得益于突破性的冰箱设计，量子计算现在可以更快地达到绝对零

研究人员使用比现有方法更有效的方法，承诺只需花费一小部分成本和时间即可实现世界上最冷的温度。

突破性的冷却技术可以帮助振兴量子计算，并将关键科学实验中昂贵的准备时间缩短数周。

科学家经常需要产生接近绝对零的温度，以用于量子计算和天文学等用途。这种温度被称为“大寒”，可以使最敏感的电气仪器免受干扰，例如温度变化。然而，用于达到这些温度的冰箱极其昂贵且效率低下。 

然而，美国政府机构国家标准与技术研究所 (NIST) 的科学家们已经制造出了一种新型冰箱原型，他们声称这种冰箱可以更快、更高效地实现“大寒”。

研究人员于 4 月 23 日在《自然通讯》杂志上发表了他们新机器的详细信息。他们声称使用它每年可以节省 2700 万瓦电力，并减少全球能源消耗 3000 万美元。

新型冰箱

根据Live Science，传统家用冰箱的工作原理是通过蒸发和冷凝过程。制冷剂液体被推动通过称为“蒸发器盘管”的特殊低压管道。 

当它蒸发时，它会吸收热量以冷却冰箱内部，然后通过压缩机将其变回液体，当它通过冰箱背面辐射时，其温度会升高。

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为了达到所需的温度，科学家们使用脉冲管制冷机 (PTR) 已有 40 多年的历史。 PTR 在类似的过程中使用氦气，但吸热效果要好得多，并且没有移动部件。 

虽然有效，但它会消耗大量能源，运行成本昂贵，并且需要很长时间。然而，NIST 研究人员还发现 PTR 效率低下，没有必要，可以对其进行大幅改进，以减少冷却时间并降低总体成本。

在这项研究中，科学家们表示，PTR“效率严重低下”，例如“仅在其基本温度（通常接近 4 开尔文）”下对其性能进行优化。他们补充说，这意味着在冷却时，PTR 的运行效率非常低。

研究小组发现，通过调整压缩机和制冷机之间的 PTR 设计，可以更有效地利用氦气。在冷却时，其中一些通常会被推入安全阀，而不是按预期推入回路。 

以一小部分成本进行量子计算

他们提出的重新设计包括一个随着温度下降而收缩的阀门，以防止任何氦气以这种方式浪费。科学家在论文中表示，NIST 团队改进后的 PTR 实现了 Big Chill，速度提高了 1.7 至 3.5 倍。

研究人员写道：“在规模较小的量子电路原型实验中，冷却时间目前与表征时间相当，动态声学优化可以大幅提高测量吞吐量。”

研究人员在他们的研究中表示，新方法可以使低温地下罕见事件观测站（CUORE）的实验时间至少缩短一周，该设施位于意大利，用于寻找罕见事件，例如目前理论形式的放射性衰变。为了从这些设施中获得准确的结果，必须实现尽可能小的背景噪音。

量子计算机需要类似的隔离级别。他们使用量子位或量子位。传统计算机以位存储信息，并用 1 或 0 的值对数据进行编码，并按顺序执行计算，但由于量子力学定律，量子位占据 1 和 0 的叠加，并且可以用于并行处理计算。然而，量子位非常敏感，需要尽可能多地与背景噪声隔离——包括热能的微小波动。 

研究人员表示，理论上可以在不久的将来实现更高效的冷却方法，这可能会导致量子计算领域更快的创新。 

该团队还表示，他们的技术可以同时用于以低得多的成本实现极冷的温度，这可能有利于低温行业，降低非时间密集型实验和工业应用的成本。科学家们目前正在与工业合作伙伴合作，将改进后的 PTR 商业化。