Para realizar cálculos cuánticos, los bits cuánticos (qubits) deben enfriarse a temperaturas en el rango de mikelvin (alrededor de -273 grados Celsius), para minimizar el movimiento atómico y reducir el ruido. Sin embargo, la electrónica utilizada para gestionar estos circuitos cuánticos genera calor, que es difícil de eliminar a temperaturas tan bajas. Por lo tanto, la mayoría de las tecnologías actuales deben separar los circuitos cuánticos de sus componentes electrónicos, lo que introduce ruido e ineficiencias que dificultan la realización de grandes sistemas cuánticos fuera del laboratorio.
Investigadores del Laboratorio de Estructuras y Electrónica a Nanoescala (LANES) de la EPFL, dirigidos por Andras Kis en la Escuela de Ingeniería, han desarrollado ahora un dispositivo que no solo funciona a temperaturas ultrabajas, sino que también lo hace a temperatura ambiente con las tecnologías existentes. rendimiento comparable al
“Somos los primeros en construir un dispositivo que iguala la eficiencia de conversión de las tecnologías existentes, pero con los bajos campos magnéticos y las temperaturas extremadamente bajas necesarias para los sistemas cuánticos”, dice Gabriel Works Pasquale, estudiante de doctorado de LANES.
El innovador dispositivo combina la excelente conductividad eléctrica del grafeno con las propiedades semiconductoras del seleniuro de indio. Con sólo unos pocos átomos de espesor, se comporta como un objeto bidimensional, y esta nueva combinación de materiales y estructuras le confiere un rendimiento sin precedentes. Publicado con éxito. Nanotecnología de la naturaleza.
usar Nernst El efecto
El dispositivo aprovecha el efecto Nernst: un fenómeno termoeléctrico complejo que produce un voltaje eléctrico cuando se aplica un campo magnético a un objeto con una temperatura diferente. La naturaleza bidimensional del instrumento de laboratorio permite controlar eléctricamente el funcionamiento de este mecanismo.
La estructura 2D fue desarrollada en el Centro EPFL de Micronanotecnología y el laboratorio LANES. Esto implica utilizar un láser como fuente de calor y utilizar un refrigerador de dilución especial para alcanzar los 100 mikelvin, una temperatura incluso más fría que la del espacio exterior. Convertir calor en voltaje a temperaturas tan bajas suele ser extremadamente difícil, pero el nuevo dispositivo y su uso del efecto Nernst lo hacen posible, llenando un vacío crítico en la tecnología cuántica.
“Si piensas en un portátil en una oficina fría, el portátil se calienta al moverse, lo que hace que la temperatura de la habitación aumente. En un sistema de computación cuántica, se puede evitar que este calor moleste. “Actualmente no existe ningún mecanismo para qubits para proporcionar esta refrigeración necesaria”, afirma Pasquale.
Pasquale, físico de formación, subraya que la investigación es importante porque arroja luz sobre la conversión termoeléctrica a bajas temperaturas, un fenómeno hasta ahora inexplorado. Dada la alta eficiencia de conversión y el uso potencial de componentes electrónicos prefabricados, el equipo de LANES también cree que su dispositivo puede integrarse en circuitos cuánticos de baja temperatura ya existentes.
“Estos resultados representan un avance significativo en la nanotecnología y prometen desarrollar las tecnologías de enfriamiento avanzadas necesarias para la computación cuántica a temperaturas de mikelvin”, dice Pasquale. “Creemos que este avance podría revolucionar los sistemas de refrigeración para tecnologías futuras”.
