Νέο κβαντικό σύστημα ψύξης είναι πιο κρύο και από το διάστημα!

Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο EPFL της Ελβετίας σημείωσε σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία των κβαντικών υπολογιστών, αναπτύσσοντας ένα δισδιάστατο (2D) κβαντικό σύστημα ψύξης, ικανό να φτάσει σε θερμοκρασίες ψυχρότερες από το διάστημα!

Η καινοτόμος αυτή λύση αντιμετωπίζει μια μακροχρόνια πρόκληση στον τομέα, όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι ψύξης δυσκολεύονταν να διαχειριστούν τη θερμότητα που παράγεται από τα κβαντικά υπολογιστικά συστήματα. Μάλιστα, το νέο αυτό σύστημα ψύξης χρησιμοποιεί τυποποιημένα, άμεσα διαθέσιμα εξαρτήματα και μπορεί να ενσωματωθεί απροβλημάτιστα σε υπάρχοντες κβαντικούς υπολογιστές.

Ο διδακτορικός φοιτητής Gabriele Pasquale από το Εργαστήριο Ηλεκτρονικής και Δομών Νανοκλίμακας (LANES) στο EPFL εξήγησε τη σημασία της ανακάλυψης, λέγοντας:

"Στα κβαντικά υπολογιστικά συστήματα, δεν υπάρχει επί του παρόντος κανένας μηχανισμός που να εμποδίζει τη θερμότητα από το να διαταράξει τα qubits. Η συσκευή μας θα μπορούσε να παρέχει αυτή την άκρως απαραίτητη ψύξη λοιπόν".

Τα κβαντικά bits, ή qubits, πρέπει να ψύχονται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν για να ελαχιστοποιηθεί η ατομική κίνηση, αλλά τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε αυτά τα συστήματα παράγουν θερμότητα που είναι δύσκολο να διαχειριστεί. Ποια είναι η λύση στο πρόβλημα; Η συσκευή της ομάδας EPFL μετατρέπει έξυπνα αυτή την ανεπιθύμητη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια!

Οι περισσότερες τρέχουσες τεχνολογίες κβαντικής πληροφορικής διαχωρίζουν τα κβαντικά και τα ηλεκτρονικά κυκλώματα για τη διαχείριση της θερμότητας. Ωστόσο, η συσκευή της EPFL συγχωνεύει αυτές τις λειτουργίες μετατρέποντας τη θερμότητα σε τάση σε ένα ψυχόμενο περιβάλλον 100 millikelvin, το οποίο είναι πιο κρύο ακόμη και από το διάστημα. Αυτή η πρωτοποριακή συσκευή συνδιάζει το γραφένιο, γνωστό για την εξαιρετική ηλεκτρική του αγωγιμότητα, με τις ημιαγωγικές ιδιότητες του indium selenide. Η προκύπτουσα δομή έχει πάχος μόνο λίγων ατόμων, προσδίδοντάς της μοναδικά δισδιάστατα χαρακτηριστικά που ενισχύουν τις επιδόσεις της. Η συσκευή αξιοποιεί και το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο Nernst, για να βελτιώσει την απόδοση μέσω ηλεκτρονικού χειρισμού.

Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύτηκαν στο Nature Nanotechnology και σηματοδοτούν ένα σημαντικό βήμα σε έναν τομέα που έχει λάβει περιορισμένη προσοχή στην επιστημονική έρευνα. Η ομάδα πιστεύει ότι η συσκευή τους θα μπορούσε να ενσωματωθεί γρήγορα στα τρέχοντα κβαντικά κυκλώματα, να παραχθεί μαζικά και να εφαρμοστεί χωρίς δαπανηρές αναβαθμίσεις, μεταμορφώνοντας ενδεχομένως το τοπίο της κβαντικής πληροφορικής.

"Πιστεύουμε ότι αυτό το επίτευγμα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στα συστήματα ψύξης για μελλοντικές τεχνολογίες".