Chladí na absolútnu nulu. Ukázali zariadenie, ktoré vyrieši problém kvantových počítačov

V septembri 2020 sme ťa informovali o tom, ako IBM predstavilo svoju roadmapu pre najbližšie roky. Jedným z hlavných bodov bola pritom výstavba nového chladiaceho systému s názvom Goldeneye.

Superchladnička na chladenie kvantových procesorov

Ako najnovšie upozorňuje portál InterestingEngineering, experimentálna „superchladnička“ Goldeneye, špeciálne určená na chladenie kvantových počítačov, už je vo výstavbe a úspešne sa ju podarilo aj otestovať.

Connie Zhou, IBM

Podľa informácií dostupných na webe IBM tento chladiaci systém nutne nemusí spolupracovať so žiadnym súčasným kvantovým procesorom IBM, ale ide o myšlienku s cieľom preukázať jej uskutočniteľnosť.

To znamená, že zostavenie tejto experimentálnej „superchladničky“ inžinierom môže poskytnúť dôležité informácie o tom, ako prekonať rôzne problémy s chladením kvantových počítačov. Poznatky z tohto projektu budú neskôr použité na vývoj nových komerčných chladiacich systémov.

Náchylnosť kvantových technológií na rušenie

Nakoľko sú kvantové technológie mimoriadne citlivé na rôzne druhy rušenia, aktuálne sa darí udržiavať qubity stabilné v priemere iba niekoľko mili- až mikrosekúnd. Vývoj chladiaceho systému, ktorý sa vo veľkej miere podieľa na stabilite jednotlivých qubitov, je preto jedna z hlavných priorít pri vývoji kvantových počítačov.

Aktuálne chladiace systémy sú navyše obmedzované rôznymi nedostatkami, vrátane počtu vstupných a výstupných portov, chladiacim výkonom či dokonca tým, aký veľký kvantový experiment je možné do nich vložiť.

Tieto problémy by pritom mala odstrániť nová „superchladnička“ Goldeneye s výškou približne 3 metre, šírkou 1,8 metra a objemom 1,7 m³. Pre porovnanie, aktuálne využívané „chladničky“ majú objem zhruba 0,4 m³ až 0,7 m³.

Systém pritom dokáže tento priestor chladiť na teploty blížiace sa k absolútnej nule (-273,15 ºC).

„Dosahovanie týchto teplôt je potrebné pre vykonávanie najmodernejších fyzikálnych experimentov a potenciálne spustenie veľkých kvantových procesorov,“ uvádza IBM.

Modulárna aj napriek svojej veľkosti

Podľa všetkého sa podarilo Goldeneye úspešne ochladiť na prevádzkovú teplotu ~25 mK, pričom bol na ňu pripojený aj jeden bližšie nešpecifikovaný kvantový procesorov od IBM. Ten dokázal udržať svoje qubity stabilné po dobu 450 mikrosekúnd – doba porovnateľná s konkurenčnými chladiacimi systémami.

Aktuálne by sa Goldeneye mala presťahovať do kvantovej ústredne IBM Quantum Computation Center v Poughkeepsie v štáte New York.

Tam experti detailne preskúmajú rôzne kryogénne systémy s cieľom ich optimalizácie a rozvoja pre budúce potreby chladenia kvantových dátových centier.

Experimentálna superchladnička Goldeneye; IBM

Ak ťa zaujímajú aj technické detaily, vedz, že ide o tzv. „dilution refrigerator“, teda experimentálne kryogénne zariadenie, ktoré vnútorný priestor ochladzuje na teploty niekoľko mK pomocou zmesi dvoch izotopov hélia (hélium-3 a hélium-4).

Ide v podstate o chladenie riedením, pričom chladiaci výkon je zabezpečený zmiešavaním spomínaných izotopov. V tomto prípade ide o tzv. suché chladenie, čiže hélium-3 je ochladené na teplotu 4 K prostredníctvom kryochladiča a nie tekutého dusíka.

Potom nasleduje niekoľko ďalších krokov, v ktorých sa zmiešavajú a riedia tieto izotopy až pokiaľ sa nedosiahne požadovaná teplota – niekoľko mK.

Aj napriek tomu, že ide o najväčší chladiaci systém svojho druhu na svete s hmotnosťou až 6,7 ton, vďaka novej konštrukcii a modulárnemu dizajnu na montáž a demontáž stačia len 4 inžinieri. Iné veľké „chladničky“ vyžadujú viac než tucet pracovníkov a žeriav.

Čítajte viac z kategórie: Novinky