A világegyetem leghidegebb, legtávolabbi, legalacsonyabb és legmagasabb energiájú, valamint legkisebb dolgainak tanulmányozása nehéz feladat. Ehhez teljesen új, a modern technológia határait feszegető készülékeket kell építeni. Most az IBM - a Goldeneye projekt keretében -, megépítette a világ legnagyobb dilúciós hűtőszekrényét amely képes kiszolgálni a jövőbeli kvantumkísérletek hűtési igényét. Ez a dilúciós szuperhűtő nagyobb, mint bármely ma kereskedelmi forgalomban kapható hűtőszekrény.
Amint arról az IBM hivatalos blogja beszámolt a szuperhűtőnek 1,7 köbméternyi a kísérleti térfogata, ami azt jelenti, hogy három otthoni konyhai hűtőszekrénynél nagyobb térfogatot képes a világűrnél hidegebbre hűteni, szemben a korábbi hűtőszekrényekkel, amelyek 0,4-0,7 köbméteres nagyságúak voltak - írja a Tech Explorist.
"Ezek a hőmérsékletek a legmodernebb fizikai kísérletek elvégzéséhez és potenciálisan nagy kvantumprocesszorok működtetéséhez szükségesek" - írta az IBM blogja. A kísérletek során a tudósok már le is hűtötték a berendezés belső terét az üzemi hőmérsékletére (~25 mK), és benne egy bevezetékelt kvantumprocesszort is.
A dilúciós hűtőgépek olyan kísérleti kriogén eszközök, amelyek hélium-3 (He-3) és hélium-4 keverékét használják a milli-Kelvin (mK) tartományba hűtésére (He-4).
A dilúciós hűtőgépek úgy csökkentik a hőmérsékletet a millikelvines tartományba, hogy először egy sor eljárást alkalmaznak hélium-3 (He-3) és hélium-4 izotópkeverék hőelvonására, majd vákuumszivattyúk segítségével He-3-mal hígítják (dilúció) a He-3/He-4 keveréket, amíg a kívánt hőmérsékletet el nem érik.
A közelmúltig minden dilúciós hűtőgép "nedves" rendszer volt, amely a hűtés megkezdéséhez már hideg anyagokat, például folyékony nitrogént és más kriogén folyadékokat kívánt. A Goldeneye projekt a keret és a kriosztát - a hűtésért felelős fő, hordó alakú alkatrész - teljesen új konstrukcióját alkalmazza a kísérleti térfogat maximalizálása, a zaj csökkentése és a szükséges hőmérséklet elérése érdekében.
A kriosztát kagylóhéj kialakítású, ami lehetővé teszi a külső vákuumkamra kinyitását, és kiküszöböli a teljes külső burkolat eltávolításának szükségességét a belső alkatrészek eléréséhez. A rendszeren belül egy speciálisan kialakított karos daru egy nap akár egyetlen személy számára is lehetővé teheti a hűtőszekrény működtetését. Ráadásul egy nyílt forráskódú vizualizációs platform segítségével távolról is felügyelhető.
A tudósok megjegyezték: "A legfontosabb, hogy működik. A projekt kezdetétől a közelmúltban elért 25 mK mérföldkőig eltelt alig három év után elvégeztünk egy utolsó karakterizációs gyakorlatot: beletettünk egy qubit chipet. Mintegy 450 mikromásodperc körüli koherenciaidőt tudtunk reprodukálni, hasonlót, mint amilyet más kereskedelmi forgalomban kapható dilúciós hűtőrendszereken mértünk. A qubit teljesítményében nem tapasztaltunk csökkenést az eltérő belső környezet és a jóval nagyobb kísérleti térfogat ellenére sem."
Annak ellenére, hogy a szuperhűtő a legnagyobb, kevesebb helyet kíván, mint a mai, nagyméretű dilúciós hűtőszekrények. A Goldeneye hamarosan az IBM Quantum Computation Centerbe költözik a New York állambeli Poughkeepsie-be, ahol a csapat nagyméretű kriogén rendszereket fog vizsgálni a jövő kvantum-adatközpontjainak hűtési igényeinek fejlesztéséhez. Ilyen lesz például az IBM Quantum System Two rendszerrel való használatra még kifejlesztés alatt álló Blues Kide platform.
