Жидкий гелий – благодаря криогенной технологии – уже почти столетие используется в качестве охлаждающей жидкости в исследованиях и приложениях, требующих экстремального холода, от медицинского оборудования до исследования дальнего космоса.
Но гелий — дефицитный ресурс, и спрос на его использование в высокотехнологичных отраслях растет. Это особенно верно для гелия-3, редкого изотопа, который более эффективен в качестве теплоносителя в экстремальных условиях и в основном образуется в результате старения ядерных боеголовок.
Что такое квантовые вычисления и как они работают?
Движимая необходимостью найти альтернативу системе охлаждения на основе гелия, международная группа, возглавляемая исследователями из лаборатории Китайской академии наук в Пекине, приступила к поиску твердого материала, который мог бы добиться больших энергетических изменений, изменив свое состояние.
После многих лет экспериментов они обнаружили квантовый магнитный материал на основе кобальта, который является «сверхтвёрдым» — то есть имеет твёрдую структуру, но при этом ведёт себя как жидкость.
Но ученые заявили, что также наблюдалось охлаждение до температуры ниже 1 Кельвина, и потенциально его можно использовать для достижения сверхнизких температур.
Согласно третьему началу термодинамики самая низкая возможная температура в физике составляет минус 273 градуса Цельсия, или 0 Кельвинов (минус 459 градусов по Фаренгейту). Физики определяют сверхнизкие температуры как диапазон от 0 до 4,2 Кельвина, и именно этот диапазон необходим для разработки передовых технологий, в том числе в области квантовых вычислений.
«Это действительно новый рубеж», — сказал Сунь Пейцзе, профессор Пекинской национальной лаборатории физики конденсированного состояния при CAS и соавтор исследования.
Он сказал, что ученые только в последние годы увидели потенциал использования твердого тела для достижения сверхнизких температур, и это исследование проводилось лишь небольшим количеством ученых по всему миру.
«Топ-список пользователей США» после того, как современный квантовый компьютер Китая стал глобальным
Результаты команды были опубликованы в рецензируемом журнале Nature 11 января. Исследование проводилось учеными из таких институтов, как лаборатория CAS, Школа физики Университета Бэйхан и Юлихский центр нейтронной науки Института Лауэ-Ланжевена во Франции.
«Это исследование показывает, что теоретически мы можем достичь чрезвычайно низких температур, не полагаясь на гелий», — сказал Сан.
Нехватка гелия, особенно гелия-3, является проблемой для Китая, который стремится развивать квантовые технологии.
В 2022 году 94 процента гелия в Китай было импортировано – большая часть из Катара, за ним следовали США и Австралия.
По словам Суня, Китай «вообще не имеет гелия-3 и почти всегда зависит от России и США» в плане изотопа.
Но он сказал, что прогресс исследовательской группы не следует переоценивать, и что они пока не могут заменить гелий. Он сказал, что работа все еще находится на ранней стадии, и у материала есть ограничения, в том числе то, что его придется использовать в среде, где температура уже составляет около 4 Кельвинов.
Китайский квантовый компьютер Origin Wukong. Страна вложила ресурсы в квантовые технологии. Фото: система видеонаблюдения
Большинство квантовых машин, от компьютеров до спутников, используют базовые единицы информации, называемые кубитами или квантовыми битами, — подобно цифровым битам, используемым в обычных вычислениях. Но кубиты чувствительны и легко повреждаются под действием тепла, поэтому их необходимо хранить при чрезвычайно низких температурах, близких к 0 Кельвинов.
«Все квантовые технологии, включая квантовую связь и квантовые вычисления, почти всегда требуют ультрахолодной среды», — сказал Сан.
Создать такую среду можно только с помощью холодильника для разбавления – оборудования, которое Китаю в последние годы было труднее получить из-за границы, по словам Сана. Он сказал, что это «серьезно задушило развитие квантовых технологий Китая».
Испытания под руководством Китая вызывают сомнения относительно американского сверхпроводника «комнатной температуры»
Пекин сделал своим национальным приоритетом поддержку китайского производства этой ключевой технологии, и в это уже вложены значительные инвестиции. Согласно сообщению, опубликованному в официальной газете Science and Technology Daily, в октябре Origin Quantum стала последней китайской компанией, объявившей о выпуске холодильника для разбавления.
Сан сказал, что команда разработала устройства для повторения и применения своих экспериментов в определенных средах, но отметил, что предстоит пройти еще долгий путь и преодолеть инженерные проблемы, прежде чем это сможет найти широкое применение.
Он сказал, что исследование также может стать отправной точкой для дальнейшего обсуждения и исследований в области фундаментальной физики.
«На протяжении полувека считалось, что сверхтвердые тела существуют, и теперь мы каким-то образом подтвердили это», — сказал Сан. «Ученых может вдохновить поиск новых доказательств в других материалах, что в конечном итоге может продвинуть физику вперед».
2024-01-24 03:00:09
1706069665
#По #мере #того #как #американокитайская #технологическая #война #накаляется #ученые #находят #новый #материал #для #охлаждения #квантовых #компьютеров