Ученые охладили кубиты до рекордно низких температур с помощью квантового холодильника, работающего на принципе «горячих термальных ванн». Этот прорыв может значительно повысить производительность квантовых вычислений.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, описывает, как исследователи снизили температуру кубитов до 22 милликельвинов (минус 273,13 градуса по Цельсию) с помощью новой системы охлаждения. Это самая низкая температура, когда-либо достигнутая для кубитов.

«Это открывает путь к более надежным и точным квантовым вычислениям, требующим меньших затрат на оборудование», — заявил ведущий автор исследования Амир Али, специалист по квантовым технологиям в Технологическом университете Чалмерса (Швеция).

Квантовые компьютеры требуют экстремального охлаждения, так как даже малейшие колебания окружающей среды могут нарушить их работу, вызывая ошибки. Сверхпроводящие кубиты, используемые в таких чипах, как 1000-кубитный Condor от IBM, должны функционировать при температурах, близких к абсолютному нулю, чтобы сохранять стабильность.

Новая система охлаждения дополняет традиционные рефрижераторы с разбавлением, использующие гелий для поглощения тепла. Она не заменяет их полностью, но обеспечивает дополнительное снижение температуры.

Метод основан на использовании энергии из термальных резервуаров, созданных с помощью микроволнового излучения. Энергия направляется через один из двух кубитов холодильника, что позволяет передавать тепло от целевого кубита к другому, холодному кубиту, который затем сбрасывает тепло в холодную среду.

Используя этот подход, ученые увеличили вероятность нахождения кубита в его основном (наиболее стабильном) состоянии перед вычислениями до 99,97%. Это незначительное улучшение по сравнению с предыдущими методами (99,8%—99,92%), но при множественных вычислениях разница становится значительной.

В отличие от традиционных методов охлаждения, новая система не требует внешнего управления после запуска, что делает ее проще в масштабировании.

«Наша работа, возможно, является первой демонстрацией автономной квантовой тепловой машины, выполняющей практически полезную задачу, - отметил соавтор исследования Симоне Гаспаринетти, доцент кафедры квантовых технологий в Технологическом университете Чалмерса.  - Мы изначально рассматривали этот проект как доказательство концепции, но были приятно удивлены, обнаружив, что он превосходит все существующие методы охлаждения кубитов».

Источник: Nature Physics