新的电子冷却技术使量子计算机小型化成为可能

时间:2020-04-26 15:23 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新的电子冷却技术使量子计算机小型化成为可能

VTT的研究人员已经成功地演示了一种新的电子制冷技术,它可以使量子计算机的发展实现重大飞跃。目前的量子计算机需要非常复杂和大型的冷却基础设施,它是基于氦的不同同位素的混合物。新的电子冷却技术可以取代这些低温液体混合物,使量子计算机微型化成为可能。

芬兰VTT技术研究中心的研究人员开发了一种新的纯电制冷方法,通过相同的点状结有效地进行制冷和热隔离。在实验中,研究人员将一片硅从这些连接处悬置起来,并通过将电流从一个连接处输送到另一个连接处来冷却物体。电流使硅物体的热力学温度比周围环境的温度降低了40%。例如,这个发现可以用于未来量子计算机的微型化,因为它可以显著简化所需的冷却基础设施。这一发现发表在2020年4月10日的《科学进展》杂志上。

新的电子冷却技术使量子计算机小型化成为可能

我们期望这种新发现的电子冷却方法能应用于从量子计算机的微型化到安全领域的超灵敏辐射传感器等诸多领域。芬兰VTT技术研究中心的米卡·普朗尼拉教授说。

科学和商业的新机遇

一些敏感的电子和光学设备需要低温操作。一个及时的例子是由超导电路构建的量子计算机,它需要制冷接近绝对零度的热力学温度(-273.15摄氏度)。

如今,超导量子计算机是由所谓的稀释式冰箱来冷却的,这种冰箱是基于泵入低温液体的多级冷却器。这台冰箱的复杂之处在于,尤其是在最冷的阶段,它的工作原理是泵送不同的氦同位素混合物。尽管现代的稀释冰箱是商业技术,但它们仍然是昂贵的大型科学仪器。VTT研究人员开发的电子冷却技术可以替代复杂的最冷部件,从而显著降低复杂性、成本和尺寸。,

这种新方法也引起了商界的兴趣。,

所证明的冷却效果可用于主动冷却硅片或大型冰箱中的量子电路。不用说,我们在Bluefors正以极大的兴趣关注这种新型电冰箱的发展。Bluefors Oy &ndash的首席销售官大卫?贡纳松(David Gunnarsson)说。为量子系统和计算机提供冰箱解决方案的领先公司。

一个看似基本的物理问题的简单解决方案

研究小组正在寻找一种有效而实用的方法,通过电流把热量从一个地方传到另一个地方。最有效的解决方案是通过一个固体结,其中最热的电子爬过一个短原子尺度的势垒。这种方法的挑战在于,热量不仅由电子传递,而且由原子晶格振动的量子传递。所谓的声子;也携带大量的热量。声子在冷热之间传播,非常有效地消除了温差,尤其是在短距离内。

似乎最有效的电子冷却方法总是导致最糟糕的声子热泄漏,因此,在整体冷却方面没有结果。VTT研究小组假设,事实上,这个看似基本的问题可能存在一个简单的解决方案:当热电子通过声子时,某些物质结可能会阻止声子的传播。

研究小组通过利用半导体-超导体连接来冷却硅片,证明了这种效应。在这些结合处,超导体中的禁电子态形成了一个屏障,半导体中的电子必须爬过这个屏障才能把热量赶走。同时,结本身有效地散射或阻挡声子,以致于电子流能在结上引入显著的温度差。

我们相信这种冷却效应可以在许多不同的环境中观察到,例如在分子连接中。来自VTT的研究人员艾玛·麦卡南说。

参考文献:利用声子阻挡的热离子结器件;由Emma mykkinen, Janne S. Lehtinen, Leif grouml;nberg, Andrey Shchepetov, Andrey V. Timofeev, David Gunnarsson, Antti Kemppinen, Antti J. Manninen和Mika Prunnila, 2020年4月10日,科学进展。

DOI: 10.1126 / sciadv.aax9191

这些发现是由德国电信公司协调的欧盟项目e罚金的结果。做出这一发现的VTT项目团队拥有从物理学和低温学到微电子学和计量学的专业知识。取得的成果是多学科研究和发展合作的具体例子。

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