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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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