Китай прорывает квантовый лед: открыта альтернатива дефицитному гелию-3. Источник: AI
Китайские исследователи, похоже, нашли способ обойти одно из самых дорогих препятствий на пути к квантовому будущему. Речь идет о критической зависимости от гелия-3 — редчайшего изотопа, цена которого заставляет финансовых директоров технологических компаний нервно вздрагивать. Как сообщает South China Morning Post, ученые разработали твердотельный охлаждающий модуль на основе редкоземельного сплава, достигающего температур, близких к абсолютному нулю, без капли дефицитного газа.
Конец гелиевой монополии
Для работы квантовых процессоров или сверхчувствительных сенсоров требуется экстремальный холод — около -273 °C. Традиционно это достигается с помощью рефрижераторов растворения, использующих смесь гелия-4 и гелия-3. Проблема в том, что гелий-3 не извлекают из земли в промышленных масштабах: это побочный продукт распада трития, который используется в ядерном оружии. Его мало, он дорог, а логистика поставок часто напоминает шпионский триллер.
Китайская разработка базируется на соединении европия, кобальта и алюминия (EuCo2Al9). Этот сплав использует принцип адиабатического размагничивания (ADR). Если максимально упростить: материал намагничивают, он выделяет отводимое тепло, а затем размагничивают — и он резко охлаждается. Ранее этот метод считался вспомогательным, но новый состав металлов делает его полноценной альтернативой газовым системам.
Металлический рецепт против физических ограничений
Метод ADR известен давно, но раньше он имел существенный недостаток. Использовавшиеся материалы (обычно парамагнитные соли) имели ужасную теплопроводность. Они отлично охлаждали сами себя, но практически не могли передать этот холод другим компонентам, к примеру, тому же квантовому чипу. Это как иметь холодильник, который внутри ледяной, но его полки сделаны из толстого пенопласта – продукты все равно останутся тёплыми.
Сплав EuCo2Al9 изменяет правила игры. Являясь металлическим соединением, он обладает высокой теплопроводностью на уровне обычных металлов. Исследователи из Китайской академии наук утверждают, что их модуль не просто становится холодным, а эффективно извлекает тепло из подключенных к нему элементов. Это позволяет создавать компактные охлаждающие системы без подвижных частей, насосов и сложной системы трубок для газов.
Где это понадобится
Применение такой технологии выходит за рамки лабораторий. Компактность и отсутствие вибраций (потому что нет компрессоров) делают этот метод привлекательным для нескольких критических сфер:
- Военная электроника: быстрое охлаждение инфракрасных сенсоров и систем наведения.
- Космические аппараты: где каждый килограмм веса и литр объема веса золота, а обслуживание газовых систем невозможно.
- Квантовые вычисления: возможность строить более компактные криостаты без привязки к поставщикам гелия.
Хотя о массовом производстве говорить еще рано, сам факт создания рабочего прототипа, не требующего гелия-3, является серьезным вызовом для рынка сверхнизких температур. Если китайцам удастся масштабировать производство EuCo2Al9, порог входа в «квантовую гонку» может существенно снизиться для многих лабораторий мира.
Пока одни ученые трудятся над экстремальным холодом будущего, другие занимаются модернизацией энергетических мощностей прошлого. К примеру, в США недавно запустили первую за 70 лет линию очистки урана, которая должна обеспечить топливом новые поколения реакторов.