📄Холодильник для кубитов: как замораживают квантовые устройства

Мы в США, в тихом пригороде Чикаго. Здесь, среди полей и водоемов, находится ускорительная лаборатория Fermilab. А в одном из ее залов достраивается Colossus — один из мощнейших холодильников на планете. На вид он совсем не похож на бытовые рефрижераторы, которые стоят у каждого из нас дома. Да и задачи у него другие: вместо продуктов этот многотонный агрегат охлаждает атомы почти до абсолютного нуля.

Почти — это сколько?

Достичь абсолютного нуля (−273,15 °C) в нашей физической реальности невозможно из-за фундаментальных законов термодинамики. Но Colossus максимально приблизился к этой границе: после полного ввода в эксплуатацию он сможет охлаждать материал до −273,14 °C.

При таких низких температурах металл теряет электрическое сопротивление и становится сверхпроводником, а забытые в такой «морозилке» пельмени превратились бы в твёрдый минерал, похожий на камень.

Как такое возможно?

У Colossus многоступенчатый процесс погружения в холод:

▪На верхних уровнях работает жидкий азот: он снижает температуру до −193 °C.

▪Потом его замещает жидкий гелий: температура падает до −269 °C.

▪И, наконец, смесь гелия-3 и гелия-4 в системе разбавления опускают показатели до милликельвинов — тех самых сотых долей градуса выше абсолютного нуля.

И зачем это нужно?

Colossus создает условия, в которых можно будет изучать поведение квантовых частиц и испытывать новые технологии: от сверхпроводящих кубитов для квантовых компьютеров до ультрачувствительных сенсоров для физики элементарных частиц.

То есть всё это для ученых?

Не совсем. В последние годы квантовая наука вышла за пределы лабораторий. Уже работают процессоры на сотни кубитов, развиваются методы коррекции ошибок, а облачные сервисы делают квантовые вычисления доступными для компаний.

Недавно физики экспериментально подтвердили: некоторые квантовые эффекты возможны и без экстремального охлаждения, а значит внедрять их становится в разы проще.

Подробнее об этом и о других квантовых достижениях 2025 года — в новой обзорной статье.

Читать статью →

#научпоп @ultimate_engineer