Наноразмерный охладитель помогает квантовым компьютерам сохранять прохладу

Следующим большим прорывом для электроники , вероятно, станут квантовые компьютеры, которые увеличат объем цифровой памяти в геометрической прогрессии и позволят ученым приступить к решению проблем, с которыми наши классические компьютеры сейчас не надеются справиться.

Такие компании, как IBM, начинают продвигаться вперед, но еще предстоит преодолеть множество препятствий, прежде чем практические квантовые компьютеры станут реальностью. Команда из Университета Аалто в Финляндии, возможно, преодолела одно из этих препятствий, разработав наноразмерный охладитель компонентов.

Теория

В обычном компьютере информация хранится в виде бита, который может быть либо единичным, либо нулевым. Но в сложном для понимания мире квантовых компьютеров эта информация - «кубит» - может принимать значение один и ноль одновременно.

Хранение информации с помощью цепочек запутанных кубитов может экспоненциально увеличить мощность компьютерной системы. Но прежде чем будут созданы практические квантовые компьютеры, ученым по сути необходимо восстановить всю систему, какой мы ее знаем.

Продолжается работа по созданию транзисторов, перепрограммируемых микросхем, методов передачи данных и способов стабилизации общеизвестно нестабильных квантовых систем. Команда Aalto совершила прорыв в переносе еще одного распространенного компьютерного компонента в квантовый мир: системы охлаждения.

Проблемы охлаждения

Процессоры уязвимы к теплу, потому что это нарушает оптимальное состояние, которое они должны достичь, прежде чем их можно будет инициализировать для выполнения точных вычислений. Поэтому исследователи приступили к поиску способа их охлаждения, чтобы система работала бесперебойно. Их подход использует квантовое туннелирование, при котором электрон может проходить через барьер благодаря тому, что он функционирует как частица и волна.

Если существует стимул для того, чтобы электрон находился на другой стороне барьера - например, больше энергии - он может, в некотором смысле, проходить сквозь материал, чтобы достичь его. В этом случае исследователи осторожно отдали электронам немного энергии для прямого туннелирования через изолятор толщиной 2 нанометра. В результате электроны получали энергию, необходимую для завершения задачи, от самого квантового устройства.

С этой энергией пришло немного тепла, и это охладило систему. Чтобы протестировать свое устройство, команда использовала не реальные кубиты, а сверхпроводящий резонатор, который работает аналогичным образом. В будущем исследователи планируют перейти к реальным кубитам, настроить устройство, чтобы оно могло быстрее включаться и выключаться, и работать при более низких температурах. Исследование было опубликовано в журнале NatureCommunications. Команда делает умную попытку объяснить, как система работает в видео ниже.