Briljant 2D-materiaal van EPFL bevordert koeling van quantumcomputers met baanbrekende efficiëntie

AmsterdamOnderzoekers van het Laboratorium voor Nanoschaal Elektronica en Structuren (LANES) van EPFL hebben een nieuw apparaat ontwikkeld dat kwantumbits (qubits) zeer efficiënt koelt. Onder leiding van Andras Kis en zijn team van de School of Engineering maakt dit apparaat het gemakkelijker om qubits bij extreem lage temperaturen te gebruiken, wat essentieel is voor kwantumcomputers.

Om quantumcomputers te laten werken, moeten qubits extreem koud zijn, bijna -273 graden Celsius, om atoombewegingen te verminderen en ruis te beperken. Maar de elektronica die in deze computers wordt gebruikt, produceert warmte, die bij zulke lage temperaturen moeilijk af te voeren is. De huidige technologie kampt hiermee, wat leidt tot ruis en inefficiënties.

Het LANES-team heeft een nieuw apparaat ontwikkeld dat gebruik maakt van grafeen vanwege de uitstekende elektrische geleiding en indiumselenide vanwege de halfgeleider eigenschappen. Dit apparaat is slechts enkele atomen dik en functioneert als een tweedimensionaal object.

Belangrijke eigenschappen van het apparaat:

• Werkt bij temperaturen tot wel 100 millikelvin.
• Maakt gebruik van het Nernst-effect voor thermoelectrische conversie.
• Combinatie van grafeen en indiumselenide voor hoge efficiëntie.
• Evenaart de efficiëntie van huidige technologieën bij kamertemperatuur.
• Potentieel voor integratie in bestaande laagtemperature kwantumcircuits.

Het apparaat maakt gebruik van het Nernst-effect, dat een spanning opwekt wanneer een magnetisch veld loodrecht wordt aangelegd op een object met verschillende temperaturen. Door de tweedimensionale structuur kan men de efficiëntie van dit proces elektrisch regelen.

Lees ook:

Vandaag · 20:04

Nieuw chipapparaat gebruikt licht om cellen te inspecteren

Wetenschappers hebben een apparaat getest met een laser-heatbron en een verdunningskoelkast. Dit apparaat zet warmte om in spanning bij zeer lage temperaturen, wat normaal gesproken lastig is. Het nieuwe apparaat lost dit probleem op en is belangrijk voor de kwantumtechnologie.

Gabriele Pasquale, een promovendus bij LANES, onderstreept het belang van dit apparaat. In kwantumsystemen is warmte een storende factor. Dit apparaat biedt de benodigde koeling om de hitte te beheersen.

Pasquale, een natuurkundige, benadrukt het belang van het onderzoek. Het helpt ons begrijpen hoe warmte bij lage temperaturen omgezet kan worden in elektriciteit, een onderwerp dat nog weinig onderzocht is. Het apparaat is zeer efficiënt en kan gemaakt worden met makkelijk te vervaardigen onderdelen, waardoor het aan bestaande quantumcircuits toegevoegd kan worden.

Deze doorbraak is van groot belang voor de kwantumcomputing. Koelsystemen zijn cruciaal om qubits stabiel te houden, en dit apparaat biedt een broodnodige oplossing. Het wijst op een toekomst waarin kwantumcomputers nuttiger en wijdverspreider kunnen worden, en mogelijk de overgang maken van laboratoria naar dagelijks gebruik.

Het LANES-team heeft belangrijke vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van betere koelsystemen voor quantumcomputers. Hun bevindingen, gepubliceerd in Nature Nanotechnology, betekenen een belangrijke stap in de nanotechnologie. Dit kan grote veranderingen teweegbrengen in de werking van toekomstige quantumkoelsystemen.