Следующим большим прорывом в области электроники, скорее всего, станут квантовые компьютеры, которые увеличат память и позволят ученым решать проблемы, с которыми наши классические компьютеры не справляются. Команда исследователей из Университета Аалто в Финляндии, возможно, устранила одно из препятствий на пути к созданию квантового компьютера, разработав нанохолодильник.
Информация на обычном компьютере хранится в виде бита, который может быть либо единицей, либо нулем. Но в квантовых компьютерах единица информации — кубит — может одновременно принимать значение единицы и нуля. Хранение информации с помощью кубитов может экспоненциально увеличить мощность компьютерной системы.
Однако прежде чем квантовые компьютеры станут реальностью, ученые должны заново изобрести все их компоненты. Ведутся работы по разработке транзисторов, перепрограммируемых чипов, методов передачи данных и способов стабилизации заведомо нестабильных квантовых систем. Микко Моттонен и Куан Йен Тан из Университета Аалто совершили прорыв в продвижении в квантовый мир еще одного общего компьютерного компонента — системы охлаждения.
Кубиты чувствительны к нагреванию: высокая температура заставляет их постоянно переключаться между различными состояниями, отчего они не инициализируются для точных расчетов.
Ученые использовали эффект квантового туннелирования, в котором электрон может проходить через барьер благодаря тому, что он функционирует и как частица, и как волна. В своем эксперименте ученые придавали электрону недостаточно энергии, чтобы преодолеть барьер толщиной 2 нанометра. В результате электроны потребляли энергию, необходимую для выполнения задачи, от самого квантового устройства, охлаждая систему.
Чтобы проверить принцип действия устройства, Моттонен и Тан использовали в эксперименте не реальные кубиты, а сверхпроводящий резонатор, который функционирует аналогичным образом. В будущем исследователи планируют перейти к работе с реальными квантовыми битами, настроить устройство на более низкую температуру, а также ускорить его включение и выключение.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Concept
Михаил Ромкин
