散熱是關鍵！為量子電腦電路開發新的冷卻技術

編譯／高晟鈞

超導量子電路，例如量子位元，量子電腦的基本處理單位，必須要非常低的溫度下才可以運行。這個溫度大約落在絕對零度的1%左右，是一個現代冰箱可以到達的溫度。

然而事實證明，設備元件的溫度比想像中的要高得多，這是因為，這些用來製造良好量子位元的材料，本質上是非常差的熱導體，而隨著電路規模愈發複雜，散熱問題只會愈發嚴重。

科學家有時候會使用水或是液態氮來冷卻高性能的電腦，量子電腦也適用於類似的方法。但由於量子電路運行在極低的溫度，大多數液體會變成冰，除了氦的兩種同位素³He、⁴He外。

近期，來自多所大學、實驗室和Google的研究人員組成的團隊，開發了新技術，可以有效將量子電路冷卻，效能是當前冷卻設備的100倍之多。而這都歸功於將電路進入液態³He中實現的，該液體因為卓越的熱性能而被使用。

值得注意的是，研究人員觀察到³He與量子電路材料中的原子級缺陷強烈地耦合，從這些缺陷中，帶走多餘能量的速度提高了超過1,000倍。更重要的是，³He並不會對電路造成干擾。

這種機制在優化後有可能顯著提高量子電路的相干性。特別是，它可能能夠從根本上改變嘈雜環境的行為，進一步提高電路的一致性。這些材料缺陷引起的噪聲和能量損失是目前該領域在擴展到實用量子電腦方面面臨的主要障礙。

「將設備冷卻到超低溫是一項重大挑戰。我們相信，這項技術可以改變未來量子電腦的發展。」倫敦皇家霍洛威大學的教授John Saunders說道。

資料來源:Phys.org

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