Создан сплав, охлаждающий квантовые компьютеры до абсолютного нуля

Китайские исследователи представили новый редкоземельный сплав, способный охлаждать системы почти до абсолютного нуля.

Зачем квантовым компьютерам нужен сильный холод

Квантовые процессоры работают только при экстремально низких температурах — около 0,01–0,015 Кельвина (приблизительно −273,14°C). В таких условиях квантовые состояния остаются стабильными и не разрушаются из-за тепловых колебаний.

Сегодня для этого используются громоздкие установки с жидким гелием-3. Они дороги, сложны в обслуживании и требуют редкого ресурса, за который уже существует глобальная конкуренция.

Новый материал вместо гелия

Команда из Института теоретической физики и Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук совместно с Шанхайским университетом Цзяотун предложила альтернативу — сплав EuCo₂Al₉ (ECA).

На его основе исследователи собрали компактный холодильный модуль без движущихся частей. Он способен обеспечить стабильное охлаждение квантовых чипов и потенциально пригоден даже для автономных систем, таких как космические миссии.

CAS подчеркивает:

«Материал имеет потенциал для массового производства» и может стать чрезвычайно прибыльным, способным снизить зависимость от гелия-3».

Как работает безжидкостное охлаждение?

Вместо обычного охлаждения с помощью жидких смесей ученые использовали другой принцип – адиабатическое размагничивание. Проще говоря, материал сначала «выравнивается» в магнитном поле, а затем это поле удаляется.

На первом этапе система выделяет тепло. Второй, наоборот, начинает его поглощать, за счет чего температура падает еще ниже. Это похоже на то, как губка сначала сжимается, а затем вбирает в себя воду – только здесь речь идет о тепле.

С новым сплавом удалось достичь температуры около 0,106К (приблизительно −273,04°С) — это рекорд для металлических материалов. Особенность ЭКА в том, что он хорошо проводит тепло даже в таких экстремальных условиях. Это важно, поскольку одна из основных проблем таких систем — как «вынести» холод и использовать его.

Меньше, дешевле, мобильнее

Современные холодильники для квантовых компьютеров — это огромные установки стоимостью миллионы долларов. Например, системы уровня IBM занимают целые комнаты.

Новый модуль гораздо компактнее. Отсутствие движущихся частей упрощает конструкцию и делает ее потенциально более надежной. Если технология окажется эффективной в реальных системах, она может ускорить разработку квантовых компьютеров, сделав их менее громоздкими и более доступными.

Снижение зависимости от гелия-3 — это не просто техническая проблема. Этот изотоп редок, и крупные державы уже конкурируют за доступ к нему, вплоть до планов добычи полезных ископаемых на Луне. Поэтому появление альтернативных решений может повлиять не только на индустрию квантовых вычислений, но и на расстановку сил в технологической гонке.