Новый тип нанохолодильника

30.05.2017

Классические компьютеры нуждаются в вентиляторах или более мощных системах для отвода выделяющегося в них тепла, но квантовые компьютеры нуждаются в высококачественном охлаждении еще в большей степени. В отличие от битов информации, которыми оперируют традиционные компьютеры, квантовые биты могут находиться еще в одном состоянии, так называемом состоянии суперпозиции когда их значение равно и 0 и 1 одновременно. Для того, чтобы находится достаточно долго в таком квантовом состоянии кубиты должны быть максимально изолированы от окружающей среды, ведь малейшее вмешательство извне приведет к изменению квантового состояния и повлечет возникновение ошибок квантовых вычислений. А максимально изолированные от окружающей среды кубиты нагреваются во время работы и требуют их постоянного охлаждения.

Для решения проблемы охлаждения кубитов квантовых вычислительных систем Микко Меттенен (Mikko Mottonen) и его коллеги из университета Аальто, Финляндия, разработали первое в своем роде автономное устройство охлаждения. Это устройство отличается универсальностью, он может быть использовано не только в квантовых компьютерах, но и в любых других устройствах, использующих странные законы и принципы квантовой механики.

Основой устройства охлаждения является энергетический барьер, разделяющий два канала, один из которых находится в состоянии сверхпроводимости, проводя электроны без сопротивления, а второй канал является обычным, имеющим электрическое сопротивление, которое тормозит электроны во время движения. Только электроны, имеющие достаточно высокую энергию, могут перескочить через барьер и попасть на сверхпроводящую магистраль, которая выводит их за пределы устройства, остальные электроны остаются "толкаться на обочине".

Но не все низкоэнергетические электроны обречены на "вечное прозябание" в цепи с обычной проводимостью. У некоторых из них имеется достаточно высокий шанс захватить фотон света, циркулирующего в расположенном поблизости резонаторе. При этом электрон приобретает необходимую для совершения скачка энергию, а резонатор, теряя энергию, охлаждается до более низкой температуры.

Принцип работы такого холодильника весьма напоминает гипотетическое явление, называемое Демоном Максвелла. Только в отличие от демона Максвелла, "демон" нанохолодильника проталкивает более "горячие" электроны в сверхпроводящий канал, а в рабочей зоне холодильника остаются холодные низкоэнергетические электроны, которые эффективно поглощают энергию из окружающей среды.

Следующим шагом, который намерены предпринять ученые, станет объединение нанохолодильника с реальным кубитом. После этого исследователи будут выяснять, хватает ли эффективности этого холодильника для качественного охлаждения кубита и поддержания его в определенном квантовом состоянии длительное время.

<< Назад: Чернобыльские грибы для космонавтов 30.05.2017

>> Вперед: Испарительные камеры в системах охлаждения смартфонов 29.05.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Сверхстабильные солнечные элементы на основе перовскита с помощью защитного клея 05.06.2023 Кремниевые солнечные элементы, возможно, имели фору в несколько десятилетий, но перовск быстро сокращает разрыв всего за 15 лет. Мало того, что его эффективность приближается к эффективности кремния, он также дешевле, легче и гибче, но имеет один существенный недостаток - долговечность. В течение длительного воздействия на элементы перовскиты имеют тенденцию разрушаться, что в свою очередь не хорошо для устройств, предназначенных для пребывания на солнце весь день, ежедневно в течение десятилетий. Ученые экспериментировали с их усилением, добавляя, среди прочего, объемные молекулы, 2D-добавки, углеродные наноточки из волос или квантовые точки. Но новая обработка позволяет перовскитным солнечным элементам работать с эффективностью 99% после 1000 часов использования. Команда использовала новый клей для защиты перовскитов. Он называется BondLynx и первоначально производился канадской компанией по производству материалов XlynX для других целей, прежде чем был протестирован на солнечных элементах. Проблемы с перовскитами начинаются, когда органические компоненты в материале активируются теплом и светом и могут исчезать, ослабляя перовскит и повреждая другие материалы в солнечном элементе. BondLynx - это "сшивающий" агент, образующий химические ковалентные связи с этими органическими компонентами, предотвращая их расшатывание и снижение эффективности. Команда обработала солнечные элементы из перовскита с помощью BondLynx, а затем подвергла их длительному воздействию тепла и света, чтобы увидеть, насколько хорошо они себя показали по сравнению с необрабатываемыми солнечными элементами. Солнечные элементы начали с эффективности 24% и сохранили около 99% после 1000 часов непрерывного действия искусственного солнечного света. Для сравнения, необработанные солнечные элементы потеряли 35% своей начальной эффективности в тех же условиях за тот же период времени. Солнечные элементы также подвергались постоянному воздействию тепла 60°C (140°F) в течение 600 часов. Обработанным BondLynx удалось сохранить почти 98% своей эффективности за это время, в то время как контрольная группа потеряла 27% своей эффективности. Хотя испытания проводились всего несколько месяцев, тот факт, что обработанные клетки почти не потеряли эффективность, предполагает, что они должны прожить гораздо дольше. Наряду с другим недавним покрытием, которое, по оценкам, дает солнечным элементам 30-летний срок службы, этот смелый новый претендент мог бы залатать свою ахиллесовую пятку и вскоре бросить вызов кремнию в борьбе за превосходство в солнечной энергии.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025