IBM представила суперхолодильник Goldeneye. Он станет доказательством концепции рефрижератора растворения, способного охлаждать «будущие поколения квантовых компьютеров». При этом холодильник пока не предназначен для использования с квантовыми процессорами IBM.
Goldeneye может охладить объём, в три раза превышающий объём стандартного домашнего холодильника (1,7 против 0,4-0,7 м3), до температуры открытого космоса. Так, IBM охладила Goldeneye до рабочей температуры -273,1°C (около 25 мК) и поместила в него квантовый процессор.
Goldeneye требуется в 10 раз меньше места, чем современным крупномасштабным рефрижераторам растворения. При этом там можно разместить эквивалентное количество квантового оборудования.
Рефрижераторы растворения представляют собой экспериментальные криогенные устройства, которые охлаждают объём пространства до режима милли-Кельвина (мК) с использованием смеси двух изотопов гелия, называемых гелием-3 (Не-3) и гелием-4 (Не-4). Холодильники с технологией растворения выполняют это охлаждение, используя ряд стадий для отвода тепла от смеси изотопов гелия, а затем применяют вакуумные насосы для циркуляции и разбавления Не-3 в смеси Не-3/Не-4 до тех пор, пока не будет достигнута целевая температура. До недавнего времени все рефрижераторы растворения представляли собой «мокрые» системы, требующие для начала охлаждения жидкий азот и другие криогенные жидкости. Современные холодильники чаще бывают «сухими», в них используется механический компонент, называемый криоохладителем, который обеспечивает начальные температуры 50 К и 4 К для предварительного охлаждения смеси гелия.
Проект Goldeneye отличается совершенно новой конструкцией рамы и криостата — основного бочкообразного компонента, отвечающего за охлаждение — для максимального увеличения экспериментального объёма при одновременном снижении шума и достижении температур, необходимых для охлаждения экспериментального квантового оборудования. Конструкция является модульной, что значительно упростило создание прототипа. Криостат имеет конструкцию раскладушки, что позволяет внешней вакуумной камере открываться вбок и устраняет необходимость снимать всю внешнюю оболочку для доступа к оборудованию внутри. Полностью автоматизированная система Goldeneye включает в себя специально разработанный стреловой кран, который в будущем позволит даже одному человеку удалённо управлять холодильником с помощью платформы визуализации с открытым исходным кодом.
Внутри криостата предусмотрена возможность установки набора из 10 внутренних пластин для крепления компонентов в его верхней и нижней половине: пять «обычных» блоков сверху и пять перевёрнутых снизу. Он также может вмещать до шести отдельных холодильников, обеспечивая около ~10 мВт при мощности охлаждения 100 мК и более 24 Вт мощности охлаждения при температуре 4 К. Наконец, вес всей системы — 6,7 метрических тонны — также помогает гасить вибрации, уменьшая потребность в методах демпфирования.
Внутрь Goldeneye поместили чип кубита. Исследователям удалось воспроизвести время когерентности около 450 микросекунд, аналогичное времени когерентности, измеренному в других коммерческих холодильных системах разбавления. При этом производительность кубита не снизилась.
Goldeneye перевезут в Центр квантовых вычислений IBM. Там его продолжат тестировать, чтобы определить будущие потребности в охлаждении для квантовых ЦОД. Холодильник планируется использовать для улучшения квантовых процессоров IBM после 2025 года. В частности, его возможности применят для разработки криогенной платформы Bluefors Kide, работающей с IBM Quantum. В 2023 году компания начнёт развёртывать IBM Quantum System Two на Bluefors Kide.
Источник: habr.com
