 86 du tube 80 vient en saillie à l’intérieur de l’enceinte 50 et comprend un volet de fermeture 87 rappelé en position fermé à l’aide d’une charnière 88 à ressort. L’extrémité 86 constitue un cadre de support pour le volet 87.
Le tube 90 est identique au tube 80 et comprend, en son extrémité 91 qui vient en saillie de l’extérieur de l’enceinte 10, une bride 92 sur laquelle est boulonnée une plaque 93 de fermeture. Un poussoir fileté 95 est engagé dans un taraudage 94 de la plaque 93. L’extrémité 96 du tube 90 opposée à l’extrémité 91 comprend un volet de fermeture 97 monté à pivotement à l’aide d’une charnière 98 à ressort. L’extrémité 96 constitue un cadre de support pour le volet 97.
Le tube 80 constitue un premier sas 89 qui comprend une première porte (la plaque 83) réalisée dans la paroi 11 et une deuxième porte (le volet 87) réalisée dans la paroi 51.
Le tube 90 constitue un deuxième sas 99 qui comprend une troisième porte (la plaque 93) réalisée dans la paroi 11 et une quatrième porte (le volet 97) réalisée dans la paroi 51.
En fonctionnement, lorsque l’on souhaite installer un dispositif à refroidir dans l’enceinte 50, ici un premier module 100 comprenant une première puce quantique 101 pourvue de broches 102, on dépose la plaque 83 et on introduit le module 100 dans le tube 80. La plaque 83 est remise en place et boulonnée. Le volume du sas 89 est ensuite mis sous vide puis le module 100 est thermalisé à la température de l’enceinte 50. On agit ensuite sur le poussoir 85 de manière à faire progresser le module 100 à l’intérieur du tube 80 en direction de l’enceinte 50 jusqu’à ce que le module 100 vienne au contact du volet 87. En agissant encore sur le poussoir 85, le volet 87 est ouvert et le module 100 est introduit dans l’enceinte 50. Le volet 87 est refermé après le chargement du module 100 dans l’enceinte 50. Le module 100 peut être relié à une instrumentation 200 via un port 201 de l’enceinte 50.
Le sas 99 fonctionne de manière identique au sas 89 pour l’introduction d’un deuxième module 103 comprenant une deuxième puce quantique 104.
On obtient ainsi un système de réfrigération 1 comprenant un premier sas 89 et un deuxième sas 99 agencés pour fournir un accès autonome et indépendant à l’intérieur de l’enceinte 50 depuis l’extérieur de l’enceinte 10 respectivement au premier module 100 et à un deuxième module 103. En effet, dans ce mode de réalisation, aucune opération de vidange de l’enceinte 10 ou d’arrêt du réfrigérateur à dilution He3/He4 n’est nécessaire pour pouvoir introduire un module 100 ou 103 dans l’enceinte 50 depuis l’extérieur de l’enceinte 10. Selon un troisième mode de réalisation représenté en , la plaque 83 est boulonnée directement sur la paroi 11 et aucune liaison étanche n’est réalisée entre la plaque 83 et le volet 87 (pas de tube 80). La plaque 83 est dépourvue du taraudage 84 afin de conserver une fermeture étanche de la paroi 11 par la plaque 83. De la même façon, la plaque 93 est boulonnée directement sur la paroi 11 et aucune liaison étanche n’est réalisée entre la plaque 93 et le volet 97 (pas de tube 90). La plaque 93 est dépourvue du taraudage 94 afin de conserver une fermeture étanche de la paroi 11 par la plaque 93.
Selon un quatrième mode de réalisation représenté en , le panneau 30 est relié au panneau 70 par un ensemble de quatre vérins 110 à ressort réalisés en fibre de verre afin de limiter la conduction thermique. Chaque vérin 110 comprend une tige 111 montée à coulissement dans une chemise 112 et sur laquelle un ressort 113 exerce un effort de poussée dans une direction allant depuis le panneau 30 vers le panneau 70.
Le panneau 30 est rapporté par boulonnage sur le cadre 20. Le panneau 70 est quant à lui maintenu en place sur le cadre 60 par la force de poussée exercée par les tiges 111 sur le panneau 70.
Ainsi, la dépose du panneau 30, qui correspond à l’ouverture de la première porte réalisée dans la paroi 11, permet l’ouverture de la deuxième porte, à savoir la dépose du panneau 70.
Selon un cinquième mode de réalisation représenté en , le système 1 comprend une première tablette 120 qui s’étend en saillie du panneau 30 vers l’intérieur de l’enceinte 10. Une deuxième tablette 121 s’étend en saillie du panneau 70 vers l’intérieur de l’enceinte 50.
Les tablettes 120 et 121 sont utilisées comme support de réception d’un élément que l’on souhaite amener à basse température (de l’ordre d’un kelvin pour la tablette 121 et de l’ordre de quatre kelvins pour la tablette 120).
Selon un sixième mode de réalisation représenté en , l’enceinte 10 est comprise dans une première enceinte 130 externe qui réalise un écran à cinquante Kelvins. L’enceinte 130 est ici de forme cylindrique composée de deux demi-cylindres boulonnés et est reliée thermiquement à l’aide d’une tresse 47 conductrice au premier étage 48 d’un tube pulsé non représenté. Le premier étage 48 est configuré pour maintenir une température comprise entre quarante Kelvins et cent Kelvins à l’intérieur de l’enceinte 130.
L’enceinte 130 est également comprise dans une deuxième enceinte 140 externe qui réalise un écran à la température ambiante (typiquement de l’ordre de trois cent kelvins). L’enceinte 140 est ici de forme cylindrique composée de deux demi-cylindres boulonnés 141 et 142. Lorsque la première enceinte externe 130 et/ou la deuxième enceinte externe 140 sont présentes, la pompe 43 et la pompe 46 sont positionnées de préférence en dehors des enceintes. La pompe 43 est alors reliée à l’intérieur de la deuxième enceinte 50 par les tuyaux 42, 44. La pompe 46 est configurée pour maintenir une pression inférieure au dix-millième de millibars à l’intérieur du dispositif 1.
Selon un septième mode de réalisation représenté en , l’enceinte 130 possède une structure identique à celle de l’enceinte 50. L’enceinte 130 est ainsi un cylindre d’axe longitudinal O10 et de troisième paroi 131 dont la troisième courbe directrice 132 est octogonale. L’enceinte 130 comprend un châssis 133 comportant une cinquième base inférieure octogonale dont les sommets sont reliés à des sommets d’une sixième base supérieure octogonale par des montants 138.1 à 138.8. Le châssis 133 définit ainsi huit cadres rectangulaires 150 à 157 sur lesquels sont respectivement rapportés par boulonnage huit panneaux 160 à 167 plans pour définir huit troisièmes faces latérales de l’enceinte 130. Les panneaux 160 à 167 s’étendent respectivement en regard des panneaux 70 à 77.
Le panneau 160 forme un cinquième panneau qui réalise une cinquième porte (ou une première porte supplémentaire) dans la troisième paroi 131 de l’enceinte 130. La panneau 160 est ainsi sensiblement en regard du panneau 70 et la cinquième porte (la première porte supplémentaire) est ainsi sensiblement en regard de la quatrième porte.
Ainsi, lorsque l’on souhaite installer un dispositif à refroidir dans l’enceinte 50 ou intervenir pour une maintenance, on procède à l’arrêt du système 1, puis à la mise à l’air de l’enceinte 10 à l’aide de la pompe 46. Le demi-cylindre 142 est déposé pour accéder à l’intérieur de l’enceinte 140. Le panneau 160 est déboulonné du cadre 150 et déposé. Le panneau 160 déposé, le panneau 30 est accessible en intervenant au travers du cadre 150 et le panneau 30 est déboulonné du cadre 20 et déposé. Le panneau 30 déposé, le panneau 70 est accessible en intervenant au travers du cadre 20. Il est alors procédé au déboulonnage du panneau 70 et à sa dépose du cadre 60. L’intérieur de l’enceinte 50 est alors accessible. Ainsi, l’ouverture de la cinquième porte (première porte supplémentaire) permet l’ouverture de la première porte.
Avantageusement, et selon un huitième mode de réalisation représenté en , l’enceinte 140 comprend une sixième porte 143 (ou deuxième porte supplémentaire) réalisée sous la forme d’un sixième panneau boulonné sur le demi-cylindre 142 pour occulter une découpe 144.
La découpe 144 est sensiblement en regard du panneau 160. Ainsi, la dépose de la porte 143 autorise l’accès au panneau 160 en intervenant au travers de l’ouverture 143 et permet l’ouverture de la sixième porte.
Selon un neuvième mode de réalisation représenté en , l’enceinte 140 possède une structure identique à celle de l’enceinte 130. L’enceinte 140 est ainsi un cylindre d’axe longitudinal O10 et de quatrième paroi 145 dont la quatrième courbe directrice 146 est octogonale. L’enceinte 140 comprend un châssis 147 comportant une cinquième base inférieure octogonale dont les sommets sont reliés à des sommets d’une sixième base supérieure octogonale par des montants 148.1 à 148.8. Le châssis 147 définit ainsi huit cadres rectangulaires 170 à 177 sur lesquels sont respectivement rapportés par boulonnage huit panneaux 180 à 187 plans pour définir huit quatrièmes faces latérales de l’enceinte 140. Les panneaux 180 à 187 s’étendent respectivement en regard des panneaux 160 à 167.
Le panneau 180 forme un sixième panneau qui réalise une sixième porte dans la quatrième paroi 145 de l’enceinte 140. La panneau 180 est ainsi sensiblement en regard du panneau 160 et la sixième porte est ainsi sensiblement en regard de la cinquième porte.
Ainsi, lorsque l’on souhaite installer un dispositif à refroidir dans l’enceinte 50 ou intervenir pour une maintenance, on procède à l’arrêt du système 1, puis à la mise à l’air de l’enceinte 10 à l’aide de la pompe 46. Le panneau 180 est déboulonné du cadre 170 et déposé. Le panneau 180 déposé, le panneau 160 est accessible en intervenant au travers du cadre 170 et le panneau 160 est déboulonné du cadre 150 et déposé. Le panneau 160 déposé, le panneau 30 est accessible en intervenant au travers du cadre 150. Il est alors procédé au déboulonnage du panneau 30 et à sa dépose du cadre 20. Le panneau 30 déposé, le panneau 70 est accessible en intervenant au travers du cadre 20. Il est alors procédé au déboulonnage du panneau 70 et à sa dépose du cadre 60. L’intérieur de l’enceinte 50 est alors accessible.
Selon un dixième mode de réalisation représenté en , la seconde enceinte externe 140 est, ici, un cylindre monobloc 180 qui est monté autour de la première enceinte 130 externe par translation parallèlement à l’axe O10. Un premier couvercle inférieur 181 et un deuxième couvercle supérieur 182 sont rapportés par boulonnage respectivement sur l’extrémité inférieure 183 et l’extrémité supérieure 184 du cylindre 180. Le couvercle 182 est configuré pour laisser passer les connexions nécessaires, de préférence de manière étanche. Par exemple, le couvercle 182 comprend des orifices de passage étanches de câbles et/ou autre appareillages.
Selon un onzième mode de réalisation représenté en , le cylindre 180 comprend une portion supérieure de cylindre 185 rapportée/fixée de façon étanche, par exemple par boulonnage, sur une portion inférieure de cylindre 186.
Vont maintenant être décrits les douzième, treizième et quatorzième modes de réalisation de l’invention, plus particulièrement adaptés à intégrer un système informatique quantique.
Comme représenté sur la , l’invention concerne un système de réfrigération 210 configuré pour recevoir des modules indépendants 220 comprenant des puces quantiques 222 fonctionnant à très basses températures.
Au sens de l’invention, une température très basse est une température inférieure ou égale à 1,8 K, de préférence inférieure ou égale à 800 mK, de préférence inférieure ou égale à 100 mK et supérieure ou égale à 2 mK.
Au sens de l’invention, une puce quantique correspond à un système électronique permettant de réaliser des qubits. Une source froide peut comprendre au moins l’un parmi : un bain de fluide cryogénique, par exemple un bain d’hélium liquide, un bain d’azote liquide, un bain d’hélium superfluide, un cryogénérateur ou cryoréfrigérateur (« cryocooler » en anglais), un réfrigérateur à gaz de cycle, ou tout autre appareil ou système permettant de produire du froid en particulier à des températures cryogéniques, par exemple inférieures à -150°C.
Le système de réfrigération selon l’invention n’est pas limité à recevoir de modules comprenant des puces quantiques, mais peut recevoir des capteurs, par exemple des bolomètres, qui nécessitent des températures très basses.
Comme représenté sur la , un système de réfrigération 210 selon l’invention comprend au moins :
  • une première enceinte cryogénique 230,
  • une deuxième enceinte cryogénique 240, et
  • une pluralité de sas thermiques indépendants 250.
La première enceinte cryogénique 230 est reliée thermiquement à au moins une première source froide 232. La première enceinte cryogénique 230 et la première source froide 232 sont configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 150 K, de préférence inférieure ou égale à 77 K et supérieure ou égale à 50K, à l’intérieur de la première enceinte cryogénique.
Typiquement, la première enceinte cryogénique 230 est reliée thermiquement à la première source froide 232 par un circuit 234 apte à transférer de la puissance froide de la première source froide 232 à la première enceinte cryogénique 230. Le transfert thermique entre la première source froide 232 et la première enceinte cryogénique 230 peut être réalisé par un échange de chaleur direct ou par un échange de chaleur indirect. Par exemple un fluide caloporteur refroidi par la source froide est mis en circulation en contact direct ou indirect avec la paroi de l’enceinte. Alternativement ou cumulativement, la paroi de l’enceinte pourrait être connectée à une source froide par une liaison mécanique conductrice de la chaleur (par exemple une tresse ou un barreau en cuivre). Tout autre mode de transfert thermique approprié peut être envisagé.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la première source froide 232 est à base d’azote liquide ou tout autre caloporteur et permet de fournir une puissance froide de l’ordre de 100 W au MW pour une température comprise en 50 K et 150 K. Par exemple un fluide cryogénique de la première source froide (azote ou autre ou mélange) est mis en circulation en échange thermique avec un échangeur ou un organe d’échange de chaleur relié aux parois de la première enceinte, ou par échange thermique gazeux avec le volume de la première enceinte.
La deuxième enceinte cryogénique 240 est à l’intérieur de la première enceinte cryogénique 230. De plus la deuxième enceinte cryogénique est reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide 242. Par exemple, comme mentionné précédemment, un fluide caloporteur refroidi par la source froide est mis en circulation en contact direct ou indirect avec la paroi de l’enceinte. Alternativement ou cumulativement, la paroi de l’enceinte pourrait être connectée à une source froide par une liaison mécanique (par exemple une tresse ou un barreau en cuivre). La deuxième enceinte cryogénique 240 et la deuxième source froide 242 sont configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 6 K, par exemple inférieure ou égale à 5 K, et supérieure ou égale à 2,8K à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique.
Typiquement, la deuxième enceinte cryogénique 240 est reliée thermiquement à la deuxième source froide 242 par un circuit 244 apte à transférer de la puissance froide de la deuxième source froide 242 à la deuxième enceinte cryogénique 240. Le transfert thermique entre la deuxième source froide 242 et la deuxième enceinte cryogénique 240 peut être réalisé par un échange de chaleur direct ou par un échange de chaleur indirect.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la deuxième source froide 242 est à base d’hélium liquide et permet de fournir une puissance froide de l’ordre de 10 W à 100kW pour une température comprise entre 2,8K et 6K. La deuxième source froide 242 est par exemple un réfrigérateur soumettant un gaz de cycle (tel que de l’hélium ou de l’hydrogène ou tout mélange approprié) à un cycle thermodynamique pour produire du froid à une extrémité.
De préférence, la deuxième source froide 242 peut être disposée à l’extérieur de la première enceinte cryogénique et alimente en froid la deuxième enceinte par le circuit 244. Alternativement, la deuxième source froide 242 peut être disposée dans la première enceinte cryogénique.
Le système de réfrigération selon l’invention comprend également une pluralité de sas thermiques 250 indépendants. Chaque sas thermique permet un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à l’intérieure de la deuxième enceinte cryogénique d’un module 220. Par exemple, chaque sas comprend deux portes et est mobile entre une position fermée étanche permettant la réfrigération du module et une position ouverte assurant le chargement et/ou le déchargement du module dans le système. Le module 220 comprend par exemple des puces quantiques 222 permettant de réaliser des qubits.
Chaque sas thermique 250 permet au module d’avoir une interface extérieure à la première enceinte cryogénique, typiquement à température ambiante, comprenant des connexions électriques et/ou électroniques et/ou fluidiques permettant de connecter respectivement les fonctions électriques et/ou électroniques et/ou fluidiques du module, par exemple la fourniture de fluides à un réfrigérateur sub-K intégré dans le module 220.
Afin d’assurer un fonctionnement indépendant de chaque sas thermique 250, chaque sas thermique dispose d’un dispositif de prévidage, une ouverture permettant l’insertion d’un module 220, de raccords fluidiques et/ou thermiques permettant d’établir des liens thermiques avec l’ensemble des parties froides.
Avantageusement, chaque module peut ainsi être géré indépendamment, en particulier, il est possible d’intervenir sur un des modules sans affecter les autres modules.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une partie, par exemple l’ensemble, des sas thermiques sont configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’une des enceintes cryogéniques des modules comprenant des puces quantiques et les liaisons permettant de communiquer avec lesdites puces quantiques. La communication avec les puces quantiques peut comprendre le fait de piloter lesdites puces individuellement, de lire et modifier l’état de chaque puce quantique individuellement.
Le système de réfrigération selon l’invention peut également comprendre, un système de liaisons inter-modules permettant de faire communiquer entre elles des puces quantiques de différents modules, par exemple de faire communiquer entre elles des puces quantiques de même nature ou de natures différentes (par exemple des puces quantiques supra-conductrices ou à effet Josephson et des puces quantiques CMOS). Avantageusement, cela peut permettre une communication entre des puces de différents modules. Le système de liaisons peut comprendre par exemple des connexions électriques ou électroniques, ou des connexions par ondes électromagnétiques (par exemple micro-ondes ou lumineuses), ou tout autre méthode de communication appropriée.
Afin d’assurer un fonctionnement optimal, le système selon l’invention est de préférence à très basse pression. Typiquement la pression à l’intérieure du système selon l’invention est inférieure ou égale à 10-4 mbar, par exemple inférieure ou égale à 10-5 mbar, de préférence inférieure ou égale à 10-6 mbar et supérieure ou égale à 10-7 mbar.
Comme représenté sur la , selon un mode de réalisation de l’invention, le système de réfrigération selon l’invention peut comprendre une enceinte externe 260 à température ambiante, c’est-à-dire en contact avec l’atmosphère ambiant entourant le système, par exemple dans une installation dans un pays tempéré cette température pourrait se situer entre 0°C et 40°C.
Avantageusement, l’enceinte externe 260 est étanche et permet la mise sous vide du système selon l’invention. Typiquement, la première enceinte cryogénique 230 est comprise dans l’enceinte externe 260. Dans ce cas, la première enceinte cryogénique 30 peut ne pas être étanche. L’enceinte externe 260 peut être reliée à au moins une pompe à vide 262 qui permet que l’ensemble des enceintes comprises dans l’enceinte externe 260 partagent une même pression inférieure ou égale à 10-4 mbar, par exemple inférieure ou égale à 10-5 mbar, de préférence inférieure ou égale à 10-6 mbar et supérieure ou égale à 10-7 mbar.
Selon un mode de réalisation alternatif, les différentes enceintes du système selon l’invention peuvent avoir des niveaux de vide différents, par exemple si l’on souhaite insérer un gaz d’échange à l’intérieur d’une seule enceinte. Dans ce cas, les enceintes internes peuvent être étanches et un sas peut être prévu entre chaque enceinte. Selon un tel mode de réalisation, le système comprend des vannes et des tuyaux pour gérer la mise sous vide et le pompage.
Dans le mode de réalisation comprenant une enceinte externe 260, les sas thermiques 250 sont configurés pour permettre chacun un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de l’enceinte externe 260.
De même dans le mode comprenant une enceinte externe 260, les sas thermiques 250 sont de préférence configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’enceinte externe des modules comprenant des puces quantiques et les liaisons permettant de communiquer avec lesdites puces quantiques.
Les puces quantiques peuvent être très sensibles aux radiations externes, en particulier leur fonctionnement peut être altéré par ces radiations, notamment par les rayonnements cosmiques. Il peut donc être intéressant de permettre de protéger les puces quantiques de ce type de radiations, en particulier lorsqu’elles sont disposées à l’intérieur du système de réfrigération selon l’invention.
Ainsi, selon un mode de réalisation de l’invention, le système de réfrigération comprend en outre un dispositif de protection anti-radioactivité autour de l’une au moins des première et/ou deuxième enceintes cryogéniques et/ou enceinte externe, le dispositif de protection anti-radioactivité étant configuré pour protéger l’intérieur du système de réfrigération des radiations extérieures. Par exemple, il est possible d’utiliser un écran de plomb autour des puces quantiques pour les protéger des radiations extérieures.
De préférence les matériaux mis en œuvre à l’intérieur du dispositif de protection anti-radioactivité sont sélectionnés et fabriqués afin de maîtriser le niveau de radioactivité à l’intérieur du dispositif de protection anti-radioactivité. Par exemple, le plomb utilisé autour des puces quantiques peut être du plomb archéologique, dont la radioactivité intrinsèque est très faible.
Selon un mode de réalisation de l’invention représenté en , en plus des enceintes et sources froides décrites en lien avec le mode de réalisation de la , le système de réfrigération selon l’invention peut également comprendre une troisième enceinte cryogénique 270.
La troisième enceinte cryogénique 270 est comprise à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique 240 et reliée thermiquement à au moins une troisième source froide 272. Par exemple un fluide caloporteur refroidi par la source froide est mis en circulation en contact direct ou indirect avec la paroi de l’enceinte. Alternativement, la paroi de l’enceinte pourrait être connectée à une source froide par une liaison mécanique conductrice thermique, par exemple une tresse ou un barreau en cuivre. La troisième enceinte cryogénique 270 et la troisième source froide 272 sont configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 3 K, de préférence inférieure ou égale à 2K, et supérieure ou égale à 1,8 K à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique.
Le transfert thermique entre la troisième source froide 272 et la troisième enceinte cryogénique 270 peut être réalisé par un échange de chaleur direct ou par un échange de chaleur indirect. Par exemple un fluide cryogénique de la troisième source froide (par exemple de l’hélium) est mis en circulation en échange thermique avec un échangeur ou un organe d’échange de chaleur relié aux parois de la troisième enceinte, ou par échange thermique gazeux avec le volume de la troisième enceinte.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la troisième source froide 272 est par exemple à base d’hélium liquide et permet de fournir une puissance froide comprise entre environ 100W et environ 10kW autour de 2K, par exemple une puissance froide entre 100W et 7,2kW, ou une puissance froide entre 100W et 5kW peuvent être fournies dans la plage 1,6K-2,2K.
Typiquement la troisième source froide est un réfrigérateur hélium capable d’abaisser la température de l’hélium à 2 K ou même 1,8 K par pompage sur un bain d’hélium réfrigéré obtenu en soumettant l’hélium (ou autre fluide ou mélange) à un cycle thermodynamique produisant du froid à une extrémité.
De préférence, la troisième source froide 272 peut être disposée à l’extérieure de la première enceinte cryogénique, voir à l’extérieur de l’enceinte externe, et alimenter en froid la troisième enceinte par un circuit 274. Alternativement, la troisième source froide 272 peut être disposée soit dans l’enceinte externe, soit dans la première enceinte cryogénique ou la deuxième enceinte cryogénique.
Selon le mode de réalisation représenté en , au moins une partie, par exemple l’ensemble, des sas thermiques 250 permet un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique, par exemple depuis l’extérieur de l’enceinte externe, à l’intérieure de la troisième enceinte cryogénique d’un module comprenant des puces quantiques.
Afin d’assurer une température de fonctionnement très basse pour les puces quantiques, le système de réfrigération selon l’invention comprend au moins un dispositif de réfrigération sub-Kelvin 280. Chaque dispositif sub-Kelvin permet de produire une puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin.
Comme représenté sur la , au moins une partie, de préférence l’ensemble, des sas thermiques indépendants permet un accès à un module comprenant des puces quantiques depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique à au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin.
Typiquement, au moins une partie, de préférence l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin sont disposés dans la deuxième, et/ou par exemple la troisième, enceinte cryogénique.
Selon un mode de réalisation une partie des éléments des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin 280 peuvent être disposés dans la deuxième enceinte cryogénique 240 alors qu’une autre partie des éléments des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin 280 sont disposés dans la troisième enceinte cryogénique 230.
Selon une configuration d’un système de réfrigération non représenté sur les figures, il est possible qu’au moins un dispositif de réfrigération sub-Kelvin produise une puissance froide permettant l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K au niveau de plusieurs modules comprenant des puces quantiques.
Comme représenté sur la , selon un mode de réalisation de l’invention, chaque module comprenant des puces quantiques comprend également au moins un dispositif de réfrigération sub-Kelvin configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin. Selon ce mode de réalisation, le dispositif de réfrigération sub-Kelvin est lié directement au module comprenant les puces quantiques à refroidir. Selon une variante possible, une partie des modules comprennent un dispositif de réfrigération sub-Kelvin alors que les modules restants sont refroidis par des modules de réfrigération sub-Kelvin installés dans la deuxième ou dans la troisième enceinte cryogénique.
Tous dispositifs de réfrigération sub-Kelvin permettant de générer une puissance froide d’au moins 1 µW à une température sub-Kelvin peuvent être utilisés dans le système de réfrigération selon l’invention.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un, par exemple l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à 3He. Ce type de dispositif de réfrigération repose sur le principe de la réfrigération par évaporation. Une réduction de la pression au-dessus d’un bain d’hélium permet de faire baisser la température du bain d’hélium. Ainsi, il est possible avec l’utilisation d’hélium 3 d’atteindre une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un, par exemple l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à désaimantation adiabatique. Ce type de dispositif se base sur la réduction d’entropie d’un matériau paramagnétique, par exemple en soumettant le matériau paramagnétique à un champ magnétique extérieur, suivi d’une désaimantation adiabatique, en exemple en retirant le champ magnétique extérieur, permettant une réduction de la température du matériau paramagnétique. Le choix du matériau paramagnétique permet d’atteindre des températures très basses. Pour atteindre une température sub-Kelvin, on peut utiliser des aluns dont le magnétisme se base sur des ions fer, chrome ou cérium.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un, par exemple l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin est un dispositif de réfrigération à dilution.
Un exemple de dispositif de réfrigération à dilution est illustré en .
Le dispositif de réfrigération à dilution illustré en , comprend un circuit de travail 281 en boucle contenant un fluide de cycle comprenant un mélange d'hélium d'isotope 3 (3He) et d'hélium d'isotope 4 (4He). Ce circuit de travail 281 comprend, disposés en série et reliés fluidiquement via un premier ensemble de conduites 282, 284, une chambre de mélange 283, un bouilleur 285 et un organe de transfert 286.
Le premier ensemble de conduites 282, 284 est configuré pour transférer du fluide de cycle d’une sortie de la chambre de mélange 283 à une entrée du bouilleur 285 et d’une sortie du bouilleur 285 à une entrée de l’organe de transfert 286.
Le circuit de travail 281 comprend un deuxième ensemble de conduites 287 reliant une sortie de l’organe de transfert 286 à une entrée de la chambre de mélange 283.
Le circuit de travail 281 comprend au moins une première portion 288 d’échange de chaleur entre au moins une partie du premier ensemble de conduite 282, 284 et le deuxième ensemble de conduite 287. La première portion 288 d’échange de chaleur est située entre le bouilleur 285 et la chambre de mélange 283.
Le dispositif comprend en outre au moins un organe de refroidissement 289 en échange thermique avec le circuit de travail 281 et configuré pour transférer des frigories au fluide de cycle, c’est-à-dire pour refroidir le fluide de cycle.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un, par exemple l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin peut comprendre au moins un organe de pompage cryogénique situé dans son circuit de travail.
Un exemple de ce mode de réalisation est représenté en avec un réfrigérateur à dilution. Comme représenté, le circuit de travail 281 du réfrigérateur à dilution peut comprendre un organe de pompage cryogénique 290 situé entre le bouilleur et l’organe de transfert.
Cet organe de pompage cryogénique 290 peut être configuré pour pomper le fluide par exemple à une température supérieure ou égale à 0,5K, par exemple supérieure ou égale à 1,8 K, et inférieure ou égale à 150K, par exemple inférieure ou égale à 80 K. Cet organe de pompage cryogénique 290 comprend par exemple une pompe de type turbo moléculaire, ou de type par exemple « Holweck », ou à roue centrifuge ou toute autre technologie ou combinaison de technologies appropriée.
Cet organe de pompage cryogénique 290 est configuré pour pomper le fluide ayant une pression supérieure ou égale à 0.01 mbar et inférieure ou égale à 100mbar. Par exemple, l’organe de pompage cryogénique 290 est configuré pour pomper le fluide à environ 0,1 mbar, et une température basse, de l’ordre de 700 à 850 mK, conformes au fonctionnement du bouilleur 285. Cet organe de pompage cryogénique 290 est de préférence configuré pour pomper de l’hélium 3 ayant une pression d’environ 0,1 mbar ou moins.
La présence de l’organe de pompage cryogénique 290 permet d’augmenter le débit de fluide de cycle et donc la puissance froide produite par le dispositif de réfrigération sub-Kelvin.
Dans un mode de réalisation de l’invention selon lequel au moins deux des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin sont des dispositifs de réfrigération de même nature, par exemple deux dispositifs de réfrigération à dilution ou deux dispositifs de réfrigération à 3He, il peut être avantageux que ces dispositifs de réfrigération sub-Kelvin partagent un même organe de pompage cryogénique.
Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, lorsqu’au moins un, par exemple l’ensemble, des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin comprend un organe de pompage cryogénique, l’organe de pompage est situé à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique et à l’extérieur de la troisième enceinte cryogénique. Les dispositifs de réfrigération sub-Kelvin peuvent être situés à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique 270.
Lorsque le dispositif de réfrigération selon l’invention comprend plusieurs dispositifs de réfrigération sub-Kelvin, ces dispositifs de réfrigération sub-Kelvin peuvent être configurés pour fonctionner à des températures sub-Kelvin différentes.
L’invention a été décrite ci-dessus avec l’aide de modes de réalisation présentés sur les figures, sans limitation du concept inventif général.
Ainsi, les portes peuvent être ouvertes successivement selon un fonctionnement en sas (on referme la première porte avant l’ouverture de la deuxième) ou pas (on laisse la première ouverte et on ouvre la deuxième).
Dans un mode de réalisation possible la deuxième porte est ouverte automatiquement (l’ouverture de la deuxième porte est déclenchée par l’ouverture de la première porte, avec ou sans retard).
Dans un autre mode de réalisation possible, la deuxième porte est ouverte simultanément avec la première porte (les deux portes peuvent être mécaniquement liées.
Ainsi, l’ouverture de la première porte permet l’ouverture de la deuxième porte en ce sens que l’ouverture de la première porte permet l’ouverture de la deuxième porte soit directement après l’ouverture de la première porte soit après qu’elle a été refermée (et inversement). De même, l’ouverture de la première porte donne accès à la deuxième porte (et inversement).
Ce système de deux (ou plus) portes en série permet plusieurs utilisations/configurations possibles, par exemple:
- un accès direct de l'extérieur à l'intérieur pour chargement et/ou maintenance (donc avec rupture du vide)
- un accès à l'espace entre les portes pour maintenance ou chargement à une température intermédiaire
- un accès via un sas, donc sans rompre le vide à intérieur.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier,
  • bien qu’ici la première paroi et la deuxième paroi soient des cylindres droits à base polygonale, l’invention s’applique également à d’autres types de paroi comme par exemple des parois courbes issues de cylindre de base circulaire ou quelconque ;
  • bien qu’ici la courbe directrice du premier cylindre soit octogonale, l’invention s’applique également à d’autres types de courbes directrices polygonales comme par exemple une courbe carrée, rectangulaire, hexagonale ou quelconque ;
  • bien qu’ici les montants aient des sections en forme de pentagone, l’invention s’applique également à des montants de section différente comme par exemple une section triangulaire ;
  • bien qu’ici les panneaux soient plans, l’invention s’applique également à d’autres configurations des panneaux comme par exemple des panneaux courbes ou polyédriques ;
  • bien qu’ici les cadres soient rapportés par boulonnage, l’invention s’applique également à d’autres façons de monter de manière amovible un panneau sur un cadre comme par exemple, le vissage, le clippage, une fixation magnétique, un système à encoches et languettes ;
  • bien qu’ici les cadres et les panneaux associés soient rectangulaires, l’invention s’applique également à d’autres types de cadres et panneaux quadrangulaires comme par exemple des cadres et panneaux carrés ou en forme de parallélogramme ;
  • bien qu’ici les panneaux soient de forme quadrangulaire, l’invention s’applique également à des panneaux de formes différentes, comme par exemple une forme triangulaire, circulaire ou quelconque ;
  • bien qu’ici les panneaux aient une hauteur égale à celle de l’enceinte, l’invention s’applique également à des panneaux de hauteur inférieure à celle de l’enceinte ;
  • bien qu’ici , les premières face terminales soient fixées sur les premiers châssis, l’invention s’applique également à d’autres moyens de fixation d’une face terminale sur une arête de l’enceinte comme par exemple une fixation directement sur la tranche supérieure d’un ou plusieurs panneaux ;
  • bien qu’ici la première enceinte soit thermiquement reliée au deuxième étage d’un tube pulsé, l’invention s’applique également à d’autres types de première source froide, comme par exemple un étage d’un réfrigérateur à dilution, une cellule Peltier ou un détendeur à gaz ou tout autre type d’échangeur ou de refroidisseur cryogénique (“cryocooler” en anglais);
  • bien qu’ici la première enceinte externe soit thermiquement reliée au premier étage d’un tube pulsé, l’invention s’applique également à d’autres types de troisième source froide, comme par exemple une cellule Peltier ou un détendeur à gaz ou tout autre type de refroidisseur cryogénique (“cryocooler” en anglais)
  • bien qu’ici un tuyau traverse la face supérieure de la première enceinte, l’invention s’applique également à d’autres organes de liaison thermique comme par exemple une tresse métallique thermoconductrice. La liaison peut également être réalisée sur une face terminale inférieure de la première enceinte et/ou de la deuxième enceinte;
  • bien qu’ici la deuxième enceinte renferme un dispositif de réfrigération à dilution, l’invention s’applique également à d’autres types de réfrigérateurs sub-kelvin, comme par exemple des réfrigérateurs à détente de type Joule-Thompson (Helium 3 ou Helium 4), des réfrigérateurs à Helium 3, ou des réfrigérateurs à désaimantation adiabatique ;
  • bien qu’ici la deuxième enceinte et la première enceinte possèdent des structures identiques, l’invention s’applique également à des enceintes de structure différentes comme par exemple une première enceinte de base hexagonale ou carrée et une deuxième enceinte de base hexagonale ou carrée ;
  • bien qu’ici les première et deuxième portes soient en regard l’une de l’autre, l’invention s’applique également à d’autres dispositions et configuration des portes selon lesquelles les dimensions et positions relatives permettent l’ouverture de la deuxième porte lorsque la première porte est ouverte ;
  • bien qu’ici les premier et deuxième sas aient été décrits en lien avec une structure polygonale de la première et de la deuxième enceinte, l’invention s’applique également à des sas installés sur d’autres types de première et deuxième enceinte comme par exemple des enceintes cylindriques similaires à celles de l’art antérieur ;
  • bien qu’ici la première porte et la deuxième porte soient reliées par des vérins à ressort, l’invention s’applique également à d’autres types d’organes de liaison mécanique de la première porte avec la deuxième porte comme par exemple un bloc élastomère, une liaison soudée ou vissée ;
  • bien qu’ici les portes soient pleines, l’invention s’applique également à des portes comprenant des passages de câbles ou des passages de tuyauteries destinées à être reliés à un dispositif à refroidir placé dans la deuxième enceinte ;
  • bien qu’ici les portes comprennent des tablettes en saillie vers l’intérieur des enceintes, l’invention s’applique également à d’autres types de supports de réception d’un élément à refroidir comme par exemple une perche ou un crochet ;
  • bien qu’ici les première et deuxième enceintes externes aient été représentées sous la forme de deux demi-cylindres boulonnés, l’invention s’applique également à d’autres types de première et deuxième enceintes externes, comme par exemple une première et une deuxième enceinte externe comprenant un châssis polygonal et des panneaux amovibles similaires aux première et deuxième enceintes ;
  • bien qu’ici la première et la deuxième enceinte soient sous vide, l’invention s’applique également à un système dont les enceintes ne seraient pas sous vide ou un système dans lequel la première et la deuxième enceinte partagent la même atmosphère sous vide ou disposent chacune de son vide, contrôlé de manière séparée à l’aide de moyens dédiés. La première enceinte externe peut également être sous vide. La deuxième enceinte externe peut également être sous vide. Les première et deuxième enceintes, ainsi que les première et deuxième enceintes externes peuvent toutes partager une même atmosphère sous vide, ou alors avoir chacune son vide contrôlé de manière séparée. Lorsque les quatre enceintes partagent une même atmosphère sous vide, seule la deuxième enceinte externe est étanche ;
  • bien qu’ici la première paroi et la deuxième paroi comprennent chacune une unique porte, l’invention s’applique également à des parois comprenant plus d’une porte, les portes réalisées dans la première paroi étant sensiblement en regard de celles réalisées dans la deuxième paroi ;
  • bien qu’ici les panneaux soient réalisés en cuivre, l’invention s’applique également à tout autre matériau bloquant les infrarouges comme par exemple le laiton, le cuivre doré, le cuivre doré poli, l’aluminium, ou tout autre matériau approprié, ayant un coefficient d’émissivité supérieur à 0.8 et idéalement le plus proche possible de 1.
De préférence, les portes sont commandées pour former un sas : chaque porte ne pouvant être ouverte que lorsque l’autre porte est refermée. On peut prévoir un mécanisme permettant, lorsque la deuxième porte est ouverte et la première porte est fermée, de transporter un dispositif à refroidir contenu dans le conduit jusque dans la deuxième enceinte et inversement. Le mécanisme comprend par exemple un bras robotisé contenu dans la deuxième enceinte.
Les modes de réalisation ci-dessus sont donnés à titre d’exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous.
Dans les revendications, le mot « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes, et l’utilisation de l’article indéfini « un » ou « une » n’exclut pas une pluralité. Le simple fait que différentes caractéristiques sont énumérées en revendications mutuellement dépendantes n’indique pas qu’une combinaison de ces caractéristiques ne puisse être avantageusement utilisée. Enfin, toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée de l’invention.

Claims (40)

  1. Système de réfrigération (1) comprenant :
    • une première enceinte (10) cryogénique définie par au moins une première paroi (11), la première enceinte cryogénique (10) étant reliée thermiquement à au moins une première source froide (41);
    • une deuxième enceinte (50) cryogénique définie par au moins une deuxième paroi (51) qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi (11), la deuxième enceinte (50) étant comprise à l’intérieur de la première enceinte (10) et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide (43, 46);
    caractérisé en ce que le système de réfrigération (1) comporte au moins une première porte (30, 83) réalisée dans la première paroi (11) sensiblement en regard d’une deuxième porte (70, 87) réalisée dans la deuxième paroi (51), la première porte (30, 83) et la deuxième porte (70, 87) étant agencées de manière à ce que l’ouverture de la première porte (30, 83) permette l’ouverture de la deuxième porte (70, 87), c’est-à-dire donne accès à la deuxième porte.
  2. Système de réfrigération (1) selon la revendication 1, dans lequel la première porte (30, 83) comprend un premier cadre (20, 82) sur lequel un premier panneau (30, 83) est monté de manière amovible, et dans lequel la deuxième porte (70, 87) comprend un deuxième cadre (60, 86) sur lequel un deuxième panneau (70) est monté de manière amovible.
  3. Système de réfrigération (1) selon la revendication 2, dans lequel la première enceinte (10) et/ou la deuxième enceinte (50) est un cylindre dont la courbe directrice (12, 52) est polygonale, préférentiellement octogonale, le premier panneau (30) étant plan.
  4. Système de réfrigération (1) selon la revendication 3, dans lequel le premier panneau (30) définit une première face latérale de la première enceinte (10), le premier panneau (30) étant de forme quadrangulaire et comprenant une première largeur (l1) correspondant à une longueur d’un segment de la courbe directrice (12) et une première hauteur (H1) qui s’étend parallèlement à une génératrice du cylindre.
  5. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une troisième porte (31-37) réalisée dans la première paroi (11) et une quatrième porte (71-77) réalisée dans la deuxième paroi (51) sensiblement en regard de la troisième porte (31-37).
  6. Système de réfrigération (1) selon la revendication 5, dans lequel la première porte (83) et la deuxième porte (87) appartiennent à un premier sas (80) et la troisième porte (93) et la quatrième porte (97) appartiennent à un deuxième sas (90), le premier sas (80) et le deuxième sas (90) étant agencés pour fournir un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte (10) à l’intérieur de la deuxième enceinte (50) respectivement à un premier module (100) et un deuxième module (103) qui comprennent tous deux un emplacement configuré pour recevoir au moins une puce quantique (101, 104).
  7. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (11) et/ou la deuxième paroi (51) comprend un matériau bloquant le passage des rayons infrarouges.
  8. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des organes de liaison mécanique (110) de la première porte (30) avec la deuxième porte (70).
  9. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première porte (30) et/ou la deuxième porte (70) comprend un support de réception (120, 121) d’un élément à refroidir.
  10. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première enceinte (10) cryogénique comprend une première face terminale (39) à travers laquelle s’étend un premier élément caloporteur (40) de la première source froide (41) et/ou la deuxième enceinte cryogénique (50) comprend une deuxième face terminale (59) et à travers laquelle s’étend un deuxième élément caloporteur (42, 44, 45) de la deuxième source froide (43,46).
  11. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première enceinte cryogénique (10) est comprise dans une première enceinte externe (130).
  12. Système de réfrigération (1) selon la revendication 11, dans lequel la première enceinte externe (130) comprend une première porte supplémentaire (160) agencée de manière à ce que l’ouverture de la première porte supplémentaire (160) permette l’ouverture de la première porte (30).
  13. Système de réfrigération (1) selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle la première enceinte externe est thermiquement reliée à une troisième source froide.
  14. Système de réfrigération (1) selon la revendication 13, dans laquelle la troisième source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre quarante Kelvins et cent Kelvins à l’intérieur de la première enceinte supplémentaire.
  15. Système de réfrigération (1) selon l’une des revendications 11 à 14, dans lequel la première enceinte externe (130) est comprise dans une deuxième enceinte externe (140).
  16. Système de réfrigération (1) selon les revendications 12 et 15, dans lequel la deuxième enceinte externe (140) comprend une deuxième porte supplémentaire (143) agencée de manière à ce que l’ouverture de la deuxième porte supplémentaire (143) permette l’ouverture de la première porte supplémentaire (160).
  17. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première source froide (41) est configurée pour maintenir une température comprise entre 2,5 Kelvins et 5 Kelvins, préférentiellement sensiblement égale à 4 Kelvins à l’intérieur de la première enceinte (10), et la deuxième source froide (43, 46) est configurée pour maintenir une température comprise entre 0,6 Kelvin et 1,5 Kelvins à l’intérieur de la deuxième enceinte (50).
  18. Système de réfrigération (210) selon la revendication 1, agencé pour recevoir des modules (220) indépendants comprenant des puces quantiques (222) fonctionnant à très basses températures, dans lequel :
    • la première enceinte cryogénique (230) et la première source froide (232) sont configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 150 K à l’intérieur de la première enceinte cryogénique (230),
    • la deuxième enceinte cryogénique (240) et la deuxième source froide (242) sont configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 6 K à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique (240),
    • une pluralité de premières portes et de deuxièmes portes forment des sas thermiques (250) indépendants permettant chacun un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique (230) à l’intérieure de la deuxième enceinte cryogénique (240) d’un module (220) comprenant des puces quantiques (222).
  19. Système de réfrigération selon la revendication 18, dans lequel la première enceinte cryogénique (230) est reliée thermiquement à la première source froide (232) par un circuit (234) apte à transférer de la puissance froide de ladite première source froide (232) à ladite première enceinte cryogénique (230).
  20. Système de réfrigération selon la revendication 18 ou 19, dans lequel la deuxième enceinte cryogénique (240) est reliée thermiquement à la deuxième source froide (242) par un circuit (244) apte à transférer de la puissance froide de ladite deuxième source froide (242) à ladite deuxième enceinte cryogénique (240).
  21. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 20, dans lequel la première enceinte cryogénique (230) est comprise dans une enceinte externe (260) étanche à température ambiante.
  22. Système de réfrigération selon la revendication 21, dans lequel l’ensemble des enceintes partageant une même pression inférieure ou égale à 10-4 mbar et supérieure ou égale à 10-7 mbar et les sas thermiques (250) permettant chacun un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de l’enceinte externe.
  23. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 22, comprenant une troisième enceinte cryogénique (270) comprise à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique (240) et reliée thermiquement à au moins une troisième source froide (272), la troisième enceinte cryogénique (270) et la troisième source froide (272) étant configurées pour permettre de maintenir une température inférieure ou égale à 2 K à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique (270), et au moins une partie des sas thermiques (250) permet un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique (230) à l’intérieure de la troisième enceinte cryogénique (270) d’un module (220) comprenant des puces quantiques (222).
  24. Système de réfrigération selon la revendication 23, dans lequel la troisième enceinte cryogénique (270) est reliée thermiquement à la troisième source froide (272) par un circuit (274) apte à transférer de la puissance froide de ladite troisième source froide (272) à ladite troisième enceinte cryogénique (274).
  25. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 24, dans lequel les sas thermiques (250) sont configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’une des enceintes cryogéniques (230, 240, 270) des modules (220) comprenant des puces quantiques (222) et les liaisons permettant de communiquer avec lesdites puces quantiques (222).
  26. Système de réfrigération selon la revendication 21, dans lequel les sas thermiques (250) sont configurés pour recevoir depuis l’extérieur de l’enceinte externe (260) des modules (220) comprenant des puces quantiques (222) et les liaisons permettant de communiquer avec lesdites puces quantiques (222).
  27. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 26, comprenant en outre des liaisons inter-modules permettant de connecter entre elles des puces quantiques (222) de différents modules (220).
  28. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 27, comprenant en outre un dispositif de protection anti-radioactivité autour de l’une au moins des première et/ou deuxième et/ou troisième enceintes cryogéniques et/ou de l’enceinte externe, le dispositif de protection anti-radioactivité étant configuré pour protéger l’intérieur du système de réfrigération des radiations extérieures.
  29. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 28, comprenant une pluralité de dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) disposés au moins en partie dans la deuxième enceinte cryogénique (240), chaque dispositif de réfrigération sub-Kelvin (280) étant configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin.
  30. Système de réfrigération selon la revendication 29, dans lequel au moins un des sas thermiques (250) indépendants permet un accès à un module (220) comprenant des puces quantiques (222) depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique (230) à au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280).
  31. Système de réfrigération selon l’une des revendications 29 ou 30, en dépendance de la revendication 23, dans lequel au moins une partie des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) sont disposés dans la troisième enceinte cryogénique (270).
  32. Système de réfrigération selon l’une des revendications 18 à 28, comprenant au moins un module (220) comprenant des puces quantiques (222) et au moins un dispositif de réfrigération sub-Kelvin (280) configuré pour produire de la puissance froide de sorte à permettre l'obtention d’une température inférieure ou égale à 1K, notamment inférieure ou égale à une centaine de milliKelvin, et au moins un sas thermique permettant l’accès audit au moins un module (220) depuis l’extérieur de la première enceinte cryogénique (230) à l’intérieure de le deuxième enceinte cryogénique (240).
  33. Système de réfrigération selon l’une des revendications 29 à 32 dans lequel au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) est un dispositif de réfrigération à 3He.
  34. Système de réfrigération selon l’une des revendications 29 à 33, dans lequel au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) est un dispositif de réfrigération à désaimantation adiabatique.
  35. Système de réfrigération selon l’une des revendications 29 à 34, dans lequel au moins un des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) est un dispositif de réfrigération à dilution.
  36. Système de réfrigération selon la revendication 33 ou 35, dans lequel le dispositif de réfrigération sub-Kelvin (280) comprend au moins un organe de pompage cryogénique (290) situé dans son circuit de travail (281).
  37. Système de réfrigération selon la revendication 36, dans lequel au moins deux des dispositifs de réfrigération sub-Kelvin (280) sont des dispositifs de réfrigération de même nature et partagent un même organe de pompage cryogénique (290).
  38. Système de réfrigération selon l’une des revendications 36 ou 37, en dépendance de la revendication 23, dans lequel l’organe de pompage cryogénique (290) est situé à l’intérieur de la deuxième enceinte cryogénique (240) et à l’extérieur de la troisième enceinte cryogénique (270).
  39. Système de réfrigération selon la revendication 38, dans lequel le dispositif de réfrigération sub-Kelvin (280) est à l’intérieur de la troisième enceinte cryogénique (270).
  40. Système de réfrigération selon l’une des revendications 29 à 34, dans lequel chaque dispositif de réfrigération sub-Kelvin (280) est configuré pour fonctionner à des températures sub-Kelvin différentes.
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