具有新的电子冷却技术可能的量子计算机的小型化

时间：2022-04-09 08:25:04 来源：

VTT研究人员已成功展示了一种新的电子制冷技术，可以在量子计算机的开发中实现重大跨利赛。当前量子计算机需要极其复杂和大的冷却基础设施，基于氦的不同同位素的混合。新的电子冷却技术可以取代这些低温液体混合物并使量子计算机的小型化。

芬兰VTT技术研究中心的研究人员开发了一种新的纯电气制冷方法，冷却和热隔离有效地通过相同的点相同的点运行。在实验中，研究人员将一块硅从这样的连接中悬挂并通过将电流从一个接合馈送到另一个连接来冷却物体。电流降低了硅物体的热力学温度，从周围环境的热力学温度降低了40％。例如，可以使用该发现，例如，在未来量子计算机的小型化，因为它可以显着简化所需的冷却基础设施。该发现已于2020年4月10日的科学宣传中公布。

“我们预计这一新发现的电子冷却方法可以在芬兰VTT技术研究中心的VTT技术研究中心的研究教授Mika Prunnila说，这是一种新发现的电子冷却方法可以用于若干应用。”

科学与企业的新机会

几种敏感的电子和光学器件需要低温操作。一个及时的例子是由超导电路构建的量子计算机，需要冷藏靠近热力学温度的绝对°零（-273.15c）。

如今，超导量子计算机通过所谓的稀释冰箱冷却，这是基于泵送低温液体的多级冷却器。这种冰箱的复杂性出现，特别是从最冷的阶段，其操作是基于泵送氦的不同同位素的混合物。尽管现代稀释冰箱是商业技术，但它们仍然昂贵且大型科学仪器。VTT研究人员的电子冷却技术可能取代复杂的最冷的部件，从而导致复杂性，成本和尺寸的显着减少。

新方法也在商业世界中产生兴趣。

“所示的冷却效果可用于在硅芯片或大型冰箱中主动冷却量子电路。不用说，我们在Bluefors遵循这种新的电气冰箱的发展，非常兴趣，“大卫·冈纳尔森（Bluefors Oy）首席销售官员表示，”大福尔·奥伊 - 冰箱解决方案领先的量子系统和计算机领先公司。

直接解决一个看似基本的物理问题

研究小组正在寻找一种有效和实用的方法，以通过电流从一个地方向另一个地方推动热量。最有效的解决方案将由固体结提供，其中最热的电子在短的原子尺度潜在屏障上爬升。这种方法的挑战是，热量仅由电子携带，而是原子晶格振动的量子 - 所谓的声子 - 也携带大量的热量。在热和冷水平之间行驶的声音非常有效地差异，特别是在短距离中。

似乎最有效的电子冷却方法总是导致最差的声子热泄漏，从而毫无终止的总冷却。VTT研究团队假设它实际上，可能存在对这个看似基本问题的直接解决方案：在热电子通过它时，某些材料结可以阻挡声子的传播。

该团队通过利用半导体超导结来冷藏硅芯片来证明效果。在这些连接中，超导体中的禁用电子状态形成屏障，其中来自半导体的电子必须爬升以驱动热量。同时，连接本身如此散射或阻挡声子，所以电子电流可以在接合处引入显着的温差。

“我们认为，可以在许多不同的环境中观察到这种冷却效果，例如在分子结中，”VTT的研究员EmmaMykkänen说。

参考：EmmaMykkänen，Janne S. Lehtinen，LeifGrönberg，Andrey V. Timofeev，David Gunnarsson，Antti Kemppinen，Antti J.Manninen和Mika Prunnila，2020年4月10日，科学推进.2010 ：
10.1126 / sciadv.aax9191

该研究结果是efined的VTT协调的欧盟项目的结果。vtt项目团队，发现该发现，包括从物理学和低温学到微电子和计量的专业知识。获得的结果是多学科研究和开发合作的实例。

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