Banbrytande 2D-material förbättrar kylningseffektivitet för kvantdatorer vid extremt låga millikelvin-temperaturer.

StockholmForskare vid EPFL:s Laboratorium för Nanoskalektronik och Strukturer (LANES) har utvecklat en ny anordning som kyler kvantbitar (qubits) mycket effektivt. Under ledning av Andras Kis och hans team från Ingenjörshögskolan gör denna enhet det enklare att använda kvantbitar vid extremt låga temperaturer, vilket är avgörande för kvantberäkningar.

Kvantdatorteknik kräver att kvantbitar är extremt kalla, nära -273 grader Celsius, för att minimera atomrörelse och minska brus. Elektroniken som används i dessa datorer alstrar dock värme, som är svår att eliminera vid så låga temperaturer. Dagens teknik har svårt att hantera detta, vilket leder till brus och ineffektivitet.

LANES-teamet har utvecklat en ny enhet som använder grafen på grund av dess goda elektriska ledningsförmåga och indiumselenid för dess halvledaregenskaper. Denna enhet är bara några atomer tjock och fungerar som ett tvådimensionellt objekt.

Här är några viktiga egenskaper hos enheten:

• Fungerar vid temperaturer så låga som 100 millikelvin.
• Använder Nernst-effekten för termoelektrisk omvandling.
• Kombinerar grafen och indiumselenid för hög effektivitet.
• Uppnår samma effektivitet som befintlig rumstemperaturteknik.
• Har potential att integreras i befintliga lågtemperatur-kvantkretsar.

Enheten utnyttjar Nernst-effekten, som genererar spänning när ett magnetfält appliceras vinkelrätt mot ett objekt med varierande temperaturer. Den tvådimensionella strukturen möjliggör elektrisk kontroll över denna process effektivitet.

Läs också:

Idag · 20:04

Litet chip styr ljus för biologisk styrning

Forskare testade en apparat med en laser som värmekälla och ett spädningskylskåp. Denna apparat omvandlade värme till spänning vid mycket låga temperaturer, vilket vanligtvis är svårt att uppnå. Den nya apparaten löser detta problem och är viktig för kvantteknologi.

Gabriele Pasquale, doktorand vid LANES, understryker vikten av denna enhet. I kvantsystem är värmestörningar ett problem, och denna enhet bidrar med den nödvändiga kylningen för att hantera värmen.

Pasquale, som är fysiker, understryker forskningens betydelse. Den hjälper oss att förstå hur man omvandlar värme till elektricitet vid låga temperaturer, ett ämne som inte har studerats mycket. Enheten är mycket effektiv och kan byggas med delar som är enkla att tillverka, vilket gör att den skulle kunna integreras i befintliga kvantkretsar.

Detta genombrott är viktigt för kvantdatorer. Kylsystem är avgörande för att hålla kvantbitar stabila, och denna enhet erbjuder en nödvändig lösning. Det pekar mot en framtid där kvantdatorer kan bli mer användbara och utbredda, vilket gör att de kan flytta från laboratorier till vardagsbruk.

LANES-teamet har gjort viktiga framsteg i utvecklingen av bättre kylsystem för kvantdatorer. Deras resultat, som publicerats i Nature Nanotechnology, utgör ett betydande steg inom nanoteknik. Detta kan leda till stora förändringar i hur kylsystem fungerar för framtida kvantteknologier.