纳米冰箱”成功为量子电路制冷

科技日報，北京，5月9日（記者聶翠榮）——芬蘭科學家的一項突破性研究成果8日發表在《自然·通訊》網絡版上：他們開發了一種稱爲“納米冰箱”的量子電路制冷裝置，可以将量子位保持在足夠低的溫度，從而準确可靠地工作。研究人員說，在未來，這種冰箱可以集成到各種量子電子設備中，包括量子計算機。

普通計算機使用0和1來存儲信息，這些信息可以通過冷卻風扇或冷卻蓋進行冷卻。量子計算機使用量子位來存儲信息。這些量子位是由兩個能态疊加而成的雙态量子系統。由于疊加态量子位對外界幹擾非常敏感，輕微的幹擾會破壞它們并導緻操作錯誤，因此必須很好地将它們與外界幹擾隔離。然而，量子比特在隔離後很容易被加熱，這對量子計算機産生了影響。

當量子計算機執行快速運算時，數千個量子比特将同時參與。爲了确保計算結果的準确性，必須在啓動算法之前将量子位初始化爲低溫能量狀态。如果量子比特過熱，則無法實現初始化，因此在運行多個量子算法時無法快速切換。〔1002〕〔1000〕爲了解決上述問題，芬蘭阿爾托大學的量子物理學家Miko Merton和他的同事開發了一種量子電路冷卻器。量子電路通過兩個獨立的電子隧道形成能帶，一個是允許電子通過零電阻的超導快通道，另一個是非超導慢通道。慢通道中的電子可以吸收附近量子設備中的多餘熱量，并過渡到超導通道。高溫電子躍過能帶，低溫電子“停留”下來，就像冰箱制冷機制一樣，帶走量子系統中的熱量。

在測試實驗中，量子制冷裝置成功地冷卻了量子超導諧振器。通過調節外部電壓，可以實現冷卻的開關控制。接下來，研究團隊将改進納米冷卻器，并在實際量子位上測試其冷卻效果。

默頓表示，新的納米冷卻器預計将在5到10年内實現商業化，以便未來量子設備在執行計算任務時，能夠在不同算法之間快速切換，以提高計算能力和可靠性。