Raziskovalci EPFL so razvili mehanizem, ki lahko pretvori toploto v električno napetost pri ultra nizkih temperaturah kvantnih vezij

Inženirji EPFL so razvili napravo, ki lahko pretvori toploto v električno napetost a temperature nižje od tistih v globokem vesolju. Ta inovacija bi lahko imela pomembno vlogo pri napredku tehnologije kvantno računalništvo: kvantni računalniki namreč lahko delujejo le pri izjemno nizkih temperaturah, zaradi česar (še) ni mogoče oblikovati naprav, ki bi lahko delovale zunaj opremljenega laboratorija.

Raziskovalci Laboratorij za nanometrsko elektroniko in strukture (LANES) EPFL, ki ga vodi Andraš Kiš, so zdaj izdelali napravo, ki ne deluje samo pri izjemno nizkih temperaturah, ampak to počne z učinkovitostjo, ki je primerljiva s trenutnimi tehnologijami za sobno temperaturo. Rezultati študije so bili objavljeni v reviji “nanotehnologija narave".

Te napake v polprevodnikih, uporabne za kvantne superračunalnike
Proti kompaktnim kvantnim računalnikom zahvaljujoč ... topologiji

Hlajenje: ovira za razvoj kvantnih računalnikov

I kvantni računalniki so računalniške naprave, katerih temeljni elementi, začenši z informacijskimi enotami, se obnašajo v skladu z zakoni kvantne mehanike, presegajo obzorje binarnih podatkov in dajejo informacije na voljo za računanje. kvantne lastnosti podatkov. Kvantni računalnik operira s kvantnimi biti, oz qubit, katerega stanje lahko ustreza več klasičnim vrednotam hkrati, kar mu omogoča doseganje a hitrost računanja impresiven, neprimerljiv s klasičnimi računalniki.

Za izvajanje kvantnih izračunov pa je potrebno izjemno zaščiteno okolje: vire hrupa res lahko zmanjšati natančnost izračuna, ali celo uničiti kvantne informacije in toplotni hrup to je ena najtežje premagljivih ovir. Zato se kubiti ohladijo na ekstremne temperature, v redu milikelvinov (skoraj -273 °C), Da bi upočasni gibanje atomov in zmanjšajte ta hrup na minimum.

V zadnjih letih je znanstvenikom postalo vse bolj jasno, da če obstaja ena stvar, ki materialno preprečuje prinesli kvantne računalnike na naše mize to je ravno tista infrastruktura, ki je potrebna kul računalniki. Raziskave se zato osredotočajo na dve možni rešitvi: načrtovanje sistemov, ki lahko delujejo pri sobni temperaturi (vključno z modeli s fotonskimi kubiti), in preučevanje mehanizmov, ki omogočajo optimizacijo hlajenja kvantnih računalnikov.

"Recept" EPFL za zmogljivejše kvantne računalnike
Podpora "Monstrel" za raziskave kvantnih materialov

Izkoristite slavni Nernstov učinek pri ultranizkih temperaturah

Da bi lahko uresničili močnejših kvantnih sistemov, je potrebno premagajte oviro toplotnega šuma učinkoviteje ustvarjajo elektronske komponente. Večina trenutnih tehnologij, pojasnjujejo raziskovalci EPFL, je prisiljena ločiti kvantna vezja od njihovih elektronskih komponent, vendar to povzroča hrup in neučinkovitosti ki ovirajo realizacijo večjih kvantnih sistemov zunaj laboratorija.

V tem kontekstu je revolucionarna naprava zasnovano v Laboratoriju za nanometrsko elektroniko in strukture (LANES): združuje odlično električno prevodnost grafen s polprevodniškimi lastnostmi indijev selenid, se ta mehanizem debeline nekaj atomov obnaša kot a dvodimenzionalni predmet, kar omogoča doseganje zmogljivosti brez primere, ki so primerljive z zmogljivostmi trenutnih tehnologij pri sobni temperaturi.

Naprava uporabljaNernstov učinek, kompleksen termoelektrični pojav, ki ustvari električno napetost, ko magnetno polje deluje pravokotno na predmet pri spremenljivih temperaturah (in to ni prvič, da se poskusi uporabiti za subkelvinov režim, prav zaradi potenciala aplikacije v kvantne tehnologije).

Pretvarjanje toplote v napetost pri tako nizkih temperaturah je običajno izjemno težko, vendar nova naprava in njena sposobnost izkoriščanja Nernstovega učinka omogočata, zapolnjevanje kritične vrzeli v kvantni tehnologiji.

"Smo prvi, ki smo ustvarili napravo, ki se ujema z učinkovitostjo pretvorbe trenutnih tehnologij, vendar deluje pri nizkih magnetnih poljih in ultranizkih temperaturah, potrebnih za kvantne sisteme,« pravi doktorski študent LANES Gabriele Pasquale"to delo je resnično korak naprej".

Open Quantum Institute bo vrhunec znanstvene diplomacije
Kako deluje ENI "Tokamak", ki lomi atomske vezi

Rezultat, ki lahko revolucionira hladilne sisteme

Rešitev, ki so jo identificirali inženirji EPFL, je v dvodimenzionalni naravi naprave, ki omogoča električno krmiljenje učinkovitosti tega mehanizma tudi pri ultranizke temperature. Poskusi so vključevali uporabo a laser kot vir toplote in specializirani hladilnik za redčenje za doseganje 100 milikelvinov, še nižjo temperaturo kot globoko vesolje.

"Če pomislimo na prenosnik v hladni pisarni, se prenosnik med delovanjem segreje, zaradi česar se dvigne tudi temperatura v prostoru«, pojasnjuje Pasquale, »V kvantnih računalniških sistemih trenutno ni mehanizma, ki bi preprečil, da bi toplota motila kubite. Naša naprava bi lahko zagotovila to potrebno hlajenje".

Po izobrazbi fizik Pasquale poudarja, da je ta raziskava pomembna, ker osvetljuje pretvorbo toplotne moči pri nizkih temperaturah, pojav, ki je bil doslej malo raziskan. Glede na visoko učinkovitost pretvorbe in uporabo potencialno izdelljivih elektronskih komponent ekipa LANES prav tako verjame, da bi lahko bila njihova naprava že integriran v obstoječa nizkotemperaturna kvantna vezja.

"Ti rezultati predstavljajo velik napredek v nanotehnologiji in obetajo razvoj naprednih tehnologij hlajenja, bistvenih za kvantno računalništvo pri temperaturah milikelvinov.« pravi Pasquale. “Verjamemo, da lahko ta rezultat revolucionirati hladilne sisteme za prihodnje tehnologije".

Nasvidenje Niklausa Wirtha, Švicarja, ki je dolgo šepetal računalnikom
Video, časovni zamik namestitve superračunalnika Leonardo