Создан сплав, который охлаждает квантовые компьютеры до абсолютного нуля
Китайские исследователи представили новый редкоземельный сплав, способный охлаждать системы почти до абсолютного нуля. Как сообщает South China Morning Post со ссылкой на работу, опубликованную в Nature, разработка может изменить подход к охлаждению квантовых компьютеров и снизить зависимость от дефицитного гелия-3.
Почему квантовым компьютерам нужен экстремальный холод
Квантовые процессоры работают только при экстремально низких температурах — около 0,01–0,015 Kельвинов (примерно −273,14 °C). При таких условиях квантовые состояния остаются стабильными и не разрушаются из-за тепловых колебаний..
Сегодня для этого используют громоздкие установки с жидким гелием-3. Они дороги, сложны в обслуживании и требуют редкого ресурса, за который уже разворачивается глобальная конкуренция.
Новый материал вместо гелия
Команда из Института теоретической физики и Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук совместно с Шанхайским университетом Цзяотун предложила альтернативу — сплав EuCo₂Al₉ (ECA).
На его основе исследователи собрали компактный холодильный модуль без движущихся частей. Он способен обеспечивать стабильное охлаждение квантовых чипов и потенциально подходит даже для автономных систем, например в космических миссиях.
В КАН подчеркивают:
«Материал обладает потенциалом для массового производства» и может стать крайне выгодным, способным снизить зависимость от гелия-3»
Как работает охлаждение без жидкости
Вместо привычного охлаждения с помощью жидких смесей ученые применили другой принцип — адиабатическое размагничивание. Проще говоря, материал сначала «выстраивают» в магнитном поле, а затем это поле убирают.
На первом этапе система отдает тепло. На втором — наоборот, начинает его поглощать, за счет чего температура падает еще ниже. Это похоже на то, как губка сначала сжимается, а затем втягивает воду — только здесь речь идет о тепле.
С новым сплавом удалось достичь температуры около 0,106 K (примерно −273,04 °C) — это рекорд для металлических материалов. Особенность ECA в том, что он хорошо проводит тепло даже при таких экстремальных условиях. Это важно, потому что одна из главных проблем подобных систем — как «вывести» холод наружу и использовать его.
Меньше, дешевле, мобильнее
Современные холодильники для квантовых компьютеров — это огромные установки стоимостью в миллионы долларов. Например, системы уровня IBM занимают целые помещения.
Новый модуль значительно компактнее. Отсутствие движущихся частей упрощает конструкцию и делает ее потенциально более надежной. Если технология подтвердит свою эффективность в реальных системах, это может ускорить развитие квантовых компьютеров, сделав их менее громоздкими и более доступными.
Снижение зависимости от гелия-3 — не только технический вопрос. Этот изотоп редок, и за доступ к нему уже конкурируют крупнейшие державы, вплоть до планов добычи на Луне. Поэтому появление альтернативных решений может повлиять не только на индустрию квантовых вычислений, но и на расстановку сил в технологической гонке.
