Современные квантовые компьютеры требуют исключительно низких температур для функционирования, поскольку малейшие колебания окружающей среды могут разрушить хранящуюся квантовую информацию. Это создает серьезную техническую проблему: традиционные системы охлаждения сами генерируют шум, способный нарушить хрупкое состояние кубитов. Исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработала инновационный метод управления теплотой и энергией, используя этот самый шум в свою пользу, пишет ScienceDaily.
Чтобы обеспечить функционирование сверхпроводящих элементов, используемых в квантовых вычислениях, температура должна приближаться к абсолютному нулю (-273°C). При таких экстремальных температурах электроны начинают свободно перемещаться без какого-либо сопротивления, создавая условия для формирования стабильных квантовых состояний внутри кубитов. Высокая чувствительность требует постоянного контроля внешних факторов, включая электромагнитные шумы и небольшие изменения температуры. Чем крупнее и сложнее становятся квантовые системы, тем труднее управлять распространением ненужной энергии и поддерживать целостность квантовых состояний.
Шведские ученые разработали концепцию нового типа квантового холодильника, основанного на эффекте, известном физикам как броуновское охлаждение. Суть идеи заключается в преобразовании хаотичных тепловых колебаний в полезный механизм охлаждения. Центр разработки — искусственно созданная молекула, состоящая из микроскопических сверхпроводящих электрических цепей. Подключенная к нескольким микроволновым каналам, она получает дополнительный источник шума в виде специально подобранных сигналов. Эти сигналы управляют движением тепла и энергии в системе с удивительной точностью.
«Наши эксперименты показывают, что при тщательном контроле шум можно превратить в полезное средство управления тепловыми процессами. Возможность отводить или перенаправлять тепло в крошечном масштабе открывает двери для более надежных и устойчивых квантовых технологий», — комментирует Аамир Али, научный сотрудник Чалмерса и соавтор исследования.
Открытие имеет далеко идущие последствия для целого ряда областей науки и техники. Например, оно способно ускорить развитие методов диагностики заболеваний, создать более эффективные алгоритмы оптимизации транспортных потоков, усилить безопасность коммуникаций и сделать возможным создание новых материалов.
Ранее физики оспорили 200-летний закон термодинамики. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.