Araştırma ekibi, soğutmanın tamamen elektronik bir şekilde gerçekleşmesine olanak tanıyan vakum tüpü benzeri bir cihaz tasarladı; bu, seyreltme ile soğutulan kuantum bilgisayarların soğutma maliyetlerini on kat azaltmanın olası bir yolu. Araştırmacılar, yaptıkları deneyde tasarımlarının sıcaklıkların %40’a kadar düşmesine izin verdiğini buldu.
Bu kuantum bilgisayarlar, yararlı hesaplama çalışmaları gerçekleştirmek için çoğunlukla süper iletken transmon kubitlerinden yararlanıyor. Ancak bu süper iletken kübitlerin çalışabilmesi için uzayın mutlak sıfır sıcaklığına (~ 1 Kelvin) yakın bir sıcaklığa soğutulmaları gerekiyor. Bu ideal çalışma sıcaklıklarına ulaşmak için farklı helyum izotoplarının karıştırılmasının gerekliliği, işleyişi çok daha karmaşık bir boyuta taşıyor.
Herhangi bir yüksek seviyeli hesaplamanın temel sınırlamalarından biri soğutma kapasitesi; yani hesaplamayla üretilen ısıyı çalışma devrelerinden uzaklaştırma yeteneği.
Ancak kuantum bilgisayarlar geleneksel elektroniklerden çok daha hassas; dış müdahalelere daha yatkınlar ve hangi tür müdahalelerin yararlı, çalışan kübit durumlarını çökertebileceği konusunda daha kararsızlar. Bu nedenle, daha basit, daha verimli soğutmaya olanak tanıyan yeni tekniklere çok ihtiyaç var.
Yeni soğutma tekniklerinde bazı ilerlemeler elde edilmiş olsa da hepsi çoğunlukla aynı şekilde çalışıyor: ısı taşıyan bir ortamın (su veya hava gibi) ısı kaynağından uzağa yönlendirilmesi.
Ancak VTT’deki Finlandiyalı bilim adamları tamamen farklı bir yol izliyorlar: Isıyı elektron şeklinde yayan bir termiyonik cihaz geliştirdiler. Ancak en önemlisi, bu cihaz soğutmanın neredeyse en uç noktaya kadar alınmasına izin veriyor: Araştırmacılar, elektronikleri 1,5 K ile 0,1 K arasındaki bir aralığa kadar soğutmayı bekliyorlar; bu, “mutlak sıfır” için temel bir soğutma mekanizması olarak hizmet etmek için fazlasıyla yeterli.”. Ve bu teknik, sıvı bazlı soğutmaya kıyasla hem lojistik hem de operasyonel açıdan çok daha küçük, daha ucuz ve hataya daha az eğilimli olmalı.
Finlandiya’nın Espoo’daki VTT Teknik Araştırma Merkezi’nden Mika Prunnila, “Teknolojimiz, endüstrinin genel kuantum bilgisayar sistemi boyutunu küçültmesine yardımcı olabilir.” dedi.
Ancak termiyonik soğutucularla ilgili bir sorun, elektron aktivitesinin temel ısının tek kaynağı olmaması. Diğer parçacıklar, yarı parçacıklar ve yarı parçacıklar da birbirleriyle etkileşime girer; ve elektron saçılması yoluyla elde edilen soğutmanın, diğer parçacıkların (bu durumda fononların) “geri gelmesi”, önceden soğutulmuş malzeme içindeki parçacıklarla etkileşime girip onu ısıtması sonucunda kaybolması nadir değil. En önemlisi, araştırmacıların termiyonik cihazı hem elektronları yönlendirebiliyor hem de geri dönen fononların önceden soğutulmuş yüzeyle etkileşime girmesini (ve ısınmasını) engelleyebiliyor.
Araştırmacıların termiyonik cihazı, ısıyı farklı ortamlardan birleşme noktalarında kanalize ederek çalışıyor. Bu durumda, ısı süperiletken ortamdan yarı iletken ortama çekilir ve ısı en hassas bitlerden daha az hassas olanlara doğru itilir. Bu şekilde soğutma etkisi maksimuma çıkarılabilir.
Teknoloji için henüz erken ama kuantum bilgisayarlar ve klasik bilgisayarlar yararlı bir hızda gelişmeye devam edeceklerse, ısı yönetiminde temel atılımlar yapılması gerekiyor. Belki de Finli araştırmacıların termiyonik cihazı cevap olabilir. En azından daha küçük, daha yetenekli soğutma çözümlerine doğru bazı bilinmeyenleri ortadan kaldırıyor.