新的电子冷却技术可实现量子计算机的小型化

（文章来源：科技报告与资讯）
芬兰VTT的研究人员成功地展示了一种新的电子制冷技术，该技术可以使量子计算机的发展取得重大飞跃。当前的量子计算机需要基于氦的同位素混合物的极其复杂并且大型的冷却基础设施。新的电子冷却技术可以替代这些低温液体混合物，并使量子计算机小型化。

在这种纯电的制冷方法中，冷却和热隔离可通过结点之类的相同点有效运行。在实验中，研究人员将硅片悬吊在这种结点上，并通过一个结点将电流从一个结点馈送到另一个结点，从而对物体进行冷冻。电流使硅物体的热力学温度与周围环境相比降低了40％。这可以导致未来量子计算机的小型化，因为它可以大大简化所需的冷却基础架构。该发现已发表在《Science Advances》上。

芬兰VTT技术研究中心的研究教授Mika Prunnila说：“我们希望这种新发现的电子冷却方法可用于从量子计算机小型化到安全领域超灵敏辐射传感器的多种应用。”

一些敏感的电子和光学设备需要低温操作。一个重要的例子是由超导电路构建的量子计算机，它需要的制冷温度接近热力学温度的绝对零值（-273.15摄氏度）。

如今，超导量子计算机通过所谓的稀释制冷机进行冷却，该制冷机是基于泵送低温液体的多级冷却器。该冰箱的复杂性来自最冷的阶段，其运行是基于泵送不同同位素的氦气的混合物。尽管现代稀释制冷是商业化的技术，但它们仍然是大型、昂贵的科学仪器。VTT研究人员开发的电子冷却技术可以代替最复杂的最冷零件，从而大大降低复杂性、成本和尺寸。

“已证明的冷却效果可用于主动冷却硅芯片或大型冰箱中的量子电路。不用说，我们对这种新型电制冷的发展怀着极大的兴趣，”Bluefors公司首席销售官David Gunnarsson说道。 Bluefors Oy是面向量子系统和计算机的制冷解决方案的领先公司。

该研究小组正在寻找一种有效且实用的方法，以通过电流将热量从一个地方驱动到另一个地方。固态结将提供最有效的解决方案，其中最热的电子会爬过短的原子级势垒。这种方法的挑战在于，热量不仅由电子传递，而且由原子晶格振动的量子（所谓的声子）传递，也传递了大量的热量。在冷热之间传播的声子非常有效地消除了温差，尤其是在短距离内。

似乎最有效的电子冷却方法总是导致最坏的声子热泄漏，因此，在整体冷却方面没有结果。 VTT研究小组假设，这个看似基本的问题可能存在一个简单的解决方案：某些物质结可以阻止声子的传播，而热电子则可以通过。

该团队通过使用半导体-超导体结对硅芯片进行制冷来证明了这种效果。在这些结中，超导体中的禁止电子态形成一个势垒，来自半导体的电子必须爬过势垒才能驱散热量。同时，结本身有效地散射或阻挡了声子，以至于电子电流会在结上引入明显的温差。
（责任编辑：fqj）