Teknologi pendinginan canggih dapat membantu merevitalisasi komputasi kuantum dan memangkas waktu persiapan yang mahal dalam eksperimen sains utama hingga berminggu-minggu.
Para ilmuwan sering kali perlu menghasilkan suhu yang mendekati… Nol mutlak Untuk komputasi kuantum dan astronomi, antara lain. Suhu ini dikenal sebagai “dingin besar”, karena suhu tersebut menjaga perangkat listrik paling sensitif bebas dari gangguan – seperti perubahan suhu. Namun, lemari es yang digunakan untuk mencapai suhu tersebut sangat mahal dan tidak efisien.
Namun, para ilmuwan di Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) – sebuah lembaga pemerintah AS – telah membangun prototipe lemari es baru yang mereka klaim dapat mencapai pendinginan signifikan dengan lebih cepat dan efisien.
Para peneliti menerbitkan rincian mesin baru mereka pada 23 April di jurnal Nature Communications. Mereka mengklaim bahwa penggunaannya dapat menghemat 27 juta watt energi setiap tahunnya dan mengurangi konsumsi energi global sebesar $30 juta.
Kulkas generasi baru
Lemari es rumah tangga tradisional bekerja melalui proses penguapan dan kondensasi Ilmu hidup. Refrigeran dipaksa melalui tabung khusus bertekanan rendah yang disebut “koil evaporator”.
Saat menguap, ia menyerap panas untuk mendinginkan bagian dalam lemari es dan kemudian melewati kompresor yang mengubahnya kembali menjadi cairan, menaikkan suhunya saat memancar melalui bagian belakang lemari es.
Terkait: ‘Silikon paling murni di dunia’ dapat menghasilkan 1 juta chip komputasi kuantum
Untuk mencapai suhu yang diinginkan, para ilmuwan telah menggunakan lemari es tabung berdenyut (PTR) selama lebih dari 40 tahun. Perangkat PTR menggunakan gas helium dalam proses serupa tetapi dengan penyerapan panas yang lebih baik dan tidak ada bagian yang bergerak.
Meskipun efektif, namun mengkonsumsi energi dalam jumlah besar, mahal, dan memakan waktu lama untuk pengoperasiannya. Namun, peneliti NIST juga menemukan bahwa perangkat PTR tidak efisien dan dapat ditingkatkan secara signifikan untuk mengurangi waktu pendinginan dan menurunkan biaya keseluruhan.
Dalam studi tersebut, para ilmuwan mengatakan bahwa perangkat PTR “mengalami kekurangan yang signifikan” seperti dioptimalkan “untuk kinerja hanya pada suhu inti” – biasanya mendekati 4 Kelvin. Artinya, selama pendinginan, PTR beroperasi pada tingkat yang tidak efisien, tambah mereka.
Tim menemukan bahwa dengan memodifikasi desain PTR antara kompresor dan lemari es, penggunaan helium menjadi lebih efisien. Selama pendinginan, sebagian darinya biasanya dipaksa masuk ke katup pelepas alih-alih didorong mengelilingi sirkuit sebagaimana dimaksud.
Komputasi kuantum dengan biaya yang lebih murah
Desain ulang yang diusulkan mencakup katup yang mengempis seiring penurunan suhu untuk mencegah helium terbuang dengan cara ini. Hasilnya, PTR yang dimodifikasi oleh tim NIST mencapai skor Big Chill 1,7 hingga 3,5 kali lebih cepat, kata para ilmuwan dalam makalah mereka.
“Dalam eksperimen yang lebih kecil yang memodelkan sirkuit kuantum di mana waktu pendinginan saat ini sebanding dengan waktu karakterisasi, optimasi akustik dinamis dapat meningkatkan hasil pengukuran secara signifikan,” tulis para peneliti.
Metode baru ini dapat menghemat setidaknya satu minggu percobaan di Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE) – sebuah fasilitas di Italia yang digunakan untuk mencari peristiwa langka seperti bentuk teori peluruhan radioaktif saat ini, kata para peneliti dalam studi mereka. Kebisingan latar belakang sesedikit mungkin harus dicapai untuk mendapatkan hasil yang akurat dari fasilitas ini.
Komputer kuantum memerlukan tingkat isolasi yang serupa. Mereka menggunakan bit kuantum, atau qubit. Komputer tradisional menyimpan informasi dalam bit, menyandikan data dengan nilai 1 atau 0, dan melakukan perhitungan secara berurutan, namun qubit menempati superposisi 1 dan 0, berkat hukum Mekanika kuantumMereka dapat digunakan untuk memproses perhitungan secara paralel. Namun, qubit sangat sensitif dan harus dipisahkan dari kebisingan latar belakang sebanyak mungkin, termasuk fluktuasi kecil pada energi panas.
Metode pendinginan yang lebih efisien secara teoritis dapat dicapai dalam waktu dekat, yang dapat mengarah pada inovasi yang lebih cepat dalam komputasi kuantum, kata para peneliti.
Tim juga mengatakan bahwa teknologi mereka dapat digunakan untuk mencapai suhu sangat dingin pada saat yang sama tetapi dengan biaya yang jauh lebih rendah, yang dapat menguntungkan industri kriogenik, memangkas biaya eksperimen dan aplikasi industri yang tidak memakan waktu lama. Para ilmuwan saat ini bekerja sama dengan mitra industri untuk merilis PTR yang ditingkatkan secara komersial.
“Pakar bir seumur hidup. Penggemar perjalanan umum. Penggemar media sosial. Pakar zombie. Komunikator.”
More Stories
Seorang pria Florida ususnya dikeluarkan dari tubuhnya di sebuah restoran
Mengapa sebuah keluarga di Florida meminta ganti rugi dari NASA atas puing-puing luar angkasa?
Penemuan reptil purba mirip buaya di Brazil