Anonim

Nanoscale køleskab hjælper kvantecomputere holde deres cool

Quantum Computing

Michael Irving

9. maj 2017

2 billeder

Aalto-teamets chip indeholder to parallelle superledende oscillatorer, der er forbundet med kvantkreds-køleskabe, der bruger tunnelektroner til at reducere energi og afkøle systemerne

Det næste store gennembrud for elektronik vil sandsynligvis være kvantecomputere, som vil øge digitaliseret hukommelseskapacitet eksponentielt og tillade forskere at begynde at løse problemer, at vores klassiske computere ikke har noget håb om at håndtere lige nu. Virksomheder som IBM begynder at gøre noget fremskridt, men der er stadig masser af forhindringer at hoppe, før praktiske kvantecomputere bliver en realitet. Et hold fra Aalto Universitet i Finland kan have ryddet en af ​​disse forhindringer ved at udvikle et nanoskala køleskab for at hjælpe kølige komponenter ned.

I en normal computer opbevares oplysninger som en smule, som kan være enten en eller et nul. Men i den kvantecomputers vanskelige verden kan denne information - a "qubit " - påtage sig værdien af ​​et og et nul samtidigt. Lagring af information med kæder af indviklede qubits kan eksponentielt øge kraften i et computersystem.

Men før praktiske kvantecomputere kan udvikles, skal forskere i det væsentlige genopbygge hele systemet som vi kender det. Arbejdet går videre med at designe transistorer, omprogrammerbare chips, dataoverførselsmetoder og måder at stabilisere de berygtede ustabile kvantesystemer på. Aalto-teamet har lavet et gennembrud i at bringe en anden fælles computerkomponent over på kvanteverdenen: kølesystemet.

En kunstneres indtryk af systemet i aktion, hvor en tunnelektron fanger en foton fra en kvante enhed for at afkøle systemet ned (Kredit: Heikka Valja)

Qubits er sårbare over for varme, fordi det forstyrrer den delikate tilstand, de skal opnå, før de kan initialiseres for at foretage præcise beregninger. Så forskerne satte på at finde en måde at køle dem ned for at holde systemet kørende.

Deres tilgang gør brug af kvante tunneling, hvor en elektron kan passere gennem en barriere takket være det faktum, at den fungerer som både en partikel og en bølge. Hvis der er en induktion for en elektron til at være på den anden side af en barriere - som mere energi - kan den på en måde blinke gennem materialet for at nå det. I dette tilfælde gav forskerne omhyggeligt elektronerne lidt for lidt energi til direkte tunnel gennem en 2-nanometer tyk isolator. Som følge heraf tegnede elektronerne den energi, de havde brug for for at fuldføre opgaven fra selve kvantenheden. Med den energi kom der lidt varme, og dette afkølet systemet ned.

For at teste deres enhed brugte teamet ikke rigtige qubits, men en superledende resonator, som fungerer på en lignende måde. I fremtiden planlægger forskerne at gå videre til faktiske qubits og justere enheden, så den kan tændes og slukkes hurtigere og operere ved lavere temperaturer.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications. Holdet gør et klogt forsøg på at forklare, hvordan systemet fungerer i videoen nedenfor.

Kilde: Aalto Universitet

En kunstneres indtryk af systemet i aktion, hvor en tunnelektron fanger en foton fra en kvante enhed for at afkøle systemet ned (Kredit: Heikka Valja)

Aalto-teamets chip indeholder to parallelle superledende oscillatorer, der er forbundet med kvantkreds-køleskabe, der bruger tunnelektroner til at reducere energi og afkøle systemerne

Anbefalet Redaktørens Valg