Учёные создали квантовый холодильник, использующий шум для охлаждения

Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции представили новый тип миниатюрного квантового «холодильника», который использует шум для работы, а не борется с ним. Это открытие может помочь в создании крупномасштабных квантовых технологий.

Квантовые компьютеры на основе сверхпроводящих цепей требуют охлаждения почти до абсолютного нуля (~ -273 °C). Однако системы охлаждения сами создают шум, который может разрушать хрупкие квантовые состояния. Новое устройство превращает эту проблему в преимущество.

В основе «холодильника» лежит искусственная сверхпроводящая молекула, созданная в нанолаборатории Чалмерса. Она подключена к микроволновым каналам, которые выступают в роли горячего и холодного резервуаров. Инжекция контролируемого микроволнового шума через третий порт позволяет управлять переносом тепла между резервуарами с высочайшей точностью.

«Многие квантовые устройства в конечном счёте ограничены тем, как энергия транспортируется и рассеивается. Понимание этих путей и возможность их измерять позволяет нам проектировать квантовые устройства, в которых потоки тепла предсказуемы, управляемы и даже полезны», — говорит Саймон Сунделин, ведущий автор исследования.

Учёные смогли измерить чрезвычайно малые тепловые потоки мощностью порядка аттоватт (10⁻¹⁸ Вт). Такой мощности потребовался бы возраст Вселенной, чтобы нагреть каплю воды на один градус Цельсия.

В зависимости от условий система может работать как холодильник, тепловой двигатель или усилитель теплопереноса. Управление теплом непосредственно внутри квантовых схем может повысить стабильность и производительность будущих квантовых компьютеров, что недостижимо для традиционных систем охлаждения.

Исследование «Quantum refrigeration powered by noise in a superconducting circuit» было опубликовано в журнале Nature Communications.