Nová slitina míří k absolutní nule. Kvantové technologie možná čeká průlom
vytvořeno v Dall-e
Kvantové technologie dostávají šanci zlevnit. Nová superslitina nahrazuje vzácné helium
Závod o extrémně nízké teploty, které vyžadují kvantové technologie, může mít nového lídra. Tým čínských vědců vyvinul slitinu, která se dokáže přiblížit absolutní nule bez použití vzácného izotopu helium-3 – dosud klíčového prvku pro nejvýkonnější chladicí systémy.
šéfredaktor
Kvantové technologie, od počítačů po senzory či komunikační sítě, fungují pouze v prostředí téměř bez tepelného pohybu. Atomy se musí prakticky „zastavit“, což znamená teploty pod jedním kelvinem (−272,15 °C). I minimální tepelná vibrace totiž může narušit stabilitu kvantových systémů.
Problém jménem helium-3
Dnes se těchto extrémních teplot dosahuje především pomocí takzvaných dilučních chladniček, které využívají směs helium-3 a helium-4. Helium-3 je ale extrémně vzácné a drahé, protože vzniká hlavně jako vedlejší produkt v jaderných reaktorech. Jeho omezené zásoby tak představují jednu z hlavních brzd širšího rozvoje kvantových technologií.
Kromě toho jsou tyto chladicí systémy složité, rozměrné a náročné na infrastrukturu. To omezuje jejich využití mimo specializované laboratoře.
Pevná slitina místo složitých systémů
Řešení nyní přichází z Číny. Vědci z několika institucí vyvinuli slitinu EuCo₂Al₉, složenou z europia, kobaltu a hliníku, která využívá princip adiabatic demagnetization refrigeration (ADR). Při tomto procesu materiál nejprve uvolňuje teplo v magnetickém poli a následně po jeho odstranění teplo absorbuje, čímž výrazně snižuje svou teplotu.
Klíčová inovace spočívá v tom, že nová slitina nejen chladí sama sebe, ale dokáže efektivně přenášet chlad i do okolí. Právě nedostatečná tepelná vodivost byla dosud slabinou podobných materiálů.
V laboratorních testech dosáhl materiál teploty kolem 106 milikelvinů, tedy hodnoty srovnatelné s tradičními systémy založenými na helium-3.
Menší, levnější, dostupnější
Nový přístup otevírá cestu ke kompaktním, pevnostním chladicím modulům bez pohyblivých částí. Takové řešení by mohlo výrazně zmenšit nároky na prostor i náklady a odstranit závislost na omezených zásobách helium-3.
To by mohlo urychlit nasazení kvantových technologií mimo laboratoře — od modulárních systémů přes obranné aplikace až po kosmické technologie. Menší chladicí zařízení by například umožnila instalovat kvantové procesory přímo na vesmírné mise nebo integrovat zabezpečené kvantové sítě do existující infrastruktury.
Vývoj přichází v době, kdy roste tlak na nové přístupy. Studie byla publikována v časopise Nature krátce poté, co americká agentura DARPA vyzvala k vývoji chladicích systémů bez helium-3. Nová slitina tak může být jedním z prvních kroků k technologii, která dosud narážela na své fyzikální i materiálové limity.
