Kryotechnik: Erklärung und Definition

Kryotechnik ist das Studium der Materialwissenschaften bei extrem niedrigen Temperaturen. Als kryogene Temperaturen gelten im Allgemeinen weniger als -180 °Celsius.

Kryotechnik hat viele Anwendungsfälle in der Fertigung und wird häufig in Stresstests verwendet, um das Design von Materialien und Produkten zu bewerten, die in Winterumgebungen verwendet werden. Kryotechnik beinhaltet häufig die Verwendung von flüssigem Stickstoff oder flüssigem Helium, die beide komprimiert bei einer sehr niedrigen Temperatur gelagert werden. Sobald diese beiden Verbindungen bei normalen atmosphärischen Temperaturen eingeführt werden, sieden, verdampfen und kühlen sie schnell in jedem Behälter ab, in dem sie verwendet werden können.

Kryotechnik ist von besonderem Interesse, wenn sie auf elektrische und siliziumbasierte Halbleiterprozessoren angewendet wird, da Unterkühlung zur Erzeugung von Supraleitung verwendet werden kann. In einem Supraleiter fließen Elektronen ohne Widerstandsverlust durch das Material, was eine höhere Leistung durch die höchstmöglichen Betriebsfrequenzen ermöglicht.

Kryotechnik wird oft mit Kryonik verwechselt, aber sie sind nicht dasselbe. Kryonik ist die Praxis, kürzlich verstorbene Organismen für eine spätere Reaktivierung tiefzufrieren.

Kryotechnik im Rechenzentrum

Kryo-Kühler werden auch in Rechenzentren verwendet. Sie basieren auf dem Prinzip der Stirling-Wärmekraftmaschine, einem seit Jahrzehnten in vielen Branchen eingesetzten Kühlkonzept. Das Problem bei der Verwendung von Kryokühlern im Rechenzentrum besteht jedoch darin, dass die Wärmekraftmaschinen groß genug sein müssen, um effektiv zu sein und dies kann in einem Rechenzentrum, in dem der physische Platz knapp ist, schwierig sein.

In der Vergangenheit wurden Kryokühler zur Schrank- oder Reihenkühlung eingesetzt. Die Herausforderung bestand schon immer darin, genügend heiße Luft in den Kryokühler zu leiten, damit er effektiv arbeitet und dann die erzeugte Vergleichsstelle zu verwenden, um ein geschlossenes Kühlsystem zu schaffen. Dies erforderte genügend Lüfter und Kanäle, um sicherzustellen, dass die Luftströme ordnungsgemäß funktionierten, was wiederum die Herausforderung darstellte genügend Platz zu haben um Kryokühler kostengünstig zu machen.

Kryotechnik und Quantencomputing

In heutigen Rechenzentren wird der Begriff Kryotechnik oft mit Quantencomputing in Verbindung gebracht. Quantencomputer sind für den normalen Betrieb auf Superkühlung angewiesen, was bedeutet, dass alle Komponenten bei kryogenen Temperaturen arbeiten müssen. Eine große Herausforderung beim Bau von Quantencomputersystemen besteht darin zu ermöglichen, dass sich supraleitende Qubits in einem kryogenen Gehäuse befinden, während die Steuer- und Ausleseschaltungen bei Raumtemperatur arbeiten können.