Nowy termometr pozwoli udoskonalić kwantowe komputery, silniki i stworzyć termodynamikę kwantową?
Na szwedzkim Uniwersytecie Technicznym Chalmersa opracowano nowatorski termometr, który pozwoli na udoskonalenie... komputerów kwantowych. Termometr ten dokonuje szybkich i niezwykle dokładnych pomiarów temperatury podczas obliczeń kwantowych.
Głównymi elementami komputera kwantowego są kable koncentryczne i falowody. Mikrofale są przesyłane falowodami do kwantowego procesora, a po drodze są schładzane do bardzo niskich temperatur. Zadaniem falowodów jest tez osłabianie i filtrowanie impulsów tak, by niezwykle wrażliwy kwantowy procesor mógł pracować ze stabilnymi stanami kwantowymi.
Jednak, by mieć jak największą kontrolę nad całym procesem, specjaliści muszą mieć pewność, że falowody nie przenoszą zakłóceń powodowanych ruchem cieplnym elektronów. Innymi słowy, muszą mierzyć temperaturę pól elektromagnetycznych na końcu falowodu, w miejscu, w którym do kubitów dostarczane są kontrolujące je impulsy. Praca z najniższymi możliwymi temperaturami zmniejsza ryzyko wprowadzenia błędów do kubitów.
Dotychczas możliwe były jedynie pośrednie pomiary tych temperatur i do tego dokonywane były ze znaczącym opóźnieniem. Tymczasem opracowany w Szwecji termometr pozwala na bardzo szybkie i niezwykle precyzyjne bezpośrednie pomiary temperatur na końcu falowodu. Nasz termometr do obwód nadprzewodzący bezpośrednio podłączony do końca falowodu, którego temperaturę mierzy. To dość prosty i prawdopodobnie najszybszy i najbardziej precyzyjny termometr do tego typu pomiarów. Pracuje on w skali milikelwinów, mówi profesor Simone Gasparinetti.
Specjaliści z Wallenberc Centre for Quantum Technology (WACQT) chcą do roku 2030 stworzyć kwantowy komputer korzystający z co najmniej 100 kubitów. Osiągnięcie tego celu będzie wymagało schłodzenia procesora do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, mówi się o 10 milikelwinach. Nowy termometr będzie bardzo ważnym narzędziem na drodze do osiągnięcia tego celu. Dzięki niemu naukowcy sprawdzą, jak dobrze sprawuje się ich system i jakie ma niedociągnięcia.
Konkretna temperatura jest związana z konkretną liczbą fotonów termicznych, a ich liczba spada wykładniczo wraz ze spadkiem temperatury. Jeśli uda nam się obniżyć temperaturę na końcu falowodu do 10 milikelwinów to drastycznie zredukujemy ryzyko wystąpienia błędów, mówi profesor Per Delsing, lider WACQT.
Precyzyjne pomiary temperatury są też istotne dla producentów podzespołów dla komputerów kwantowych, gdyż dzięki nim będą wiedzieli, czy ich produkty spełniają odpowiednie standardy.
Nowy termometr może mieć jednak znacznie szersze zastosowania. Może przyczynić się do dokonania znacznego postępu w nauce i technologii. Takie zjawiska jak superpozycja, splatanie czy dekoherencja mogą mieć bowiem znaczenie również w termodynamice. Nie można wykluczyć, że w nanoskali prawa termodynamiki ulegają zmianom. I być może zmiany te uda się wykorzystać np. do udoskonalenia silników, akumulatorów i innych urządzeń.
Przez ostatnich 15–20 lat prowadzono badania, których celem było sprawdzenie, w jaki sposób zasady termodynamiki mogą ulegać modyfikacjom pod wpływem zjawisk kwantowych. Kwestia wykorzystania zjawisk kwantowych w termodynamice jest wciąż kwestią otwartą, stwierdza Gasparinetti.
Nowy termometr mógłby np. posłużyć do pomiarów rozpraszania mikrofal w obwodzie, działającym jak kwantowy silnik cieplny lub kwantowa lodówka. Standardowe termometry były kluczowym narzędziem rozwoju klasycznej termodynamiki. Mamy nadzieję, że w przyszłości nasz termometr będzie fundamentem rozwoju termodynamiki kwantowej, wyjaśnia doktorant Marco Scigliuzzo.
Komentarze (0)