為冷卻量子計算機 IBM打造一臺Project Goldeneye“大冰箱”


得益於獨特的疊加態,量子計算機具有難以置信的速度和運算能力。但量子的糾纏態,對環境的幹擾有非常敏感——比如溫度。為此,IBM建造並展示一款代號為ProjectGoldeneye的“大冰箱”,特點是能夠將溫度降低至比外太空還低,以滿足量子實驗和計算機所需的僅比絕對零度高幾分之一的低溫條件。

在“超級冰箱”底部的技術負責人 Pat Gumann(來自:IBM Research)

讓設備保持如此低的溫度,顯然不是一件容易的事情,而這也是 IBM 為新冷卻系統構建概念驗證的原因。

作為一款“稀釋冰箱”,Goldeneye 使用氦 3 與氦 4 的混合物,以將內容物冷卻到毫開爾文(mK)的范圍 —— 達到僅比絕對零度高千分之一度的水平。

不過 Project Goldeneye 的更主要設計目的,還是消除現有稀釋冰箱中的一些問題。

首先,其實驗體積為 1.7 m³(60 立方英尺),較之前設計大 2~3 倍。

其次,它采用翻蓋式的設計 —— 允許外部真空室側向開啟,以便科學傢能夠輕松訪問內部硬件。

此外,這款降溫裝置能夠安裝可冷卻至不同溫度的冰箱單元、且其 6.7 噸的重量有助於抑制潛在幹擾量子設備的振動。

更重要的是,Goldeneye 僅占同等功率稀釋冰箱 1/10 左右的空間,意味著它能夠被更小的科研團隊使用。

測試期間,IBM 研究人員輕松實現僅 25 mK 的降溫效果 —— 僅為太空平均溫度的千分之一。

當 IBM 團隊在內部放置一枚量子芯片、並對其進行冷卻時,研究團隊還可實現大約 450 μs 的相幹時間。

雖然這一量子比特信息的保留時間聽起來轉瞬即逝,但它還是與現有的稀釋冰箱相當。

最後,盡管 Project Goldeneye 具有如此多的特點,但 IBM 表示,他們最終或許不會以這種形式來冷卻量子計算機。

不過針對這一概念的驗證測試,還是有助於為下一代冷卻系統的開發奠定堅實的基礎。


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