纳米冰箱”成功为量子电路制冷

科技日报，北京，5月9日（记者聂翠荣）——芬兰科学家的一项突破性研究成果8日发表在《自然·通讯》网络版上：他们开发了一种称为“纳米冰箱”的量子电路制冷装置，可以将量子位保持在足够低的温度，从而准确可靠地工作。研究人员表示，在未来，这种冰箱可以集成到各种量子电子设备中，包括量子计算机。

普通计算机使用0和1来存储信息，这些信息可以通过冷却风扇或冷却盖进行冷却。量子计算机使用量子位存储信息。这些量子位是由两个能态叠加而成的双态量子系统。由于叠加态量子位对外界干扰非常敏感，轻微的干扰会破坏它们并导致操作错误，因此必须很好地将它们与外界干扰隔离。然而，量子比特在隔离后很容易被加热，这对量子计算机产生了影响。

当量子计算机执行快速运算时，数千个量子位将同时参与。为了确保计算结果的准确性，必须在启动算法之前将量子比特初始化为低温能量状态。如果量子位过热，就无法实现初始化，因此在运行多个量子算法时无法快速切换。〔1002〕〔1000〕为了解决上述问题，芬兰阿尔托大学的量子物理学家Miko Merton和他的同事开发了一种量子电路冷却器。量子电路通过两个独立的电子隧道形成能带。一个电子隧道是超导快通道，允许电子通过零电阻，另一个是非超导慢通道。慢通道中的电子可以吸收附近量子器件中的多余热量，并过渡到超导通道。高温电子跃过能带，低温电子“停留”下来，就像冰箱制冷机制一样，带走量子系统中的热量。

在测试实验中，量子制冷装置成功地冷却了量子超导谐振器。通过调节外部电压，可以实现冷却的开关控制。接下来，研究团队将改进纳米冷却器，并在实际量子位上测试其冷却效果。

默顿表示，新的纳米冷却器预计将在5到10年内实现商业化，这样，当量子设备在未来执行计算任务时，它们可以在不同算法之间快速切换，以提高计算能力和可靠性。