Холодильник размером с дыню охлаждает квантовые чипы за два часа ✛

Оригинал: "An ultracompact dilution refrigerator for fast quantum device characterization"
arXiv:2608.18699v1 · 2026-08-19 · CC BY 4.0 · 1 мин
Маленький криостат весом 3 кг доводит кубиты до рабочей температуры 70 мК и позволяет измерять их точность до 99%.

Сверхпроводящие кубиты — это крошечные электрические контуры, которые работают только в сильном холоде, около 70 тысячных долей кельвина. Обычный холодильник для таких температур размером со шкаф и тратит на охлаждение почти сутки. Инженеры сделали установку весом 3 кг и диаметром 10 см — как небольшая дыня. Она охлаждает чип до нужной температуры за 2 часа.

Секрет в трёх контурах охлаждения: один быстро снимает основное тепло, второй опускает температуру до 4 кельвинов, третий — до 70 милликельвинов. Всё вместе занимает 2,1 часа вместо обычных суток.

На таком холодильнике проверили чип с двумя кубитами. Удалось измерить их энергетические параметры, время жизни и точность операций — до 99,03%. Это значит, что быстрый холод не мешает квантовым вычислениям. Теперь можно быстрее проверять новые образцы и улучшать квантовые устройства.

Масса криостата — всего 3 кг, как у небольшой дыни, а диаметр 100 мм позволяет поместить его в отверстие для доступа в мощный магнит.

Идея модульных криогенных систем, соединённых квантовыми каналами, перекликается с концепцией распределённого квантового компьютера из романа Нила Стивенсона «Анафем».

H = 4 E_C \hat{n}^2 + \frac{1}{2} E_L (\hat{\varphi} + \varphi_{\text{ext}})^2 - E_J \cos(\hat{\varphi})
Энергия кубита складывается из зарядовой, индуктивной и джозефсоновской частей
\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
Связывает T1 с частотой перехода, добротностью конденсатора и температурой окружения
Учёные
Klaus von KlitzingLev LandauCharles BennettRolf LandauerSeth LloydAlexander Holevo
Понятия
криогенное микроволновое измерение криостат переохлаждение температура жидкого гелия охлаждение милликельвин жидкий гелий квантовый процессор IBM технология квантовых вычислений сверхпроводящий кубит криогенная температура холодильник сверхпроводящая проволока рубидий энергопотребление микроволновый сигнал лазерное охлаждение абсолютный ноль ультрахолодные атомы микрочип