Revolutionäre Kühlungstechnologie mit 2D-Device ermöglicht hocheffiziente Quantenkühlung bei tiefen Temperaturen

BerlinWissenschaftler des LANES an der EPFL haben ein neues Gerät entwickelt, das mit hoher Effizienz auf sehr niedrige Temperaturen kühlt.

Qubits müssen auf extrem niedrige Temperaturen nahe -273°C gekühlt werden, um Quantenberechnungen durchzuführen. Die gegenwärtige Technologie hat Schwierigkeiten, die Wärme der Elektronik bei diesen niedrigen Temperaturen zu bewältigen, was die Entwicklung größerer Quantensysteme verzögert hat. Normalerweise sind Quantenkreise getrennt von elektronischen Teilen platziert, was ihre Effizienz verringert.

Wichtige Merkmale:

• Funktioniert bei Temperaturen ab 100 Millikelvin
• Nutzt eine Kombination aus Graphen und Indiumselenid
• Verwendet den Nernst-Effekt für die thermoelektrische Umwandlung
• Hergestellt im EPFL-Zentrum für Mikro-Nanotechnologie
• Bietet Integrationsmöglichkeiten in bestehende Quantenkreise

Das neue Gerät nutzt Graphen für seine elektrische Leitfähigkeit und Indiumselenid für seine halbleitenden Eigenschaften. Es ist extrem dünn, nur wenige Atomlagen dick, und funktioniert als flaches, zweidimensionales Objekt. Diese Kombination ermöglicht eine ausgezeichnete Leistung.

Das Gerät funktioniert hervorragend dank des Nernst-Effekts. Bei diesem Effekt entsteht eine elektrische Spannung, wenn ein Magnetfeld senkrecht auf ein Objekt mit einem Temperaturunterschied einwirkt. Durch das flache Design des Geräts lässt sich dieser Prozess leicht mittels elektrischer Methoden steuern.

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Forscher nutzten einen Laser zum Erhitzen von Materialien und setzten einen speziellen Kühlschrank ein, um diese auf 100 Millikelvin abzukühlen – eine extrem niedrige Temperatur. Normalerweise ist es schwierig, Wärme in solcher Kälte in Spannung umzuwandeln, doch dieses Gerät macht es möglich.

In einem Quantensystem lässt sich der Wärmeeinfluss auf die Qubits nicht verhindern. Unser Gerät bietet die erforderliche Kühlung, um dieses Problem zu lösen.

Pasquale erläutert, dass diese Forschung sich mit der Erzeugung von Strom aus Wärme bei niedrigen Temperaturen beschäftigt - ein wenig erforschtes Gebiet. Das Gerät ist äußerst effizient und besteht aus leicht herstellbaren Komponenten, sodass es problemlos in bestehende Niedrigtemperatur-Quantenschaltungen integriert werden kann.

Das Gerät, das durch sein einzigartiges zweidimensionales Design auffällt, wurde am EPFL Center for MicroNanoTechnology entwickelt. Dies ist ein bedeutender Fortschritt in der Quanten-Technologie, da es ein lange bestehendes Problem löst. Das Gerät des LANES-Teams erfüllt einen zentralen Bedarf in diesem Bereich und eröffnet neue Möglichkeiten für den Bau größerer und effizienterer Quantensysteme.