Когато си представим най-студеното място във Вселената, вероятно първо мислим за далечен, мрачен участък от Космоса, някъде между звездите и планетите. И това не би било напълно нелогично - далеч от звездите и планетите температурите могат да паднат до само няколко градуса над абсолютната нула.
Оказва се обаче, че рекордът за най-ниска температура във Вселената не принадлежи на Космоса. Той е поставен тук, на Земята. Причината са лабораториите, в които учените работят със свръхстудени атоми. При температури само няколко градуса над абсолютната нула материята започва да се държи по изключително необичаен начин - поведение, което не само изумява физиците, но може да се окаже и изключително полезно. Затова в някои лаборатории се използват технологии, способни да постигнат температури, които практически не се срещат естествено.
Температурата всъщност е свързана с енергията на движението и вибрациите на молекулите и атомите. При абсолютната нула - 0 келвина, или -273,15°C - тази енергия достига минималната си възможна стойност. Именно затова абсолютната нула се смята за своеобразната граница на студа.
Източник: iStock
Най-ниската температура, постигана някога от хора, е измерена през 2018 г. в лаборатория в Бремен, Германия. Екипът QUANTUS успява да достигне невероятните 38 пикокелвина - само 38 трилионни от градуса над абсолютната нула.
Но учените не преследват тези рекорди просто за да установят кой може да създаде най-студеното място на планетата. Сега IBM съобщава за нова система в своя изследователски център в Йорктаун Хайтс, Ню Йорк - квантов хладилник, способен да достигне температура от 15 миликелвина. Това е част от амбициозната цел на компанията да създаде първия в света устойчив на грешки квантов компютър до 2029 г.
Звучи като научна фантастика, но идеята е съвсем конкретна: такъв квантов компютър ще може да открива и коригира грешките, които неизбежно възникват по време на изчисленията.
А това става все по-важно, колкото по-голям и сложен става един квантов компютър. Повече кубити (квантов бит) означават и по-голяма вероятност от грешки. За да могат тези машини един ден да решават задачи, които са отвъд възможностите дори на най-мощните класически суперкомпютри, учените трябва да намерят начин да ги направят устойчиви на подобни проблеми.
И тук идва ролята на студа. Колкото по-ниска е температурата, толкова по-малко енергия и "шум" има в системата. А това е изключително важно за деликатните квантови състояния. По-ниската температура намалява вероятността те да се държат непредсказуемо и така ограничава появата на грешки.
Източник: iStock
IBM вече е сглобила и свързала първите два криогенни модула на своята система. Първоначално те са били охладени до 4 келвина - приблизително температурата на течния хелий - за по-малко от пет дни. След това охлаждането продължило, докато системата достигнала ключовата граница от миликелвини.
На пръв поглед 15 миликелвина изглеждат далеч от рекорда на QUANTUS. Всъщност температурата е милиони пъти по-висока от най-ниската, постигана някога. Но за работата на конкретния квантов компютър това е достатъчно.
И има още нещо важно - системата е модулна. Това означава, че в бъдеще тя може да бъде разширявана, за да побира повече квантови чипове и съответно да осигури още по-мощни изчислителни възможности.
"Създаването на устойчиви на грешки квантови компютри за индустрията зависи от редица фундаментални пробиви", коментира Джей Гамбетта, директор на IBM Research и IBM Fellow пред IFL Sceince. Според него успешното свързване и функциониране на криогенните модули представлява важна крачка напред и може да ускори развитието на квантовия хардуер, софтуера и алгоритмите.
Квантовите компютри продължават да са сред най-обещаващите технологии на бъдещето. Те имат потенциала да направят следващия голям скок в света на изчисленията, но пред тях все още стоят сериозни препятствия. Ироничното е, че за да стигнат до компютрите на бъдещето, учените трябва да отидат възможно най-близо до най-големия студ, който можем да създадем на Земята.
