EPFL研究人员创造出超低温下将热能转化为电能的新型装置
EPFL研究人员创造出超低温下将热能转化为电能的新型装置
要进行量子计算，量子比特（量子位）必须冷却到毫开尔文范围（接近-273摄氏度）的温度，以减缓原子运动并将噪声降至最低。然而，用于管理这些量子电路的电子器件会产生热量，在如此低的温度下很难去除。因此，大多数当前的技术都必须将量子电路与其电子组件分离，这会导致噪音和低效率，阻碍实验室以外更大量子系统的实现。由Andras Kis领导的EPFL纳米电子与结构实验室（LANES）的研究人员现在已经制造出一种设备，该设备不仅在极低的温度下工作，而且在室温下的效率与当前的技术相当。该成果已发表在《自然·纳米技术》杂志上。LANES博士生Gabriele Pasquale说：“我们是第一个创造出一种与当前技术的转换效率相匹配的设备，但它能在量子系统所需的低磁场和超低温下工作。这项工作确实向前迈出了一步。”该创新器件将石墨烯的优异导电性与硒化铟的半导体特性相结合。它只有几个原子厚，表现得像一个二维物体，这种材料和结构的新颖组合产生了前所未有的性能。该设备利用了能斯特效应：一种复杂的热电现象，当磁场垂直于温度变化的物体时，会产生电压。实验室设备的2D特性允许以电气方式控制该机构的效率。2D结构是在EPFL微纳技术中心和LANES实验室制造的。实验包括使用激光作为热源，使用专门的稀释冰箱达到100毫开尔文，这一温度甚至比外太空还要低。在如此低的温度下将热量转换为电压通常极具挑战性，但新型器件及其对能斯特效应的利用使这成为可能，填补了量子技术的一个关键空白。“如果你把笔记本电脑放在寒冷的办公室里，笔记本电脑在工作时仍然会发热，导致房间的温度也会升高。在量子计算系统中，目前没有任何机制可以防止这种热量干扰量子位。我们的设备可以提供这种必要的冷却，”Pasquale说。Pasquale是一名受过训练的物理学家，他强调这项研究意义重大，因为它揭示了低温下的热电能转换这是一种迄今为止尚未探索的现象。考虑到高转换效率和潜在可制造电子元件的使用，LANES团队还认为他们的设备已经可以集成到现有的低温量子电路中。Pasquale说：“这些发现代表了纳米技术的重大进步，有望开发出对毫开尔文温度下的量子计算至关重要的先进冷却技术。”。“我们相信，这一成就将彻底改变未来技术的冷却系统。” ...
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