Att förena exceptionella prestandakrav med masstillverkning kan låta som en omöjlighet. Ändå är det dit chalmersavknoppningen Low Noise Factory lyckats ta sig med sina extremt lågbrusiga mikrovågsförstärkare. Idag är de förstahandsvalet i såväl radioteleskop som kvantdatorer.
Både E6:an och Västkustbanan sveper tätt intill kontorshuset i Kallebäck. Ändå anas inget trafikbrus på trettonde våningen, där Low Noise Factory håller till. Här står ett annat slags brus i centrum. Nämligen det oundvikliga signalbrus som uppstår i all elektronik, bland annat från elektronernas slumpmässiga rörelser i halvledare.
I företagets transistorbaserade förstärkare reduceras detta brus till ett absolut minimum. Hur då?
Jo, man drar nytta av fenomen som bara uppstår i nano-skala, med exotiska material som indiumfosfid och – i de flesta fall – genom kryogen användning. Det vill säga nedkylning till några få grader över absoluta nollpunkten.
– De allra flesta tillämpningar har ingen nytta av ett så här lågt brus. Det duger fint med något sämre och billigare, förklarar företagets grundare och huvudägare Niklas Wadefalk.
Ett undantag är radioastronomin, som ju försöker fånga upp ytterst svaga signaler från rymden.
– Man brukar säga att känsligheten hos ett radioteleskop är lika med uppfångningsarean delat med systembruset. Det innebär att känsligheten kan förbättras antingen genom större antenner, vilket kan kosta miljoner, eller genom mindre brus i förstärkaren, förklarar Niklas Wadefalk och tillägger att det senare blir betydligt billigare.
Det var just för att tillgodose kräsna radioastronomers behov som han startade företaget för tretton år sedan.
Han hade tidigare arbetat några år som forskningsingenjör på Chalmers och lärt sig bygga kryoförstärkare. Sådana förstärkare hade längre varit ett viktigt forskningsområde på Chalmers, framdrivet av återkommande uppdrag att bygga styckvisa förstärkare åt olika rymdprojekt, bland annat åt Odin-satelliten. Därefter lockades Niklas Wadefalk över till Caltech-universitetet i Kalifornien, där han under fem år vidareutvecklade kryoförstärkarens design. Under dessa år förändrades radioastronomin. Gradvis övergick man till att planera framtida teleskop i form av många, små utspridda antenner i stället för enstaka stora.
– Det skulle därför behövas hundratals, kanske tusentals lågbrusförstärkare, något som universitet och forskningsinstitutioner knappast själva skulle klara att tillverka. Jag såg en nisch för ett kommersiellt och seriöst företag, som kunde lämna garantier och säkerställa kontinuitet.
Han beslöt sig för att flytta hem till Göteborg och Chalmers igen, samtidigt som han startade Low Noise Factory vid sidan om. Så mycket till fabrik blev det inte till att börja med. Företagets första förstärkare tillverkade Niklas Wadefalk i sitt eget sovrum. Men efter hand rullade beställningar in.
Eftersom själva kärnkomponenten, de halvmillimeter-stora transistorerna, processades fram i Chalmers renrum, så inleddes också en brant lärkurva i produktionsteknik på Chalmers. Vid starten tillverkades ett par hundra transistorer på centimeterstora bitar av indiumfosfid.
Idag får det plats 50 000 transistorer på en ”wafer” stor som en cd-skiva. En lavinartad utveckling tack vare all återkoppling mellan oss och Chalmers.
En annan stor förändring är att många förstärkare numera görs i form av en integrerad krets, vilket minimerar behovet av manuellt monteringsarbete vid mikroskopet.
Low Noise Factory är idag med sina nio anställda näst intill ensamma i världen om att tillverka kryogena förstärkare för de allra högst ställda lågbruskraven. Produktionstakten är nu uppe i tusen enheter per år. Men radioastronomerna ligger inte bakom den kraftiga ökning av orderingången som skett på sistone. Det gör i stället de många universitet och it-företag som tävlar om att skapa den första användbara kvantdatorn.
– Det är en stor och växande marknad för oss, men den ställer också nya och högre krav.
Ett sådant gäller förstärkarnas värmeutveckling. Kvantdatorforskarna tycker att 4 kelvin är för varmt, de vill helst ned i millikelvin.
– Det är inte säkert att det är möjligt att använda transistorförstärkare för detta, men vi forskar tillsammans med Chalmers för att komma vidare.
Sannolikt blir det i form av samma typ av handgripliga experimenterande som hittills gett resultat. Det finns nämligen enligt Niklas Wadefalk ingen exklusiv teoretisk kunskap eller ”affärshemlighet” som ligger bakom företagets dominans inom sin nisch.
– Det är någon egenskap hos våra transistorer som gör dem bättre än alla andra vid kryogena temperaturer. Något vi har kommit fram till genom mycket trial-and-error. Men exakt vad, det vet vi faktiskt inte.