量子計算機の冷却効率を向上する最先端2D材料が登場

TokyoEPFLのナノスケールエレクトロニクスおよび構造研究所（LANES）の研究者たちは、量子ビット（キュービット）を効率的に冷却する新しい装置を開発しました。工学部のアンドラス・キス氏と彼のチームが率いるこの装置により、量子コンピューティングにおいて重要な極低温でのキュービットの利用が容易になります。

量子コンピュータでは、量子ビットを非常に低温、ほぼ絶対零度に近い-273度に保つ必要があります。これは原子の動きを抑えてノイズを減少させるためです。しかし、これらのコンピュータで使用される電子機器は熱を発生させ、この熱をそうした低温で排除するのは困難です。現代の技術ではこれを管理するのが難しく、その結果、ノイズや効率の低下が生じています。

LANESチームは、優れた導電性を持つグラフェンと、半導体特性を持つセレン化インジウムを使用した新しいデバイスを作成しました。このデバイスは、数個の原子の厚さしかなく、二次元のオブジェクトとして機能します。

デバイスの主な特徴は以下の通りです。低温100ミリケルビンで動作し、熱電変換にネルンスト効果を活用しています。グラフェンとセレン化インジウムを組み合わせることで高効率を実現し、現行の室温技術と同等の効率を持ちます。また、既存の低温量子回路への統合の可能性も期待されています。

この装置は、異なる温度を持つ物体に垂直に磁場を作用させると電圧を生じるネールンスト効果を利用しています。2次元構造により、このプロセスの効率を電気的に制御することが可能です。

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科学者たちは、レーザーの熱源と希釈冷凍機を用いた装置をテストしました。この装置は非常に低温で熱を電圧に変換することができ、通常はそれが難しいとされています。新しい装置はこの問題を解決し、量子技術にとって重要です。

LANESの博士課程の学生であるガブリエーレ・パスクアーレは、この装置の重要性を強調しています。量子システムでは熱の乱れが課題となりますが、この装置は熱管理に必要な冷却を提供します。

物理学者のパスクアーレは、この研究の重要性を強調しています。それは、低温で熱を電気に変換する方法を理解するのに役立ちます。この分野の研究はあまり進んでいません。この装置は非常に効率的で、簡単に生産できる部品で作成できるため、現在の量子回路に組み込むことが可能です。

この革新は量子コンピューティングにとって重要です。冷却システムは量子ビットを安定に保つために不可欠であり、このデバイスは必要な解決策を提供します。これにより、量子コンピュータが実験室から身近な用途に広がり、より役立つ存在になる未来が示唆されています。

LANESチームは、量子コンピュータのためのより良い冷却システムを開発する上で重要な進展を遂げました。彼らの研究成果はNature Nanotechnologyに発表されており、ナノテクノロジーにおける重要な一歩を示しています。これにより、将来の量子技術の冷却システムのあり方に大きな変化がもたらされる可能性があります。