VTT 的电子冰箱原型即将进行低温测试
量子计算机有望解决普通计算机无法解决的问题。然而，他们面临的一个关键限制是，大多数类型需要笨重、耗能的冰箱来将量子位保持在接近绝对零的温度。现在研究人员表示，运行方式有点像真空管的新设备可以将这些冰箱的尺寸和功耗削减十分之一。
谷歌、IBM、亚马逊和其他公司正在构建基于超导电路的量子计算机，这些电路必须冷却到接近绝对零的水平。目前，它们依赖于称为稀释制冷机的大型、复杂、昂贵的系统，该系统使用多级冷却将回路冷却至 1 开尔文或更低。这些制冷机的复杂性在最冷阶段最为复杂，其中涉及混合液氦的不同同位素。
芬兰的科学家正在开发纯电子制冷方法，而不是泵送低温流体，这种方法可能更小、更简单，同时消耗的功率仅为当今系统的 1/10。
位于埃斯波的芬兰 VTT 技术研究中心的Mika Prunnila表示:“我们的技术可以帮助业界缩小量子计算机系统的整体规模。”
新型冷却器属于热电子设备类别，以电子形式散发热量。（真空管通常是热电子发射器。）
热电子冷却器长期以来面临的一个关键问题是物体通常也会以原子振动的形式辐射热量。在固体材料中，这些振动以称为声子的准粒子形式传播。如果热电子冷却器与其周围环境完全接触，而不是封闭在真空中，那么它辐射的电子就会加热它接触到的任何东西。然后，这些加热的环境可以将热量以声子的形式传递回冷却器。
“这可能会完全消除冷却效果，”普鲁尼拉说。
Prunnila 和他的同事开发的新型热电子冷却器是为了控制声子流而设计的。该器件是半导体和超导体元件之间的结点。来自半导体的电子可以跳到超导体，带走热量。同时，结会散射或阻挡声子，使其成为热绝缘体。
热电子学的酷实验
在2020 年报道的实验中，科学家们能够使用这种热电子系统将硅芯片的温度降低到周围环境的近一半。
“如果我们能够制造足够高质量的隧道结，电子冷却将完全占据主导地位，”Prunnila 说。通过这项新研究，“我们能够做到这一点。”
此后，研究人员开发了3D 集成方法，将冷却器堆叠到芯片上，并帮助将电子设备更紧密地封装在一起。普鲁尼拉说，他们还开发了多级制冷技术，可以帮助系统实现大幅降温。
Prunnila 表示，作为SoCool 项目的一部分，科学家们目前正在开发其技术的商业演示器，该项目于今年夏天启动，将在欧盟的资助下运行三年。
Prunnila 指出，除了量子计算之外，这种冷却器可能还有许多应用。例如，较小的冷却器可能对卫星和太空任务有用，并且“各种可现场部署的低温传感和通信技术，这些技术以前由于所需低温技术的质量和尺寸较大而不切实际，现在可能成为可能。”
