Инновационный тип квантового холодильника, который управляет теплом с помощью специализированного шума, способен произвести прорыв в области квантовых технологий.
Современные квантовые компьютеры нуждаются в крайне низких температурах для своего функционирования, так как даже незначительные колебания окружающей среды могут уничтожить хранящуюся квантовую информацию. Это создает серьезную техническую проблему: традиционные системы охлаждения сами производят шум, который способен нарушить хрупкое состояние кубитов. Исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработала новаторский метод управления теплотой и энергией, используя этот шум в своих интересах, сообщает ScienceDaily.
Для обеспечения работы сверхпроводящих элементов, применяемых в квантовых вычислениях, температура должна стремиться к абсолютному нулю (-273°C). При таких экстремальных температурах электроны начинают двигаться свободно без какого-либо сопротивления, создавая условия для формирования стабильных квантовых состояний внутри кубитов. Высокая чувствительность требует постоянного контроля внешних факторов, включая электромагнитные шумы и небольшие колебания температуры. Чем больше и сложнее становятся квантовые системы, тем сложнее управлять распространением лишней энергии и сохранять целостность квантовых состояний.
Шведские исследователи разработали концепцию нового типа квантового холодильника, основанного на эффекте, известном физикам как броуновское охлаждение. Суть идеи заключается в преобразовании хаотичных тепловых колебаний в эффективный механизм охлаждения. Центр разработки — искусственно созданная молекула, состоящая из микроскопических сверхпроводящих электрических цепей. Подключенная к нескольким микроволновым каналам, она получает дополнительный источник шума в виде специально подобранных сигналов. Эти сигналы управляют движением тепла и энергии в системе с удивительной точностью.
«Наши эксперименты показывают, что при тщательном контроле шум может быть преобразован в полезное средство управления тепловыми процессами. Возможность отводить или перенаправлять тепло в крошечном масштабе открывает новые горизонты для более надежных и устойчивых квантовых технологий», — комментирует Аамир Али, научный сотрудник Чалмерса и соавтор исследования.
Это открытие имеет далеко идущие последствия для множества областей науки и техники. Например, оно может ускорить развитие методов диагностики заболеваний, создать более эффективные алгоритмы оптимизации транспортных потоков, повысить безопасность коммуникаций и сделать возможным создание новых материалов.
Фото: hi-tech.mail.ru