20 сентября 2022

Компания IBM разработала "суперхолодильник" для охлаждения квантового компьютера

Известно, что квантовые вычислительные систем со сверхпроводящими кубитами требуют для своей работы чрезвычайно низких температур. Чем ниже температура среды, в которой находятся компоненты квантового компьютера, тем стабильней работает этот компьютер и тем меньше ошибок возникает при вычислениях. И для такого глубокого охлаждения своего квантового компьютера специалисты компании IBM разработали и продемонстрировали работу "суперхолодильника", имеющего кодовое название Project Goldeneye, температура внутри которого гораздо ниже, чем температура в открытом космическом пространстве.

С технической точки зрения холодильник Goldeneye представляет собой так называемый рефрижератор растворения. В нем используется смесь жидкого гелия-3 и гелия-4, сложные фазовые переходы которых позволяют охладить рабочий объем до температур в мили-Кельвины, тысячные доли градуса выше точки абсолютного нуля.

Но конструкция холодильника Goldeneye создана с расчетом устранения некоторых "узких мест" традиционных рефрижераторов растворения. Во-первых, объем рабочей камеры составляет 1.7 кубических метра, что в два-три раза больше, чем у других подобных устройств. Холодильник имеет модульную конструкцию, крышка внешней вакуумной камеры открывается вбок, что позволяет специалистам легко получать доступ к находящимся внутри аппаратным средствам квантового компьютера.

Также в состав холодильника Goldeneye входит несколько холодильных установок разных типов, ступенчато охлаждающих его до различных температур. Холодильник имеет вес в 6.7 тонны, и он обладает достаточно большой инерционностью, подавляющей внешние вибрации и колебания, которые могут повлиять на узлы квантового компьютера.

С учетом всех вышеперечисленных достоинств холодильник Goldeneye занимает 10 часть пространства по сравнению с другими рефрижераторами растворения сопоставимой мощности. Более того, для эксплуатации и обслуживания этого устройства требуется гораздо меньшая группа ученых и технических специалистов.

Во время испытаний холодильник Goldeneye смог охладить рабочий объем до 25 мК, что приблизительно в тысячу раз холоднее температуры в открытом космосе. После того специалисты IBM разместили в камере холодильника чип квантового процессора и измерили время стабильной работы кубитов, которое составило 450 микросекунд.

И в заключении отметим, что холодильник Goldeneye, в том виде, в котором он существует сейчас, вряд ли будет использован для охлаждения реального квантового компьютера. Но проверенные при его помощи технологии и инженерные решения будут использованы при создании системы охлаждения для квантовых компьютеров следующего поколения.