Как будут охлаждаться компьютеры будущего
Команда физиков-теоретиков из Гамбургского Университета опубликовала метод решения самой большой проблемы квантовых вычислений, охлаждения оборудования.
Электроника производит тепло, и в то время как ваш ноутбук и смартфон могут рассчитывать на вентиляторы, компьютерам будущего, производящим расчеты на безумных скоростях, понадобится нечто большее.
Питер Нальбах, физик-теоретик, утверждает, что на данном этапе первые прототипы квантовых компьютеров должны храниться при температуре, едва превышающей «до безумия холодную». До сих пор инженеры не представляли, как именно осуществить это. Но Нальбах и его коллеги недавно опубликовали схемы охлаждения физических блоков будущих квантовых компьютеров. Физики ранее продемонстрировали, как им удалось уменьшить вдвое температуру отдельных квантовых точек, наноразмерных кусочков кристалла, которые в данный момент известны как кубиты для квантовых компьютеров.
Физик Йохен Брюггеман утверждает, что о квантовых кристаллах можно думать как «о небольшом острове, который может временно поймать электрон». Ученые помещают их квантовую точку между двумя крошечными электромагнитными зубцами. Для ее охлаждения они сначала проводят электрический ток между ними, создавая короткий путь для электронов для перехода с одного зубца на другой. Так как электроны движутся по течению, часть из них будет останавливаться и охлаждать «остров», в нашем случае квантовую точку. Обычно это приводит, наоборот, к нагреванию, но физики придумали трюк, воспользовавшись квантово-механическим свойством под названием «спин».
Чтобы понять, как это работает, следует представить каждый электрон в виде маленького вращающегося шара. Если упростить специальные термины, спин каждого электрона — это просто направление его вращения. Физики поляризуют зубцы таким образом, что один из них, который генерирует электроны, в основном производит электроны, вращающиеся вверх, а другой, который захватывает электроны на другой стороне, будет принимать только те электроны, что вращаются по направлению вверх. Некоторые из них застрянут в этой квантовой точке и из-за магнитного тока они действительно захотят покинуть ее. Но для этого электроны должны физически изменить свой спин, что возможно, но является тяжелым, энергоемким процессом.
Вот, как происходит охлаждение: эти «потерпевшие кораблекрушение» электроны будут занимать энергию у окружающей среды, в данном случае это вибрирующее движение квантовой точки (то есть ее температура), и использовать ее, чтобы изменить спин. Если верить Брюггеману, этот постоянный поток электронов будет в два раза охлаждать квантовую точку. Станет ли этот нелегкий для понимания метод охлаждения компьютеров будущего фундаментом для создания работающих прототипов, пока неизвестно. Все зависит от лабораторных испытаний и анализа эффективности данного метода.
