Тем эффективнее квантовый компьютер проводит вычисления, чем ниже температура его кубитов. Приближаясь к абсолютному нулю, охлаждение на каждый милликельвин дается ученым все сложнее. Команда исследователей разработала новый тип холодильника для квантовых компьютеров, способный работать автономно после запуска.
Квантовые компьютеры способны изменить медицину, энергетику, шифрование, искусственный интеллект и логистику. Классические компьютеры строятся на битах, которые могут быть либо 0, либо 1. Квантовые компьютеры используют кубиты, способные принимать значения 0 и 1 одновременно.
Явление названо суперпозицией. По ней квантовый компьютер выполняет вычисления быстрее, чем классический. Но квантовые компьютеры сталкиваются тратитьПроверка и исправление ошибок вычислений занимают много времени.
Кубиты, составляющие элементы квантового компьютера, чрезвычайно чувствительны к внешнему миру. Даже слабо выраженные электромагнитные помехи, проникающие в систему, могут случайным образом изменять состояние кубита, приводя к ошибкам и затрудняя выполнение квантовых вычислений, как подчеркнул Аамир Али. Aamir Ali), главный автор нового исследования.
Для выполнения вычислений квантовые компьютеры требуютДостичь охлаждения до температур, максимально близких к абсолютному нулю (нуль градусов Кельвина, минус 273,15 градусов Цельсия) — сложная инженерно-физическая задача. Именно системы охлаждения в значительной степени ограничивают распространение и широкое применение квантовых компьютеров.
Для охлаждения квантовых компьютеров применяют системы на основе разведения. Такая система позволяет понизить температуру кубитов до приблизительно 50 милликельвинов (-273,1 градуса Цельсия). Чем ближе ученые подходят к абсолютному нулю, тем труднее продолжить охлаждение.
Ученые из Швеции и США создали холодильник, способный охлаждать сверхпроводящие кубиты до экстремально низких температур без внешнего вмешательства. опубликована в журнале Nature Physics.
Новый квантовый холодильник способен понизить температуру заданного кубита до 22 милликельвинов без необходимости внешнего контроля. Физики разработали систему, использующую взаимодействия между разными кубитами. В нее входят целевой кубит, требующий охлаждения, и два кубита для этого процесса. Рядом с одним из кубитов организована теплая среда, выступающая горячей тепловой ванной: передаетПодача энергии одному из сверхпроводящих кубитов квантового холодильника нагревает его и запускает работу холодильника.
Тепловая энергия из среды переходит квантового холодильника через тёплый кубит, перенося его от целевого кубита в холодный кубит. Холодный кубит холодильника охлаждается до температуры среды за пределами тепловой ванны. Затем сбрасывается тепло целевого кубита в холодный кубит холодильника. Nicole Yunger Halpern), профессор физики в Университете Мэриленда (США).
Система функционирует независимо: после активации продолжает работу без вмешательства со стороны и получает энергию от тепла, образующегося вследствие температурного градиента между двумя тепловыми зонами.
Ученые новым методом увеличили вероятность функционирования кубита. будет находитьсяВ основном состоянии перед вычислением достигается до 99,97 процента точности. Предыдущие методы показывали вероятность этого показателя от 99,8 до 99,92 процента. При большом количестве вычислений различие вероятностей приводит к заметному росту производительности и эффективности квантовых компьютеров.