Ученые придумали, как охладить квантовые компьютеры с помощью шума

Квантовые компьютеры работают при сверхнизких температурах, однако системы охлаждения производят шум, который разрушает квантовую информацию. Ученые придумали, как обратить недостаток в преимущество, и создали холодильники, работающие на шуме.

Схематическое изображение квантового холодильника в сверхпроводящей квантовой схеме. Два микроволновых канала действуют как горячие и холодные резервуары тепла, выделенные красным и синим свечением соответственно. Резервуары тепла соединены с искусственной молекулой, состоящей из двух кубитов. Контролируемый микроволновый шум (белые зигзагообразные стрелки) подаётся через боковые порты для управления и регулирования переноса тепла

Источник: Саймон Санделин

Ученые из Технологического университета Чалмерса (Швеция) разработали устройство, которое не борется с шумом, а использует его для работы. Новинка поможет управлять теплом внутри квантовых схем, что недоступно для обычных систем охлаждения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Квантовые технологии применяются в сфере разработки лекарств, ИИ, логистики и безопасной связи. Для эффективной работы систем необходимо поддерживать уровень температуры. При −273°C материалы становятся сверхпроводниками, по которым электроны двигаются без сопротивления.

Такие условия помогают создать стабильные квантовые состояния, которые, однако, очень чувствительны к изменению температуры, электромагнитным помехам и шуму — любые нарушения могут привести к потере информации. Чем сложнее система, тем сложнее контролировать тепло и шум.

Ученые решили извлечь пользу из шума, который неизбежен при охлаждении квантовых систем. Для своей разработки они использовали принцип броуновского охлаждения, когда случайные тепловые флуктуации используются для создания охлаждения.

Квантовые системы широко используются в разных сферах

Источник: Unsplash

В основе уникального холодильника лежит искусственная молекула, которая состоит из крошечных сверхпроводящих электронных цепей. Исследователи подключили молекулу к нескольким микроволновым каналам, которые позволяют управлять перемещением тепла в системе.

Два микроволновых канала служат горячими и холодными резервуарами, но ключевой момент заключается в том, что они эффективно взаимодействуют только тогда, когда мы подаем контролируемы шум через третий порт. Этот шум обеспечивает и стимулирует перенос тепла между резервуарами через искусственную молекулу

Саймон Санделин

аспирант в области квантовых технологий Технологического университета Чалмерса

Способность регулировать температуры резервуара и управлять теплом на предельно малых масштабах позволяют использовать новое устройство как холодильник, тепловой двигатель или усилитель теплового переноса. Такая возможность особенно важна в крупных квантовых системах, где во время работы локально выделяется тепло.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, как робот раскрыл принцип работы летучих мышей.