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(Quelle: Yurchanka Siarhei/Shutterstock.com)

Grundzüge von Bits

Als ich klein war, rief mir meine Mutter immer zu: „Rein oder raus! Entscheide Dich, ob Du rausgehen oder drinnenbleiben willst, denn wenn Du die ganze Zeit die Tür offen lässt, verschwenden wir einfach zu viel Energie.“

Ich bin mir nicht sicher, ob meine Mutter damals schon etwas vom kommenden digitalen Zeitalter ahnte. Einem Zeitalter, in dem die Binärziffer (Bit) die Welt verändern sollte. Aber vielleicht wusste sie mehr über Technik, als mir in meiner Kindheit bewusst war.

Ich frage mich, ob meine Mutter wusste, dass Bits eine zweistufige (0, 1) mathematische Darstellung analog zu entgegengesetzten binären Zuständen wie EIN/AUS, HOCH/TIEF, EINGANG/AUSGANG sind. Durch die Bits wurden die klassischen Computer zum Mittelpunkt der digitalen Revolution.

Mehr als Bits: Hallo Qubits

Gegenwärtig ist jedoch eine neue Revolution im Gange: ein Durchbruch in der Computertechnik, der weit über die derzeitigen Grenzen eines binären Systems hinausgeht. Diese Computerrevolution ist das Quantencomputing, bei dem Bits durch Quantenbits (Qubits) ersetzt werden (Abbildung 1). Durch ein Phänomen, das als quantenmechanische Überlagerung bekannt ist, können sich Qubits gleichzeitig in zwei Zuständen befinden – was mich an die Worte meiner Mutter erinnert („Rein oder raus!“).

Durch die quantenmechanische Überlagerung können Quantencomputer in einer einzigen Operation riesige Datenmengen gleichzeitig verarbeiten. Ein klassischer Computer würde für diese Aufgabe Tausende von Jahren benötigen.

Abbildung 1: Das Bild veranschaulicht, wie ein Qubit zwei Zustände gleichzeitig einnimmt (Quelle: Astibuag/Shutterstock.com)

Die Qubit-Manipulation ist der Mechanismus, mit dem die Quanten-Rechenoperationen durchgeführt werden. Beim Quantencomputing werden HF-Stecker, -Adapter und -Kabelbaugruppen verwendet, um Signale zu übertragen, die den Zustand von Qubits manipulieren. Hierfür sind besondere Verbindungseigenschaften erforderlich, wie beispielsweise die Fähigkeit, kryogenen (sehr niedrigen) Temperaturen, nichtmagnetischen, hochfrequenten und verlustarmen Temperaturen standzuhalten.

Amphenol RF

Amphenol RF ist führend bei der Erschließung dieses neuen Marktes. Amphenol RF ist ein Geschäftsbereich von Amphenol Corporation, dem weltweit führenden Hersteller von koaxialen Steckverbindersystemen für Hochfrequenz(HF)-, Mikrowellen- und Datenübertragungsanwendungen. Das Unternehmen ist Marktführer bei der Entwicklung von Technologien der nächsten Generation und unterstützt den weltweiten Fortschritt in der Verbindungstechnik. Dies sind beispielsweise Hochfrequenz-Koaxialsteckverbinder und Kabelbäume für die hochisolierte Übertragung elektromagnetischer Steuersignale, Mikrowellen-Konnektivitätslösungen und Steckverbinder. Amphenol RF ebnet den Weg für die Quantenrevolution. Schauen wir uns einige der Amphenol RF-Produkte an, die das Quantencomputing erst möglich machen.

Konfektionierbare Kabelsätze

Wie kann man eine flexible Verbindungsmöglichkeit bereitstellen, um Hochfrequenzsignale innerhalb von Quantencomputeranwendungen zu übertragen? Man könnte Halbstarre HF-Kabelsätze mit SMA-Steckverbindern einsetzen, wie z. B. den 135101-R1-12.00 (Abbildung 2). Dabei handelt es sich um einen HF-Kabelsatz mit SMA (50 Ω) (gerader Stecker auf geraden Stecker) und Ǿ 2,16 mm (0,085"). Er ist auch in anderen Längen von 76 mm - 1219 mm (3"-4") erhältlich.

Abbildung 2: Der halbstarre HF-SMA-Kabelsatz von Amphenol RF bietet flexible Anschlussmöglichkeiten für die Übertragung von HF-Signalen in Quantencomputeranwendungen. (Quelle: Mouser Electronics)

SMAs werden mit einer Gewindekupplung geliefert. Sie sind klein dimensioniert und besitzen eine geringe HF-Streuung. Sie können mit Frequenzen von bis zu 26,5 GHz betrieben werden. Bei höheren Frequenzen ist die 2,92-mm-Serie (0,114") von Amphenol zu empfehlen, die einen größeren Frequenzbereich von bis zu 40 GHz bietet. SMAs lassen sich mit einer Vielzahl von Hochleistungskabeln kombinieren. Die HF-SMAs von Amphenol beinhalten Steckverbinder für die Leiterplatten- und Kabelmontage sowie eine Vielzahl von Adaptern, Abschlusselementen, Dämpfungselementen und Leitungssätzen für unterschiedlichste Designs. Zu den Optionen für konfektionierbare Kabelsätze zählen:

• SMA zu SMA
• SMP zu SMP
• SMPM zu SMPM
• SMA zu SMP
• TFLEX-Kabel-Optionen

SMA-Platinenrandanschlüsse

SMA-HF-Platinenrandbuchsen tragen dazu bei, das Signal von einer Qubit-Leiterplatte konstant zu halten. Ein Beispiel hierfür ist die 901-10513-1 von Amphenol RF (Abbildung 3). Diese Produkte sind unter Verwendung von Berylliumkupfer (BeCu) mit Goldkontakt präzisionsbearbeitet, bieten eine ausgezeichnete VSWR-Performance (Voltage Standing Wave Ratio) von bis zu 26,5 GHz und sind für mehrere unterschiedliche Leiterplattenstärken erhältlich. Die Steckverbinder zeichnen sich durch ein optimiertes Endabschlussdesign mit entweder durchgehenden Schenkeln oder konventionellen aufschiebbaren Montageschenkeln aus. Dadurch sind sie eine ideale Leiterplatten-Steckverbinderlösung für HF-Anwendungen.

Abbildung 3: Die SMA-HF-Platinenrandbuchsen von Amphenol RF sorgen für ein zuverlässiges Signal von einer Qubit-Leiterplatte (Quelle: Mouser Electronics)

Lösungen für beengte Einbauverhältnisse

Der SMP-HF-Stecker für Leiterplatten ist deutlich kleiner als ein SMA-Steckverbinder und eignet sich daher besonders für den Einsatz bei beengten Einbauverhältnissen (Abbildung 4). Er ist für Board-to-Board-Designs im Quantencomputing hilfreich. Der SMP-Steckverbinder bietet einen erweiterten Frequenzbereich von bis zu 40 GHz für hochoptimierte Produkte. Sein dreiteiliges Board-to-Board-Steckverbinderdesign ist blind steckbar. Er kann mit halbstarren anpassbaren oder flexiblen halbstarren Alternativen konfektioniert werden. Amphenol RF bietet ihn mit verschiedenen Leiterplatten-Montageoptionen an. Er verfügt über eingeschränkte und vollständige Rastmöglichkeiten zur Sicherung eines Gegensteckers oder Bullet-Adapters. Beispiele von Amphenol RF sind der SMP-MSLD-PCT19T und der SMP-MSSB-PCS17T.

Abbildung 4: SMP-HF-Stecker für Leiterplatten von Amphenol RF eignen sich gut für kompakte Board-to-Board-Designs in Quantencomputer-Anwendungen. (Quelle: Mouser Electronics)

Der SMPM-HF-Stecker für Leiterplatten ähnelt der SMP-Serie, ist jedoch kleiner und eignet sich insbesondere für Board-to-Board-Designs von Quantencomputern (Abbildung 5). Für Anwendungen bis zu 65 GHz verfügen die SMPM-Steckverbinder über einen einrastenden Snap-On-Stecker, der dem von SMP-Steckverbindern ähnelt. Sie eignen sich ideal für eine Reihe von Präzisions- und Miniatur-Anwendungen. Amphenol RF fertigt SMPM-Stecker für Leiterplatten aus Messing mit Goldbeschichtung für bessere Lötbarkeit und elektrische Hochfrequenzleistung. Es sind oberflächenmontierbare, durchgehende Schenkel- oder Platinenrandanschlüsse erhältlich. Anwender können diese Steckverbinder mit SMPM-Bullet-Adaptern koppeln und so einen Mindestleiterplattenabstand von 8,65 mm erreichen. In Verbindung mit Bullet-Adaptern eignen sich diese Leiterplatten-Steckverbinder ideal für blindes Zusammenstecken. SMPM-Kabelverbinder sind aus Berylliumkupfer oder Messing mit Goldbeschichtung für eine lange Lebensdauer und maximale elektrische Leistung hergestellt. Beispiele hierfür sind die Steckverbinder 925-196J-51PT und 925-197J-51PT.

Abbildung 5: SMPM-HF-Stecker für Leiterplatten von Amphenol RF sind eine besonders kleine Steckverbinderoption für Board-to-Board-Designs in Quantencomputer-Anwendungen (Quelle: Mouser Electronics)

Fazit

Die Zukunft der Quantencomputeranwendungen hängt von sicheren elektrischen HF-Verbindungen ab. Amphenol RF ist der Lieferant, der die notwendigen Verbindungstechnologien in die Realität umsetzt und anbietet.

Ich freue mich auf den Tag, an dem ich von meinem Arbeitgeber einen neuen Qubit-Computer zum Schreiben erhalte. Hoffentlich gehen dann die Rechner-Superkräfte des Qubits auf mein Schreiben über, und ich werde nicht mehr Hunderte von Wörtern pro Tag schreiben, sondern ... nun ja, das werden wir eines Tages sehen. Aber bis dahin muss ich am Rande stehen und die Frage beantworten, die viele von uns haben: Rein oder raus?