一种量子计算机用超导线材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种量子计算机用超导线材的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1）以NbTi棒为原材料，在NbTi棒的表面包覆一层Cu外壳，然后采用旋锻的方式使Cu外壳与NbTi棒的一端紧密结合，并使其穿过拉拔模具，拉拔为NbTi/Cu单芯线；2）采用扒皮法，去除Cu皮，获得NbTi丝；3）在NbTi丝上制备聚四氟乙烯（PTFE）绝缘层；4）采用与步骤一中成分相同的NbTi粉末为制备NbTi毛细管；5）通过穿管法将绝缘后的NbTi丝和NbTi毛细管装配并冷拔成型；6）在线材的两端焊接接头，最终获得量子计算机用超导线材。本发明专利技术制备的超导线材低温电阻极低同时导热能力强，完全满足量子计算机的使用。完全满足量子计算机的使用。完全满足量子计算机的使用。

A preparation method of superconducting wire for quantum computer

【技术实现步骤摘要】
一种量子计算机用超导线材的制备方法


[0001]本专利技术属于超导复合线材加工领域，具体涉及一种量子计算机用超导线材的制备方法。

技术介绍

[0002]量子计算机是一种可以实现量子计算的机器，是一种通过量子力学规律以实现数学和逻辑运算，处理和储存信息能力的系统。它以量子态为记忆单元和信息储存形式，以量子动力学演化为信息传递与加工基础的量子通讯与量子计算，在量子计算机中其硬件的各种元件的尺寸达到原子或分子的量级。其特点主要有运行速度较快、处置信息能力较强、应用范围较广等。相比传统计算机，信息处理量愈多，对于量子计算机实施运算也就愈加有利，也就更能确保运算具备精准性。
[0003]基于以上描述，量子计算机可以解决传统计算机无法解决的问题，在一些特定问题上，量子计算机的运算能力以及运算速度的潜力远高于现在世界上所有经典计算机的总和。然而，作为量子计算机的核心量子态是“脆弱的”，量子芯片的工作环境需要在30mK以下才能具有优异性能，如果温度过高，量子态的演化将非常难以控制。为此，量子计算机中所使用的信号传输线材应具备低温环境下电阻极低，导热能力极强的特性，从而避免影响超导芯片的低温使用环境。而超导线材因其低温下零电阻的特性被应用于量子计算机中信号传输线材的研制。
[0004]目前，量子计算机中使用的线材一直被国外垄断，导致国内量子计算机领域的科研院所和企业一直被该技术“卡脖子”。有鉴于此，本专利技术人提出一种量子计算机用超导线材的制备方法，以填补国内技术的空白。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种量子计算机用超导线材的制备方法，该制备方法以NbTi为原材料，通过在其表面包覆Cu拉拔
→
扒皮处理
→
涂漆绝缘四氟乙烯
→
3D打印制作NbTi毛细管
→
穿管装配
→
焊接接头的制备工艺，最终获得的超导线材经过实际验证，漏热速率在4
‑
20K的温度下低于0.3μW/K，完全满足量子计算机对低温电阻极低和导热能力极强的要求。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：一种量子计算机用超导线材的制备方法，所述制备方法包括以下具体步骤：步骤一、先以NbTi棒为原材料，在NbTi棒的表面包覆一层Cu外壳，然后采用旋锻的方式使Cu外壳与NbTi棒的一端紧密结合，并使其穿过拉拔模具，拉拔为NbTi/Cu单芯线；步骤二、将步骤一获得的NbTi/Cu单芯线通过扒皮模具进行扒皮处理，以去除NbTi/Cu单芯线表面的全部Cu皮，获得NbTi丝；步骤三、将步骤二获得的NbTi丝放入挤出机，采用聚四氟乙烯为绝缘材料，在挤出聚四氟乙烯的同时进行烘烤，完成对NbTi丝的聚四氟乙烯绝缘；
步骤四、采用与步骤一中成分相同的NbTi粉末为原材料，使用选择性激光熔化3D打印技术获得NbTi毛细管；步骤五、通过穿管的方式将步骤三绝缘后的NbTi丝与步骤四中获得的NbTi毛细管进行装配，其中绝缘后的NbTi丝位于NbTi毛细管的中部，再通过冷拉拔的方式进行成型；步骤六、在步骤五获得的线材两端焊接接头，最终得到量子计算机用超导线材。
[0007]进一步地，所述步骤一中采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，所述NbTi棒的直径为30～60mm。
[0008]进一步地，所述步骤一中采用Cu外壳的厚度为2～5mm，穿过拉拔模具进行拉拔时，拉拔道间加工率为10～30%。
[0009]进一步地，所述步骤二中扒皮模具的材质为碳化钨，扒皮模具刃口角度为10～35
°
，刃口长度为1～4mm，扒皮量为0.01～0.1mm，扒皮次数为1次，用于去除全部的Cu皮，获得NbTi丝。
[0010]进一步地，所述步骤三中采用的聚四氟乙烯颗粒直径为200～500μm，烘烤时温度为300～500℃，绝缘层厚度为0.1～2mm。
[0011]进一步地，所述步骤四中NbTi粉末的粒径为10～50μm，选择性激光熔化3D打印参数设定为：层厚0.01～0.05mm，功率200～900W，扫描速度为800～1500mm/s，道间距为0.1～0.2mm。
[0012]进一步地，所述步骤五中冷拉拔的道次间加工率为2～10%，用于使NbTi毛细管与绝缘后NbTi丝紧密结合。
[0013]进一步地，所述步骤六中使用的接头型号为SMA、APC或GPPO。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种量子计算机用超导线材的制备方法，该制备方法以NbTi棒为原材料，在其表面包覆一层Cu外壳，然后将其拉拔为NbTi/Cu单芯线，再通过扒皮处理获得NbTi丝，然后在NbTi丝上制备聚四氟乙烯（PTFE）绝缘层，再采用与NbTi棒相同成分的NbTi粉末通过选择性激光熔化3D打印技术获得NbTi毛细管，其次将得到绝缘后的NbTi丝与NbTi毛细管通过穿孔的方式装配、冷拔成型，最后在线材两端焊接接头，最终得到量子计算机用超导线材，该超导线材经过实际验证，漏热速率在4
‑
20K的温度下低于0.3μW/K，完全满足量子计算机对低温电阻极低和导热能力极强的要求。
附图说明
[0015]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术一种量子计算机用超导线材的制备方法流程图；图2是采用本专利技术方法制备超导线材横截面结构示意图。
具体实施方式
[0018]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置的例子。
[0019]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0020]请参见图1所示，本专利技术提供一种量子计算机用超导线材的制备方法，包括以下具体步骤：步骤一、先以NbTi棒为原材料，在NbTi棒的表面包覆一层Cu外壳，然后采用旋锻的方式使Cu外壳与NbTi棒的一端紧密结合，并使其穿过拉拔模具，拉拔为NbTi/Cu单芯线；具体的，步骤一中所采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，NbTi棒外径为Φ30～60mm，为了解决NbTi丝拉拔粘模的问题，在NbTi棒外包覆Cu外壳，起到拉拔润滑的作用，其中Cu外壳的厚度为2～5mm，旋锻的目的是让NbTi棒和Cu外壳结合紧密，同时可以穿过模具进行拉拔，拉拔道次间加工率为10%～30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子计算机用超导线材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下具体步骤：步骤一、先以NbTi棒为原材料，在NbTi棒的表面包覆一层Cu外壳，然后采用旋锻的方式使Cu外壳与NbTi棒的一端紧密结合，并使其穿过拉拔模具，拉拔为NbTi/Cu单芯线；步骤二、将步骤一获得的NbTi/Cu单芯线通过扒皮模具进行扒皮处理，以去除NbTi/Cu单芯线表面的全部Cu皮，获得NbTi丝；步骤三、将步骤二获得的NbTi丝放入挤出机，采用聚四氟乙烯为绝缘材料，在挤出聚四氟乙烯的同时进行烘烤，完成对NbTi丝的聚四氟乙烯绝缘；步骤四、采用与步骤一中成分相同的NbTi粉末为原材料，使用选择性激光熔化3D打印技术获得NbTi毛细管；步骤五、通过穿管的方式将步骤三绝缘后的NbTi丝与步骤四中获得的NbTi毛细管进行装配，其中绝缘后的NbTi丝位于NbTi毛细管的中部，再通过冷拉拔的方式进行成型；步骤六、在步骤五获得的线材两端焊接接头，最终得到量子计算机用超导线材。2.根据权利要求1所述的一种量子计算机用超导线材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中采用的NbTi棒中Nb的含量为50～60wt.%，所述NbTi棒的直径为30～60mm。3.根据权利要求1或2所述的一种量子计算机用超导线材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中采用Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子敬，郭强，王瑞龙，张凯林，朱燕敏，杜予晅，刘向宏，冯勇，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：