Vedci vytvorili chladničku, ktorá autonómne ochladzuje qubity na rekordné teploty

Tím vedcov zo Švédskej univerzity Chalmers urobil prelom vo vývoji kvantových počítačov vytvorením chladničky, ktorá dokáže autonómne ochladzovať supervodivé qubity na rekordne nízke teploty. Tento inovatívny prístup pomáha zlepšiť stabilitu a presnosť qubitov.

Qubity, základné stavebné prvky kvantového počítača, sú mimoriadne citlivé na okolité prostredie. Aj najslabšie elektromagnetické rušenie môže spôsobiť náhodné preklopenie ich hodnôt, čo vedie k výpočtovým chybám. Preto je nevyhnutné ich chladiť na teploty blízke absolútnej nule (-273,15 °C alebo 0 K), aby mohli spoľahlivo vykonávať výpočty. Na tému poukázal portál Interesting Engineering.

Väčšina aktuálnych technológií na chladenie qubitov, ako sú dilučné chladničky, ich dokáže ochladiť len na približne 50 milikelvinov nad absolútnu nulu. Nová chladnička od tímu z Chalmers University však dosahuje teploty 22 milikelvinov.

Zlepšená stabilita qubitov

Táto extrémna teplota zvyšuje pravdepodobnosť, že qubit zostane v základnom stave pred začiatkom výpočtov. Kým predchádzajúce technológie dosahovali úspešnosť 99,8 % až 99,92 %, nová metóda tento podiel zlepšila na 99,97 %.

„Na prvý pohľad sa to môže zdať ako malý rozdiel, no pri vykonávaní veľkého množstva výpočtov má tento pokrok výrazný vplyv na celkovú efektívnosť kvantových počítačov,“ vysvetľuje Aamir Ali, hlavný autor štúdie.

Nový systém pracuje s využitím interakcií medzi tromi qubitmi. Cieľový qubit je ten, ktorý je potrebné ochladiť. Dva ďalšie qubity slúžia ako chladiaci mechanizmus. Jeden je napojený na teplé prostredie (teplý kúpeľ) a druhý je spojený so studeným prostredím (studený kúpeľ).

Princíp chladenia spočíva v tom, že energia z teplého kúpeľa sa použije na odčerpanie tepla z cieľového qubitu, ktorý sa následne ochladzuje v studenom kúpeli. Táto metóda je plne autonómna a nevyžaduje žiadnu externú kontrolu, pričom čerpá energiu z prirodzeného teplotného rozdielu medzi kúpeľmi.

Screenshot / UNSWTV / YouTube

Dôsledky pre kvantové technológie

S chladením, ktoré začína bližšie k základnému stavu qubitov, sa očakáva menej chýb pri výpočtoch, čo výrazne zvyšuje presnosť a efektivitu kvantových počítačov. Tento pokrok by mohol urýchliť vývoj v rôznych oblastiach, vrátane medicíny, energie, šifrovania, AI a logistiky.

„Pôvodne sme tento experiment navrhli ako dôkaz konceptu, a preto nás prekvapilo, že výkon chladničky prekonal všetky existujúce resetovacie protokoly,“ uviedol Simone Gasparinetti, spoluautor výskumu a profesor na Chalmers University.

Hoci ide o experimentálnu technológiu, jej úspech predstavuje významný krok vpred pri riešení hlavných výziev kvantových počítačov. Ďalší výskum sa zameria na optimalizáciu systému a jeho bezpečné a spoľahlivé nasadenie v praktických aplikáciách.