Китайские исследователи представили новый редкоземельный сплав, способный охлаждать системы почти до абсолютного нуля. Как сообщает South China Morning Post со ссылкой на работу, опубликованную в Nature, разработка может изменить подход к охлаждению квантовых компьютеров и снизить зависимость от дефицитного гелия-3.
Почему квантовым компьютерам нужен экстремальный холод
Квантовые процессоры работают только при экстремально низких температурах — около 0,01–0,015 Kельвинов (примерно −273,14 °C). При таких условиях квантовые состояния остаются стабильными и не разрушаются из-за тепловых колебаний..
Сегодня для этого используют громоздкие установки с жидким гелием-3. Они дороги, сложны в обслуживании и требуют редкого ресурса, за который уже разворачивается глобальная конкуренция.
Новый материал вместо гелия
Команда из Института теоретической физики и Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук совместно с Шанхайским университетом Цзяотун предложила альтернативу — сплав EuCo₂Al₉ (ECA).
На его основе исследователи собрали компактный холодильный модуль без движущихся частей. Он способен обеспечивать стабильное охлаждение квантовых чипов и потенциально подходит даже для автономных систем, например в космических миссиях.
В КАН подчеркивают:
«Материал обладает потенциалом для массового производства» и может стать крайне выгодным, способным снизить зависимость от гелия-3»
Как работает охлаждение без жидкости
Вместо привычного охлаждения с помощью жидких смесей ученые применили другой принцип — адиабатическое размагничивание. Проще говоря, материал сначала «выстраивают» в магнитном поле, а затем это поле убирают.
На первом этапе система отдает тепло. На втором — наоборот, начинает его поглощать, за счет чего температура падает еще ниже. Это похоже на то, как губка сначала сжимается, а затем втягивает воду — только здесь речь идет о тепле.
С новым сплавом удалось достичь температуры около 0,106 K (примерно −273,04 °C) — это рекорд для металлических материалов. Особенность ECA в том, что он хорошо проводит тепло даже при таких экстремальных условиях. Это важно, потому что одна из главных проблем подобных систем — как «вывести» холод наружу и использовать его.
Меньше, дешевле, мобильнее
Современные холодильники для квантовых компьютеров — это огромные установки стоимостью в миллионы долларов. Например, системы уровня IBM занимают целые помещения.
Новый модуль значительно компактнее. Отсутствие движущихся частей упрощает конструкцию и делает ее потенциально более надежной. Если технология подтвердит свою эффективность в реальных системах, это может ускорить развитие квантовых компьютеров, сделав их менее громоздкими и более доступными.
Снижение зависимости от гелия-3 — не только технический вопрос. Этот изотоп редок, и за доступ к нему уже конкурируют крупнейшие державы, вплоть до планов добычи на Луне. Поэтому появление альтернативных решений может повлиять не только на индустрию квантовых вычислений, но и на расстановку сил в технологической гонке.
Физики впервые измерили время квантовых процессов
Ученые создали сверхтвердое тело с квантовыми свойствами жидкости
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX