Nature Physics: квантовый холодильник повысит надежность квантовых компьютеров

Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Университета Мэриленда в США создали новый тип квантового холодильника, который может самостоятельно охлаждать сверхпроводящие кубиты до рекордно низких температур. Этот прорыв открывает двери для разработки более надежных квантовых компьютеров.

Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Кубиты — основа квантовых компьютеров — чрезвычайно чувствительны к внешнему воздействию. Даже слабые электромагнитные помехи могут вызывать ошибки в вычислениях. Для минимизации таких ошибок кубиты необходимо охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15°C).

До сих пор для этого использовались холодильники, которые позволяют охлаждать кубиты до 50 милликельвин (-273,1°C). Новый квантовый холодильник, разработанный исследователями, способен дополнительно снизить температуру до 22 милликельвин (-273,128°C).

"Мы добились того, что устойчивость кубитов перед вычислениями увеличилась до 99,97%. Это значительно превышает показатели предыдущих методов, которые достигали 99,8–99,92%. Несмотря на кажущуюся незначительность, такая разница становится критической при выполнении множества вычислений," — отметил Аамир Али, ведущий автор исследования.

Новый холодильник построен на основе сверхпроводящих цепей и питается теплом, поступающим из окружающей среды. Система включает два квантовых кубита, которые взаимодействуют с целевым кубитом, требующим охлаждения. Один из кубитов соединен с горячей средой, которая выступает в роли термального резервуара, передающего энергию. Второй кубит охлаждается за счет передачи тепла из целевого кубита в холодную среду.

Устройство работает автономно, без необходимости внешнего управления, и использует естественную разницу температур между горячей и холодной средами. Это делает его не только эффективным, но и энергоэкономичным.

"Мы изначально задумывали этот эксперимент как демонстрацию концепции. Оказалось, что производительность устройства превзошла все существующие протоколы охлаждения кубитов," — добавил Симоне Гаспаринетти, соавтор исследования.

Разработка является важным шагом на пути к созданию стабильных и мощных квантовых компьютеров. Возможность охлаждать кубиты до рекордно низких температур открывает перспективы для более точных вычислений.