Przełomowy system chłodzenia kwantowego 2D jest zimniejszy niż przestrzeń kosmiczna

Zespół badawczy z Uniwersytetu EPFL w Szwajcarii stworzył system obliczeń kwantowych 2D, który może być zimniejszy niż przestrzeń kosmiczna. Jest to duży przełom w obliczeniach kwantowych, ponieważ konwencjonalne metody chłodzenia utrudniają postęp w tej dziedzinie. Ta nowa technologia wykorzystuje gotowe części i można ją łatwo wdrożyć w istniejących komputerach kwantowych.

„Jeśli pomyślicie o laptopie w zimnym biurze, będzie on nadal się nagrzewał podczas pracy, co spowoduje również wzrost temperatury w pomieszczeniu” – powiedziała Gabriele Pasquale, doktorantka w LANES (Laboratorium Elektroniki Nanoskali i Structures w EPFL), która sprawiła, że przełom był możliwy. „W systemach obliczeń kwantowych nie ma obecnie mechanizmu, który zapobiegałby zakłócaniu kubitów przez to ciepło. Nasze urządzenie mogłoby zapewnić niezbędne chłodzenie”.

Zespół badawczy z Uniwersytetu EPFL w Szwajcarii stworzył system obliczeń kwantowych 2D, który może być zimniejszy niż przestrzeń kosmiczna.

Kubity muszą zostać schłodzone do -273 stopni Celsjusza, aby spowolnić ruch atomów, ale problem zawsze polegał na tym, że elektronika używana do zarządzania obliczeniami kwantowymi w dalszym ciągu generuje ciepło, które jest trudne do rozproszenia w i tak już niskich temperaturach.

Większość obecnych technologii oddziela obwody kwantowe i elektroniczne; jednakże urządzenie EPFL przekształca wytworzone ciepło w energię elektryczną. Podczas testów kwantowe urządzenie chłodzące 2D od LANES zdołało przekształcić ciepło w napięcie w środowisku o temperaturze 100 milikelwinów, czyli temperaturze nawet niższej niż w przestrzeni kosmicznej. Zespół badawczy pracujący na uniwersytecie EPFL w Szwajcarii opublikował swoje odkrycia w najnowszym numerze czasopisma naukowego Nature Nanotechnology.

Innowacyjne urządzenie łączy grafen charakteryzujący się doskonałą przewodnością elektryczną z półprzewodnikowymi właściwościami selenku indu. Ma tylko kilka atomów grubości i zachowuje się jak obiekt 2D. Ta unikalna konstrukcja zapewnia nowemu kwantowemu urządzeniu chłodzącemu EPFL niespotykaną dotąd wydajność. Aby wykorzystać ten potencjał, urządzenie wykorzystuje efekt Nernsta, czyli zjawisko termoelektryczne, które wytwarza napięcie elektryczne, gdy pole magnetyczne zostanie przyłożone prostopadle do obiektu. Ponieważ urządzenie EPFL jest urządzeniem 2D, inżynierowie mogą elektronicznie regulować jego efektywność.

Konwersja energii cieplnej w niskich temperaturach to temat niedostatecznie zbadany w środowisku akademickim i naukowym, dlatego to nowe osiągnięcie jest tak istotne. Zespół LANES stwierdził, że ich urządzenie można już zintegrować z istniejącymi niskotemperaturowymi obwodami kwantowymi. Wykorzystuje także łatwo dostępną elektronikę. Oznacza to, że nowy system chłodzenia kwantowego 2D można będzie produkować masowo i wdrażać w istniejącym sprzęcie bez kosztownych modernizacji lub zmiany paradygmatu sprzętu do obliczeń kwantowych. Dzięki tej łatwości dostępu możemy spodziewać się, że wkrótce więcej laboratoriów doda system do swoich komputerów kwantowych w celu przetestowania.

„Odkrycia te stanowią poważny postęp w nanotechnologii i dają nadzieję na opracowanie zaawansowanych technologii chłodzenia niezbędnych do obliczeń kwantowych w temperaturach milikelwinów” – powiedział Pasquale. „Wierzymy, że to osiągnięcie może zrewolucjonizować systemy chłodzenia dla przyszłych technologii”.