Физики создали автономный холодильник с тепловой ванной для квантовых компьютеров
Чем ниже температура кубитов в квантовом компьютере, тем эффективнее он проводит вычисления. С приближением к абсолютному нулю охлаждение на каждый милликельвин дается ученым все сложнее. Команда исследователей создала новый тип холодильника для квантовых компьютеров, способный работать автономно после запуска.
Квантовые компьютеры имеют потенциал революционизировать медицину, энергетику, шифрование, искусственный интеллект и логистику. Базовые вычислительные блоки классического компьютера — биты — могут принимать значения 0 или 1. Самые распространенные вычислительные блоки в квантовых компьютерах — кубиты — могут принимать значение 0 и 1 одновременно.
Это явление называется суперпозицией. Благодаря ему квантовый компьютер может выполнять вычисления намного быстрее классического. Однако квантовым компьютерам приходится тратить много времени на проверку и исправление ошибок вычислений.
«Кубиты, строительные блоки квантового компьютера, гиперчувствительны к своему окружению. Даже крайне слабые электромагнитные помехи, проникающие в систему, могут случайным образом изменить значение кубита, вызывая ошибки и, как следствие, мешая квантовым вычислениям», — отметил Аамир Али (Aamir Ali), главный автор нового исследования.
Для выполнения вычислений квантовые компьютеры требуют охлаждения до как можно более близких к абсолютному нулю температур, ноля градусов Кельвина, минус 273,15 градуса Цельсия. Создать для квантовой системы такой холодильник — сложная инженерно-физическая задача, во многом именно системы охлаждения — лимитирующий фактор для распространения и повсеместного использования квантовых компьютеров.
Сегодня для охлаждения квантовых компьютеров используют холодильники на основе разведения. Такая система способная охладить кубиты примерно до 50 милликельвинов (минус 273,1 градуса Цельсия). Чем ближе к абсолютному нулю ученым удается охладить систему, тем сложнее продолжить охлаждение.
Исследователи из Технического университета Чалмерса (Швеция) и Университета Мэриленда (США) разработали новый тип холодильника, который может автономно охлаждать сверхпроводящие кубиты до рекордно низких температур. Статья о новом типе холодильника опубликована в журнале Nature Physics.
Новый квантовый холодильник может охлаждать целевой кубит до 22 милликельвинов без внешнего контроля. Созданная физиками система использует взаимодействия между различными кубитами. В нее входят целевой кубит, который нужно охладить, и два кубита для охлаждения. Рядом с одним из кубитов создается теплая среда, которая служит горячей тепловой ванной: она передает энергию одному из сверхпроводящих кубитов квантового холодильника, делает его теплым и приводит холодильник в действие.
«Энергия от тепловой среды, передаваемая через теплый кубит квантового холодильника, перекачивает тепло от целевого кубита в холодный кубит квантового холодильника. Холодный кубит холодильника затем охлаждается до температуры среды вне тепловой ванны. Холодный кубит холодильника сбрасывается тепло целевого кубита», — объяснил Николь Юнжер Халперн (Nicole Yunger Halpern), профессор физики в Университете Мэриленда (США).
Система автономна: после запуска она работает без внешнего контроля и питается от тепла, которое естественным образом возникает из-за температурной разницы между двумя тепловыми областями.
С помощью нового метода ученые смогли повысить вероятность того, что кубит будет находиться в основном состоянии перед вычислением, до 99,97 процента. Ранее существующие методы давали вероятность этого показателя в пределах от 99,8 до 99,92 процента. При выполнении множества вычислений эта разница вероятностей складывается в значительное увеличение производительности и эффективности квантовых компьютеров.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии