ثلاجة بحجم الشمام تبرّد رقاقات الكم في ساعتين ✛

الأصل: "An ultracompact dilution refrigerator for fast quantum device characterization"
arXiv:2608.18699v1 · 2026-08-19 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
جهاز تبريد صغير وزنه 3 كجم يخفض درجة حرارة الكيوبتات إلى 70 ملي كلفن ويتيح قياس دقتها حتى 99%.

الكيوبتات فائقة التوصيل (superconducting qubits) هي دوائر كهربائية متناهية الصغر لا تعمل إلا في برودة شديدة، تبلغ حوالي 70 جزءًا من الألف من الكلفن. أما الثلاجة التقليدية المخصصة لمثل هذه الدرجات فحجمها بحجم خزانة، وتستغرق في التبريد ما يقرب من يوم كامل. وقد صنع المهندسون جهازًا وزنه 3 كجم وقطره 10 سم، بحجم شمامة صغيرة، يبرّد الرقاقة إلى الدرجة المطلوبة في ساعتين.

السر يكمن في ثلاث دوائر تبريد: الأولى تزيل الحرارة الأساسية بسرعة، والثانية تخفض درجة الحرارة إلى 4 كلفن، والثالثة إلى 70 ملي كلفن. وتستغرق العملية كلها 2.1 ساعة بدلًا من اليوم المعتاد.

على هذا المبرد جرى اختبار رقاقة تحتوي على كيوبتين، وتمكن الباحثون من قياس معالمهما الطاقية وعمرهما الزمني ودقة العمليات التي تصل إلى 99.03%. وهذا يعني أن التبريد السريع لا يعيق الحسابات الكمومية. وبهذا يمكن تسريع فحص النماذج الجديدة وتحسين الأجهزة الكمومية.

كتلة المبرد 3 كجم فقط، أي بحجم شمامة صغيرة، وقطره 100 ملم يسمح بوضعه في فتحة الوصول لمغناطيس قوي.

فكرة الأنظمة المبردة المعيارية المرتبطة بقنوات كمومية تذكرنا بمفهوم الحاسوب الكمومي الموزع في رواية نيل ستيفنسون «أناثيم».

H = 4 E_C \hat{n}^2 + \frac{1}{2} E_L (\hat{\varphi} + \varphi_{\text{ext}})^2 - E_J \cos(\hat{\varphi})
طاقة الكيوبت تتكون من أجزاء الشحنة والحث وجوزيفسون
\frac{1}{T_{1,\text{diel}}} = \frac{\hbar \omega_{01}^2}{4 E_C Q_{\text{cap}}(\omega_{01})} \coth\left(\frac{\hbar \omega_{01}}{2 k_B T_{\text{bath}}^{\text{eff}}}\right) |\langle 0 | \varphi | 1 \rangle|^2
يربط T1 بتردد الانتقال ومعامل جودة المكثف ودرجة حرارة المحيط
العلماء
Klaus von KlitzingLev LandauCharles BennettRolf LandauerSeth LloydAlexander Holevo
المفاهيم
قياس ميكروويف مبرد مبرد تبريد فائق درجة حرارة الهيليوم السائل التبريد ميلي كلفن هيليوم سائل معالج آي بي إم الكمومي تقنية الحوسبة الكمية كوبيت فائق التوصيل درجة حرارة تبريدية ثلاجة سلك فائق التوصيل روبيديوم استهلاك الطاقة إشارة الميكروويف تبريد بالليزر الصفر المطلق ذرات فائقة البرودة رقاقة دقيقة