Международная группа исследователей из Технологического университета Чалмерса (Швеция) и Мэрилендского университета (США) разработала систему охлаждения для квантовых компьютеров, способную автономно охлаждать сверхпроводящие кубиты до рекордно низких температур.

Квантовые компьютеры, использующие явление суперпозиции, обладают огромным потенциалом для развития медицины, энергетики, криптографии, искусственного интеллекта и логистики. Однако их работа существенно ограничена необходимостью постоянной коррекции ошибок, возникающих из-за высокой чувствительности кубитов ко внешним воздействиям.

«Даже слабейшие электромагнитные помехи могут случайным образом изменить значение кубита, вызывая ошибки и затрудняя квантовые вычисления», — поясняет Аамир Али, специалист по квантовым технологиям из университета Чалмерса.

Разработанный учёными квантовый холодильник способен охлаждать целевой кубит до температуры 22 милликельвина, что значительно ниже, чем позволяют достичь существующие системы охлаждения. При этом вероятность нахождения кубита в основном состоянии перед вычислениями достигает 99,97% — это существенное улучшение по сравнению с предыдущими показателями в 99,8–99,92%.

«Наша работа — это, пожалуй, первая демонстрация автономной квантовой тепловой машины, выполняющей практически полезную задачу», — отмечает Симоне Гаспаринетти, доцент Технологического университета Чалмерса и ведущий автор исследования.

Уникальность системы заключается в том, что она работает автономно, без внешнего управления, используя энергию естественной разницы температур между двумя тепловыми резервуарами. Холодильник использует взаимодействие между целевым кубитом и двумя вспомогательными кубитами, один из которых связан с «тёплой» средой, обеспечивающей энергию для работы системы.