Новый тип нанохолодильника

30.05.2017

Классические компьютеры нуждаются в вентиляторах или более мощных системах для отвода выделяющегося в них тепла, но квантовые компьютеры нуждаются в высококачественном охлаждении еще в большей степени. В отличие от битов информации, которыми оперируют традиционные компьютеры, квантовые биты могут находиться еще в одном состоянии, так называемом состоянии суперпозиции когда их значение равно и 0 и 1 одновременно. Для того, чтобы находится достаточно долго в таком квантовом состоянии кубиты должны быть максимально изолированы от окружающей среды, ведь малейшее вмешательство извне приведет к изменению квантового состояния и повлечет возникновение ошибок квантовых вычислений. А максимально изолированные от окружающей среды кубиты нагреваются во время работы и требуют их постоянного охлаждения.

Для решения проблемы охлаждения кубитов квантовых вычислительных систем Микко Меттенен (Mikko Mottonen) и его коллеги из университета Аальто, Финляндия, разработали первое в своем роде автономное устройство охлаждения. Это устройство отличается универсальностью, он может быть использовано не только в квантовых компьютерах, но и в любых других устройствах, использующих странные законы и принципы квантовой механики.

Основой устройства охлаждения является энергетический барьер, разделяющий два канала, один из которых находится в состоянии сверхпроводимости, проводя электроны без сопротивления, а второй канал является обычным, имеющим электрическое сопротивление, которое тормозит электроны во время движения. Только электроны, имеющие достаточно высокую энергию, могут перескочить через барьер и попасть на сверхпроводящую магистраль, которая выводит их за пределы устройства, остальные электроны остаются "толкаться на обочине".

Но не все низкоэнергетические электроны обречены на "вечное прозябание" в цепи с обычной проводимостью. У некоторых из них имеется достаточно высокий шанс захватить фотон света, циркулирующего в расположенном поблизости резонаторе. При этом электрон приобретает необходимую для совершения скачка энергию, а резонатор, теряя энергию, охлаждается до более низкой температуры.

Принцип работы такого холодильника весьма напоминает гипотетическое явление, называемое Демоном Максвелла. Только в отличие от демона Максвелла, "демон" нанохолодильника проталкивает более "горячие" электроны в сверхпроводящий канал, а в рабочей зоне холодильника остаются холодные низкоэнергетические электроны, которые эффективно поглощают энергию из окружающей среды.

Следующим шагом, который намерены предпринять ученые, станет объединение нанохолодильника с реальным кубитом. После этого исследователи будут выяснять, хватает ли эффективности этого холодильника для качественного охлаждения кубита и поддержания его в определенном квантовом состоянии длительное время.

<< Назад: Чернобыльские грибы для космонавтов 30.05.2017

>> Вперед: Испарительные камеры в системах охлаждения смартфонов 29.05.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Зевание львов: рефлекс и его функции 11.07.2024 Зевота у львов и других животных является важным элементом их поведения, способствующим координации действий и повышению групповой бдительности. Известно, что зевота - это рефлекторный дыхательный акт, при котором мы совершаем глубокий вдох и быстрый выдох, широко открывая рот, часто сопровождаемый своеобразным звуком. Этот фиксированный паттерн действий характерен почти для всех позвоночных. Существуют различные гипотезы, объясняющие функции зевания: гипотеза сонливости (зевота при переходе между сном и бодрствованием), гипотеза возбуждения (зевота в условиях социального напряжения) и другие. Однако ученые до сих пор не до конца разобрались в этом, казалось бы, простом акте. Известно, что зевота часто заразительна: когда мы видим или слышим, как зевает другой человек или животное, мы сами начинаем зевать. Спонтанное зевание может свидетельствовать о физиологической функции: увеличивается приток крови к голове, мозг насыщается кислородом и охлаждается. Зевота также может помогать нам оставаться настороженными в моменты сонливости. В некоторых случаях "уязвимое" зевание может выражать сочувствие к окружающим, которые испытывают тревогу, стресс, усталость или скуку. Ранее зевоту изучали у шимпанзе, волков, домашних собак, овец и слонов. Теперь исследователи обратили внимание на диких львов из Южной Африки (Panthera leo). "Наши данные показали четкую картину: зевнув вместе, два льва будут вести себя синхронно," - отметила Элизабетта Паладжи, этолог из Пизанского университета (Италия). На протяжении почти полугода ученые наблюдали за 19 львами из двух прайдов, живущих в заповеднике Макалали в провинции Лимпопо. Результаты исследования показали, что вероятность ответного зевания была более чем в 139 раз выше, если лев видел, как это делает член его прайда, по сравнению с ситуацией, когда лев находился один. Непроизвольная зевота чаще всего наблюдалась, когда львы были расслаблены и только просыпались или, наоборот, отходили ко сну. Это подтверждает гипотезу о том, что зевота помогает охлаждать мозг и насыщать его кислородом, а также делает животных более внимательными. Кроме того, зевота у львов помогает координировать их действия. Наблюдения показали, что если один лев зевает, лежа рядом с другим, то второй лев тоже начинает зевать. Затем, если первый лев встанет и уйдет, второй лев последует за ним. Таким образом, новое исследование подтвердило, что "заразительность" зевоты необходима для повышения групповой бдительности у животных, живущих и охотящихся в группах. Это способствует коллективному сознанию и выявлению потенциальных угроз. Тем не менее, изучение зевоты не заканчивается на этом: исследователям пока не удалось выяснить, действительно ли зевота положительно влияет на успешность охоты. Также остается неизвестным, может ли ответная зевота у львов выполнять другие функции. Например, у приматов гелада существует три типа зевания, с помощью которых они подают разные сигналы друг другу - от доброжелательных до агрессивных. Недостаточно и доказательств того, что зевота у животных выражает сочувствие и эмоционально связывает их друг с другом. Дальнейшие исследования необходимы для полного понимания всех аспектов этого загадочного рефлекса.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026