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芬蘭VTT的研究人員成功地展示了一種新的電子制冷技術(shù)，該技術(shù)可以使量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展取得重大飛躍。當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)需要基于氦的同位素混合物的極其復(fù)雜并且大型的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。新的電子冷卻技術(shù)可以替代這些低溫液體混合物，并使量子計(jì)算機(jī)小型化。

在這種純電的制冷方法中，冷卻和熱隔離可通過(guò)結(jié)點(diǎn)之類(lèi)的相同點(diǎn)有效運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員將硅片懸吊在這種結(jié)點(diǎn)上，并通過(guò)一個(gè)結(jié)點(diǎn)將電流從一個(gè)結(jié)點(diǎn)饋送到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)，從而對(duì)物體進(jìn)行冷凍。電流使硅物體的熱力學(xué)溫度與周?chē)h(huán)境相比降低了40％。這可以導(dǎo)致未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的小型化，因?yàn)樗梢源蟠蠛?jiǎn)化所需的冷卻基礎(chǔ)架構(gòu)。該發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在《Science Advances》上。

芬蘭VTT技術(shù)研究中心的研究教授Mika Prunnila說(shuō)：“我們希望這種新發(fā)現(xiàn)的電子冷卻方法可用于從量子計(jì)算機(jī)小型化到安全領(lǐng)域超靈敏輻射傳感器的多種應(yīng)用。”

一些敏感的電子和光學(xué)設(shè)備需要低溫操作。一個(gè)重要的例子是由超導(dǎo)電路構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)，它需要的制冷溫度接近熱力學(xué)溫度的絕對(duì)零值（-273.15攝氏度）。

如今，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)通過(guò)所謂的稀釋制冷機(jī)進(jìn)行冷卻，該制冷機(jī)是基于泵送低溫液體的多級(jí)冷卻器。該冰箱的復(fù)雜性來(lái)自最冷的階段，其運(yùn)行是基于泵送不同同位素的氦氣的混合物。盡管現(xiàn)代稀釋制冷是商業(yè)化的技術(shù)，但它們?nèi)匀皇谴笮汀嘿F的科學(xué)儀器。VTT研究人員開(kāi)發(fā)的電子冷卻技術(shù)可以代替最復(fù)雜的最冷零件，從而大大降低復(fù)雜性、成本和尺寸。

“已證明的冷卻效果可用于主動(dòng)冷卻硅芯片或大型冰箱中的量子電路。不用說(shuō)，我們對(duì)這種新型電制冷的發(fā)展懷著極大的興趣，”Bluefors公司首席銷(xiāo)售官David Gunnarsson說(shuō)道。 Bluefors Oy是面向量子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的制冷解決方案的領(lǐng)先公司。

該研究小組正在尋找一種有效且實(shí)用的方法，以通過(guò)電流將熱量從一個(gè)地方驅(qū)動(dòng)到另一個(gè)地方。固態(tài)結(jié)將提供最有效的解決方案，其中最熱的電子會(huì)爬過(guò)短的原子級(jí)勢(shì)壘。這種方法的挑戰(zhàn)在于，熱量不僅由電子傳遞，而且由原子晶格振動(dòng)的量子（所謂的聲子）傳遞，也傳遞了大量的熱量。在冷熱之間傳播的聲子非常有效地消除了溫差，尤其是在短距離內(nèi)。

似乎最有效的電子冷卻方法總是導(dǎo)致最壞的聲子熱泄漏，因此，在整體冷卻方面沒(méi)有結(jié)果。 VTT研究小組假設(shè)，這個(gè)看似基本的問(wèn)題可能存在一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案：某些物質(zhì)結(jié)可以阻止聲子的傳播，而熱電子則可以通過(guò)。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用半導(dǎo)體-超導(dǎo)體結(jié)對(duì)硅芯片進(jìn)行制冷來(lái)證明了這種效果。在這些結(jié)中，超導(dǎo)體中的禁止電子態(tài)形成一個(gè)勢(shì)壘，來(lái)自半導(dǎo)體的電子必須爬過(guò)勢(shì)壘才能驅(qū)散熱量。同時(shí)，結(jié)本身有效地散射或阻擋了聲子，以至于電子電流會(huì)在結(jié)上引入明顯的溫差。
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