Квантовые компьютеры требуют экстремального охлаждения — рабочие температуры приближаются к абсолютному нулю. Но чем больше кубитов в системе, тем сложнее поддерживать равномерный холод и защищать вычисления от тепловых флуктуаций. Группа ученых из Швеции предложила необычное решение: вместо борьбы с шумом они научились его использовать. Работу описывает SciTechDaily, результаты опубликованы в Nature Communications.
Автор изображения: Саймон Сунделин
В основе устройства лежит сверхпроводящая искусственная молекула, которую создали в лаборатории нанофабрикации. Она имитирует поведение природных молекул, но состоит из крошечных цепей, а не из атомов. Исследователи подключили к ней несколько микроволновых каналов и добавили контролируемый шум в узком диапазоне частот.
Два канала выполняют роль резервуаров с горячей и холодной водой. Третий порт подает контролируемый микроволновый шум, который заставляет тепло перемещаться между резервуарами через искусственную молекулу. Так система работает как холодильник, тепловой двигатель или усилитель теплопередачи — в зависимости от настроек.
Ученые смогли измерить тепловые потоки мощностью порядка аттоватт. Это 10 в минус 18 степени ватта. Для понимания масштаба: если бы такой поток грел каплю воды, за время существования Вселенной она не нагрелась бы и на градус.
«Физики давно предполагали существование броуновского охлаждения — идеи, что случайные тепловые флуктуации можно использовать для создания охлаждающего эффекта. Наша работа — ближайшая к реальности реализация этой концепции», — говорит Симоне Гаспаринетти (Simone Gasparinetti), старший автор исследования.
«Мы рассматриваем это как важный шаг на пути к непосредственному контролю тепла внутри квантовых схем в масштабе, недоступном для обычных систем охлаждения. Возможность отводить или перенаправлять тепло в таком крошечном масштабе открывает двери для более надежных и устойчивых квантовых технологий», — добавляет Аамир Али (Aamir Ali), соавтор исследования.