Исследователи из Технологического университета Чалмерса с помощью контролируемого микроволнового шума создали уникальный квантовый холодильник. Это инновационное устройство способно работать не только как охладитель, но и как тепловая машина или усилитель. Такой подход предлагает ученым совершенно новый способ управления теплом непосредственно внутри сложных квантовых схем.
Результаты этого важного исследования были опубликованы в научном журнале Nature Communications. Шведская команда ученых под руководством докторанта Саймона Сунделина и доцента Симоне Гаспаринетти представила «минимальный» квантовый холодильник, который переворачивает привычную стратегию. Вместо того чтобы тратить все усилия на подавление вредного шума, специалисты решили использовать его контролируемую версию для предсказуемого переноса тепла.
Сверхпроводящие квантовые компьютеры должны охлаждаться до температур, близких к абсолютному нулю, то есть около -273°C. В этом глубоком холоде электрическое сопротивление исчезает, и кубиты могут надежно формировать квантовые состояния. Однако даже крошечные изменения температуры или фоновый шум способны быстро стереть эту ценную информацию, что является серьезной проблемой для масштабирования таких систем.
Основой нового устройства стала сверхпроводящая искусственная молекула, созданная в лаборатории нанотехнологий Чалмерса. Она имитирует поведение природных молекул, но построена из крошечных сверхпроводящих цепей. Связав эту искусственную молекулу с несколькими микроволновыми каналами и добавив контролируемый шум в узком диапазоне частот, исследователи научились с высокой точностью направлять потоки тепла и энергии.
Саймон Сунделин пояснил принцип работы: «Два микроволновых канала служат горячим и холодным резервуарами, но ключевой момент заключается в том, что они эффективно соединяются только тогда, когда мы вводим контролируемый шум через третий порт. Этот введенный шум обеспечивает и стимулирует перенос тепла между резервуарами через искусственную молекулу».
Ученым удалось измерить чрезвычайно малые тепловые токи, вплоть до мощностей порядка аттоватт. Если бы такой малый тепловой поток использовался для нагрева капли воды, потребовался бы возраст Вселенной, чтобы ее температура поднялась хотя бы на один градус Цельсия. Гибкость установки позволяет ей переключаться между режимами работы, что крайне важно для больших квантовых процессоров.
Исследователь Аамир Али отметил важность этого шага для развития технологий. «Мы рассматриваем это как важный шаг к контролю тепла непосредственно внутри квантовых цепей, в масштабе, которого обычные системы охлаждения не могут достичь. Возможность удалять или перенаправлять тепло в таком крошечном масштабе открывает дверь к более надежным и устойчивым квантовым технологиям», — заключил он.
Добавить комментарий