Nuovo materiale 2D apre le porte al raffreddamento quantistico super-efficiente

RomePresso il Laboratorio di Elettronica e Strutture su Nanoscale (LANES) dell'EPFL, i ricercatori hanno creato un nuovo dispositivo che raffredda in modo estremamente efficiente i bit quantistici (qubit). Sotto la guida del professor Andras Kis e del suo team della Scuola di Ingegneria, questo dispositivo facilita l'uso dei qubit a temperature estremamente basse, un aspetto cruciale per il calcolo quantistico.

I computer quantistici richiedono che i qubit siano estremamente freddi, vicini a -273 gradi Celsius, per ridurre il movimento atomico e diminuire il rumore. Tuttavia, l'elettronica utilizzata in questi computer genera calore, difficile da dissipare a temperature così basse. La tecnologia attuale fatica a gestire questo problema, causando rumore e inefficienze.

Il team LANES ha sviluppato un nuovo dispositivo che utilizza il grafene per la sua eccellente conduttività elettrica e il seleniuro di indio per le sue proprietà semiconduttrici. Questo dispositivo è spesso solo pochi atomi e funziona come un oggetto bidimensionale.

Ecco alcune caratteristiche chiave del dispositivo:

• Funziona a temperature fino a 100 millikelvin.
• Utilizza l'effetto Nernst per la conversione termoelettrica.
• Combina grafene e seleniuro di indio per un'elevata efficienza.
• Eguaglia l'efficienza delle tecnologie attuali a temperatura ambiente.
• Ha il potenziale per essere integrato nei circuiti quantistici a bassa temperatura esistenti.

Il dispositivo sfrutta l'effetto Nernst, che genera una tensione quando un campo magnetico viene applicato perpendicolarmente a un oggetto con temperature diverse. La struttura bidimensionale permette di controllare elettricamente l'efficienza di questo processo.

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Scienziati hanno testato un dispositivo dotato di una sorgente di calore laser e di un frigorifero per diluizione. Questo dispositivo trasforma il calore in tensione a temperature molto basse, un processo che solitamente risulta difficile. Il nuovo dispositivo risolve questo problema ed è cruciale per la tecnologia quantistica.

Gabriele Pasquale, dottorando presso LANES, sottolinea l'importanza di questo dispositivo. Nei sistemi quantistici, il disturbo termico rappresenta un problema serio. Questo apparecchio è fondamentale poiché fornisce il raffreddamento necessario per gestire il calore.

Pasquale, un fisico, sottolinea l'importanza della ricerca. Essa ci aiuta a capire come convertire il calore in elettricità a basse temperature, un argomento poco esplorato. Il dispositivo è altamente efficiente e può essere realizzato con componenti di facile produzione, quindi potrebbe essere integrato nei circuiti quantistici attuali.

Questa innovazione è rilevante per il calcolo quantistico. I sistemi di raffreddamento sono fondamentali per mantenere stabili i qubit, e questo dispositivo offre una soluzione necessaria. Fa intravedere un futuro in cui i computer quantistici potrebbero diventare più utili e diffusi, passando dai laboratori all'uso quotidiano.

Il team LANES ha realizzato progressi significativi nello sviluppo di sistemi di raffreddamento avanzati per i computer quantistici. I loro risultati, pubblicati su Nature Nanotechnology, rappresentano un passo importante nella nanotechologia. Questo potrebbe portare a grandi innovazioni nel funzionamento dei futuri sistemi di raffreddamento per le tecnologie quantistiche.