Dispositivo innovativo 2D raffredda i circuiti quantistici a temperature estreme con alta efficienza

RomeGli scienziati del LANES dell'EPFL hanno sviluppato un nuovo dispositivo capace di raffreddare oggetti a temperature estremamente basse con grande efficienza.

I qubit devono essere raffreddati a temperature estremamente basse, vicine a -273°C, per eseguire calcoli quantistici. La tecnologia attuale fatica a gestire il calore degli elementi elettronici a queste basse temperature, rallentando così lo sviluppo di sistemi quantistici più grandi. Di solito, i circuiti quantistici sono separati dalle parti elettroniche, rendendoli meno efficienti.

Caratteristiche Principali:

• Funziona a temperature fino a 100 millikelvin
• Utilizza una combinazione di grafene e seleniuro di indio
• Sfrutta l'effetto Nernst per la conversione termoelettrica
• Realizzato presso il Centro EPFL per la MicroNanoTecnologia
• Offre la possibilità di integrazione nei circuiti quantistici esistenti

Il nuovo dispositivo sfrutta il grafene per la sua conduttività elettrica e il seleniuro di indio per le sue capacità semiconduttrici. È estremamente sottile, solo pochi atomi di spessore, e funziona come un oggetto bidimensionale. Questa combinazione gli permette di ottenere prestazioni eccezionali.

Il dispositivo funziona bene grazie all'effetto Nernst. Questo fenomeno genera una tensione elettrica quando un campo magnetico è applicato perpendicolarmente a un oggetto con una differenza di temperatura. Il design piatto del dispositivo facilita il controllo di questo processo attraverso metodi elettrici.

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I ricercatori hanno utilizzato un laser per riscaldare i materiali e un frigorifero speciale per raffreddarli a 100 millikelvin, una temperatura estremamente bassa. Solitamente è difficile convertire il calore in tensione a queste temperature, ma questo dispositivo lo rende possibile.

In un sistema quantistico, è impossibile impedire al calore di influenzare i qubit. Il nostro dispositivo fornisce il raffreddamento necessario per risolvere questo problema.

Pasquale spiega che questa ricerca si concentra sulla generazione di elettricità da calore a basse temperature, un settore ancora poco esplorato. Il dispositivo è altamente efficiente e utilizza componenti facilmente producibili, rendendone possibile l'integrazione nei circuiti quantistici a bassa temperatura già esistenti.

Il dispositivo, realizzato con un design bidimensionale unico, è stato creato presso l'EPFL Center for MicroNanoTechnology. Questo rappresenta un progresso significativo nella tecnologia quantistica, poiché risolve un problema di lunga data. Il dispositivo del team LANES affronta una necessità cruciale nel campo e apre nuove opportunità per la costruzione di sistemi quantistici più grandi ed efficienti.