Durchbruch beim Transport von Wärme: Einen Schritt näher zum Quantencomputer

Jedes elektronische Gerät entwickelt bei der Benutzung Hitze. Für gewöhnlich ist das nur störend, bei Quantencomputern allerdings ist die Hitze ein ernsthaftes Problem: Sie wirkt sich unter Umständen auf das Ergebnis der Berechnungen aus. Physiker suchen deshalb schon länger nach einer effizienten Kühlmethode für Quantenschaltkreise.

Hitzetransport über eine Strecke von einem Meter

Ein Team von der Aalto University hat unter Leitung von Professor Mikko Möttönen nun möglicherweise eine Lösung gefunden. Es gelang den Wissenschaftern, die Wärme verlustfrei über einen Weg von einem Meter zu leiten. Das klingt nicht nach viel, aber bei bisherigen Versuchen gelang es nicht, eine Distanz zu überwinden, die länger war als ein menschliches Haar breit ist. Die Entdeckung des Teams könnte zur Kühlung von Quantencomputern verwendet werden, sodass die durchgeführten Rechenoperationen nicht gestört werden.

Die Technologie nutzt einen Hitze-Übertragungskanal in Form eines dünnen, supraleitenden Drahtes aus Aluminium. Im Experiment wandern Mikrowellen-Photonen an dem Draht entlang und tragen Hitze von einer Seite des Schaltkreises zu der anderen. Der Nachweis, dass dies möglich ist, zeigt auch, dass die Technik in der Lage wäre, die Schaltkreise eines Quantencomputers zu kühlen ohne dessen Rechenergebnisse zu beeinflussen.

We’ve seen this quantum-limited heat conduction 10,000 times further than ever before. Quantum-limited means that there is an upper limit of how much heat can be transferred by a single [wire]. If you have multiple [wires] you can obviously transfer more heat, erklärt Möttönen gegenüber IFLScience.

Photonen als Träger von Wärme

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht und zeigen deutliche Verbesserungen gegenüber alten Versuchen, bei denen unter anderem Elektronen als Wärmeträger eingesetzt wurden. Photonen eignen sich für den Wärmetransport über längere Strecken deutlich besser, was in dem beeindruckenden Ergebnis von einem Meter Übertragungsstrecke resultierte. Diese ist auch dank des verwendeten Supraleiters möglich.

“We use aluminum to make these micron and nano-scale circuits, and when we cool them down to absolute zero, they turn superconductive and they start behaving quantum mechanically. In the future, we are looking into using this technology that we have now developed for this experiment and integrate it with the quantum bits. We want to show it can be useful for quantum computers.”, so Möttönen weiter.

Die Forscher konzentrieren sich nun darauf, eine Anwendungsform für die Verwendung in Quantencomputer zu finden.