Ερευνητές από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Τσάλμερς της Σουηδίας και το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ των ΗΠΑ δημιούργησαν έναν νέο τύπο κβαντικού ψυγείου που μπορεί να ψύχει από μόνο του τα υπεραγώγιμα qubits σε χαμηλές θερμοκρασίες ρεκόρ. Το επίτευγμα ανοίγει την πόρτα για την ανάπτυξη πιο αξιόπιστων κβαντικών υπολογιστών. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Physics.
Τα κυβικά, η βάση των κβαντικών υπολογιστών, είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε εξωτερικές παρεμβολές. Ακόμη και οι ασθενείς ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μπορούν να προκαλέσουν υπολογιστικά σφάλματα. Για την ελαχιστοποίηση αυτών των σφαλμάτων, τα qubits πρέπει να ψύχονται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15°C).
Μέχρι στιγμής, για το σκοπό αυτό έχουν χρησιμοποιηθεί ψυγεία, τα οποία επιτρέπουν την ψύξη των qubits στα 50 millikelvin (-273,1°C). Το νέο κβαντικό ψυγείο που ανέπτυξαν οι ερευνητές μπορεί να μειώσει περαιτέρω τη θερμοκρασία στα 22 millikelvin (-273,128°C).
“Πετύχαμε ότι η σταθερότητα των qubits πριν από τον υπολογισμό έχει αυξηθεί στο 99,97%. Αυτό αποτελεί σημαντική βελτίωση σε σχέση με προηγούμενες μεθόδους που πετύχαιναν 99,8-99,92%. Αν και φαινομενικά ασήμαντη, μια τέτοια διαφορά γίνεται κρίσιμη όταν εκτελούνται πολλαπλοί υπολογισμοί”, δήλωσε ο Aamir Ali, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Το νέο ψυγείο βασίζεται σε υπεραγώγιμα κυκλώματα και τροφοδοτείται από τη θερμότητα του περιβάλλοντος. Το σύστημα περιλαμβάνει δύο κβαντικά qubits που αλληλεπιδρούν με ένα qubit-στόχο που απαιτεί ψύξη. Ένα από τα qubits είναι συνδεδεμένο με ένα θερμό περιβάλλον, το οποίο λειτουργεί ως θερμική δεξαμενή που μεταφέρει ενέργεια. Το δεύτερο qubit ψύχεται μεταφέροντας θερμότητα από το qubit-στόχο στο ψυχρό περιβάλλον.
Η συσκευή λειτουργεί αυτόνομα, χωρίς την ανάγκη εξωτερικού ελέγχου, και χρησιμοποιεί τη φυσική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του ψυχρού μέσου. Αυτό την καθιστά όχι μόνο αποδοτική αλλά και ενεργειακά αποδοτική.
“Αρχικά σχεδιάσαμε αυτό το πείραμα ως μια επίδειξη απόδειξης της έννοιας. Αποδείχθηκε ότι η απόδοση της συσκευής ξεπέρασε όλα τα υπάρχοντα πρωτόκολλα ψύξης qubit”, πρόσθεσε ο Simone Gasparinetti, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Η εξέλιξη αυτή αποτελεί σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση σταθερών και ισχυρών κβαντικών υπολογιστών. Η δυνατότητα ψύξης των qubits σε χαμηλές θερμοκρασίες ρεκόρ ανοίγει προοπτικές για πιο ακριβείς υπολογισμούς.
Προηγουμένως ανακαλύφθηκαν σωματίδια που θα βοηθήσουν σε μια σημαντική ανακάλυψη στην κβαντομηχανική.