Nowe materiały 2D zwiększają efektywność chłodzenia komputerów kwantowych w bardzo niskich temperaturach millikelwinowych.

WarsawBadacze z Laboratorium Elektroniki i Struktur w Skali Nano (LANES) na EPFL opracowali nowatorskie urządzenie, które niezwykle efektywnie chłodzi bity kwantowe (kubity). Zespół kierowany przez Andrasa Kisa z Instytutu Inżynierii stworzył rozwiązanie, które ułatwia stosowanie kubitów w bardzo niskich temperaturach, co jest kluczowe dla rozwoju komputerów kwantowych.

Komputery kwantowe wymagają, aby kubity były w ekstremalnie niskich temperaturach, bliskich -273 stopniom Celsjusza, co zmniejsza ruch atomowy i ogranicza szumy. Jednak elektronika wykorzystywana w tych komputerach generuje ciepło, które trudno jest wyeliminować przy takich niskich temperaturach. Obecna technologia zmaga się z zarządzaniem tym problemem, co prowadzi do zakłóceń i braku efektywności.

Zespół LANES skonstruował nowe urządzenie wykorzystujące grafen ze względu na jego doskonałą przewodność elektryczną oraz selenek indu jako półprzewodnik. Urządzenie to ma grubość zaledwie kilku atomów i działa jako obiekt dwuwymiarowy.

Oto najważniejsze cechy urządzenia:

• Działa w temperaturach nawet do 100 milikelwinów.
• Wykorzystuje efekt Nernsta do konwersji termoelektrycznej.
• Łączy grafen z selenkiem indu w celu osiągnięcia wysokiej wydajności.
• Dorównuje wydajnością obecnym technologiom działającym w temperaturze pokojowej.
• Ma potencjał do integracji z istniejącymi niskotemperaturowymi obwodami kwantowymi.

Urządzenie wykorzystuje efekt Nernsta, który generuje napięcie, gdy pole magnetyczne zostaje przyłożone prostopadle do obiektu o różnych temperaturach. Struktura dwuwymiarowa pozwala na elektryczne sterowanie wydajnością tego procesu.

Zobacz również:

Dzisiaj · 20:04

Miniaturowy chip MIT do kontroli cząstek za pomocą światła

Naukowcy przetestowali urządzenie wyposażone w laserowe źródło ciepła i lodówkę rozcieńczalnikową. To urządzenie przekształcało ciepło w napięcie przy bardzo niskich temperaturach, co zazwyczaj jest trudnym zadaniem. Nowe urządzenie rozwiązuje ten problem i ma istotne znaczenie dla technologii kwantowej.

Gabriele Pasquale, doktorant w LANES, podkreśla znaczenie tego urządzenia. W systemach kwantowych zakłócenia cieplne stanowią problem. To urządzenie pomaga poprzez zapewnienie chłodzenia niezbędnego do zarządzania ciepłem.

Pasquale, fizyk, podkreśla znaczenie tych badań. Pomagają one zrozumieć, jak przekształcać ciepło w elektryczność przy niskich temperaturach, co jest tematem mało zbadanym. Urządzenie jest wysoce wydajne i można je łatwo wykonać z części, które są proste do produkcji, dzięki czemu może znaleźć zastosowanie w istniejących obwodach kwantowych.

To przełomowe osiągnięcie ma kluczowe znaczenie dla komputerów kwantowych. Systemy chłodzenia są niezbędne do utrzymania stabilności kubitów, a to urządzenie oferuje potrzebne rozwiązanie. Wskazuje na przyszłość, w której komputery kwantowe mogą stać się bardziej użyteczne i powszechne, przenosząc się z laboratoriów do codziennego użytku.

Zespół LANES osiągnął istotne postępy w opracowywaniu lepszych systemów chłodzenia dla komputerów kwantowych. Wyniki ich badań, opublikowane w Nature Nanotechnology, stanowią znaczący krok w dziedzinie nanotechnologii. Może to prowadzić do dużych zmian w funkcjonowaniu systemów chłodzenia dla przyszłych technologii kwantowych.