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由于突破性冰箱设计量子计算现在更快到达绝对零

(2024-05-28 09:23:25)

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由于突破性冰箱设计量子计算现在更快到达绝对零

By Rory Bathgate

published 2 hours ago

研究人员用一种比当前方法更有效的方法以成本和时间的仅一个分数承诺世界上最冷的温度。

冷却技术中的新发现可能帮助带量子计算比预期更早进入生活。(Image credit: Bartlomiej Wroblewski via Getty Images)

一种突破性的冷却技术可以帮助振兴量子计算并将关键科学实验中昂贵的准备时间缩短数周。

科学家往往需要为量子计算和天文学等用途生成接近绝对零度的温度。这种温度被称为“大寒”，保持最敏感的电气仪器免受干扰例如温度变化。然而，用于取得这些温度的冰箱是极端昂贵且效率低下的。

然而，一家美国政府机构美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家已经制造了一种新的原型冰箱，他们声称能远更快、更有效取得大寒。

研究人员于4月23日在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上发表了他们新机器的细节。他们声称使用它每年可以节省2700万瓦的电力，并将全球能量消耗减少3000万美元。

一种新种的冰箱

根据生活科学杂志，传统的家用冰箱通过一个蒸发和冷凝过程工作。一种冷剂液体被推过一个叫“蒸发器盘管”的特殊低压管。

随它蒸发它吸收热来冷却冰箱内部，然后通过一个压缩机将它变回一种液体，随它通过冰箱背面辐射提高它的温度。

为取得所需的温度，科学家们已经使用脉冲管冰箱（PTR）40 多年。脉冲管冰箱在一个类似的过程中用氦气，但远更好的吸收热并且没有移动部件。

虽然有效但它消耗大量能量运行成本高昂，并且要用很长时间。然而，美国国家标准与技术研究院研究人员还发现脉冲管冰箱是不需要的无效率的，能被大大改进来减少冷却时间并降低总体成本。

在这项研究中，科学家们说脉冲管冰箱“遭受严重的低效率”，例如“仅在它们的基本温度下”通常接近4开尔文被优化。他们补充说，这意味着在冷却下来时脉冲管冰箱运行在大的无效水平上。

研究小组发现，通过调整压缩机和冰箱之间的脉冲管冰箱设计，氦气被更有效率使用。在冷却的同时其中一些通常被推入一个安全阀而不是按预期的那样被推绕着回路。

只是成本一个小分数的量子计算

他们提议的重新设计包括一个会随着温度下降收缩来防止任何氦气以这种方式被浪费的阀门。科学家们在他们的论文中说，因此美国国家标准与技术研究院团队改进的脉冲管冰箱取得了更快1.7到3.5倍的大寒。

研究人员写道：“在更小量子电路原型设计的实验中，其中冷却时间目前与特征时间是可比较的，动态声学优化能实在的增加测量吞吐量。

研究人员在他们的研究中说，这种新方法可以削短低温地下罕见事件天文台（CUORE）的实验时间至少一周，该天文台位于意大利用于寻找罕见事件例如目前理论上的放射性衰变形式。必须取得尽可能少的背景噪音来从这些设施获得准确的结果。