Новая электронная технология охлаждения для квантовых компьютеров

Современные квантовые компьютеры требуют чрезвычайно сложной и большой охлаждающей инфраструктуры

0 1 069

Исследователи VTT успешно продемонстрировали новую технологию электронного охлаждения, которая может позволить сделать большой скачок в развитии квантовых компьютеров.

Современные квантовые требуют чрезвычайно сложной и большой охлаждающей инфраструктуры, основанной на смеси изотопов гелия. Новая технология электронного охлаждения могла бы заменить эти криогенные жидкие смеси и обеспечить миниатюризацию квантовых компьютеров.

В этом чисто электрическом методе, охлаждение и тепловая изоляция эффективно работают через одну и ту же точку, такую как соединение. В ходе эксперимента исследователи подвешивали кремниевый объект к таким материальным соединениям и охлаждали, подавая электрический ток от одного соединения к другому через него.

Ток понижал термодинамическую температуру кремниевого объекта на целых 40% от температуры окружающей среды. Это может привести к миниатюризации будущих квантовых компьютеров, поскольку может значительно упростить необходимую инфраструктуру охлаждения. Открытие было опубликовано в журнале Science Advances.

«Мы ожидаем, что этот недавно открытый метод электронного охлаждения может быть использован в нескольких областях применения — от миниатюризации квантовых компьютеров до сверхчувствительных датчиков излучения в области безопасности», — говорит профессор Мика Пруннила из Центра технических исследований VTT в Финляндии.

Исследовательская группа искала эффективный и практичный метод передачи тепла из одного места в другое с помощью электрического тока. Наиболее эффективное решение было бы обеспечено твердым переходом, где самые горячие поднимаются над коротким атомным потенциальным барьером.

Смотрите также  Физики узнали, что составляет массу протона

Сложность такого подхода заключается в том, что тепло переносится не только электронами, но и квантами колебаний атомной решетки — так называемыми фононами, которые также переносят значительное количество тепла. Фононы, перемещающиеся между горячим и холодным, очень эффективно выравнивают перепады температур, особенно на небольшом расстоянии.

Казалось, что самый эффективный метод электронного охлаждения всегда приводил к наихудшей возможной утечке фононного тепла и, следовательно, к нулевому результату с точки зрения общего охлаждения.

Исследовательская группа VTT постулировала, что может существовать простое решение этой, казалось бы, фундаментальной проблемы: определенные материальные соединения могут блокировать распространение фононов, в то как горячие проходят через них.

Ученые продемонстрировали этот эффект, используя переходы -сверхпроводник для охлаждения кремниевого чипа. В этих соединениях запрещенные электронные состояния в сверхпроводнике образуют барьер, по которому из полупроводника должны подниматься, чтобы отвести тепло. В то же сам переход так эффективно рассеивает или блокирует фононы, что электронный ток может вносить значительную разницу температур в переходе.

«Мы считаем, что этот охлаждающий эффект может наблюдаться во многих условиях, например, в молекулярных соединениях», — говорят ученые.


Emma Mykkänen et al. Thermionic junction devices utilizing phonon blocking, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aax9191

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x