2Dデバイスで画期的な量子冷却が実現、低温での回路冷却に成功

TokyoEPFLのLANESの科学者たちは、非常に効率的に極低温で冷却する新しい装置を開発しました。

量子ビットは、量子計算を行うために約-273℃という極低温に冷却する必要があります。現在の技術では、この低温での電子機器の熱を制御するのが難しく、大規模な量子システムの開発が遅れています。通常、量子回路は電子部品から分離されており、そのため効率が低下しています。

アンドラス・キス氏の率いるチームは、低磁場と極低温で効果的に作動する装置を開発しました。「現在の技術と同じ効率をこの条件下で達成したのは私たちが初めてです」とLANESの博士課程の学生、ガブリエレ・パスクアーレ氏が述べています。

主要な特徴:

• 温度が100ミリケルビンまで低い環境でも動作可能
• グラフェンとセレン化インジウムを組み合わせて使用
• 熱電変換のためにネルンスト効果を利用
• EPFLマイクロナノテクノロジーセンターで製造
• 既存の量子回路への統合の可能性を提供

新しいデバイスは、電気伝導性に優れたグラフェンと、半導体特性を持つセレン化インジウムを使用しています。厚さは数原子の薄さで、平らな二次元構造として機能します。この組み合わせにより、デバイスは非常に高い性能を発揮します。

この装置はネルンスト効果によって効果的に動作します。この効果は、温度差を持つ物体に垂直に磁場を加えたときに電圧を生成します。装置の平坦な設計により、このプロセスを電気的方法で容易に制御することができます。

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研究者たちは、レーザーを使って材料を加熱し、特別な冷蔵装置でそれらを100ミリケルビンという非常に低い温度まで冷やしました。通常、これほど低温で熱を電圧に変換するのは難しいですが、この装置によりそれが可能になります。

量子システムでは、熱が量子ビットに影響を及ぼすのを完全に止める方法はありません。当社のデバイスは、この問題を解決するために必要な冷却を提供します。

パスクアーレは、この研究が低温での熱から電力を生成する方法を探求していると説明します。この分野はあまり研究されていません。デバイスは非常に効率的で、簡単に製造可能な部品を使用しているため、既存の低温量子回路に追加できる可能性があります。

この成果は、「ネイチャー・ナノテクノロジー」誌に発表され、ナノテクノロジーにおける大きな前進を示しています。パスクアーレは次のように説明しています。「これらの発見は、量子コンピューティングに必要な低温での冷却技術の改善に役立つでしょう。我々は、将来の技術のための冷却システムの作り方を変える可能性があると考えています。」

このデバイスは、EPFLマイクロナノテクノロジーセンターで開発された独自の二次元設計を採用しています。これは量子技術における長年の課題を解決する重要な進展です。LANESチームによるこのデバイスは、分野内の重要なニーズに応え、より大規模で効率的な量子システムを構築するための新たな可能性を生み出します。