Ученые из КНР нашли замену гелию-3 для охлаждения оборудования до температур близких к абсолютному нулю

Китайские ученые представили инновационный сплав, который может совершить революцию в области квантовых вычислений, позволив отказаться от дорогостоящего и дефицитного гелия-3 в системах охлаждения.

Исследовательская группа, объединившая специалистов Института теоретической физики, Хэфэйского института физических наук Академии наук Китая и Шанхайского университета Цзяо Тун, создала новый редкоземельный материал под названием EuCo2Al9 (ECA), который уже называют самым холодным сплавом в мире.

Разработанный на его основе миниатюрный холодильник, не имеющий движущихся частей, способен достигать температур, крайне близких к абсолютному нулю.

Для стабильной работы квантовых процессоров необходимы экстремально низкие температуры — около 10-15 милликельвинов, и традиционно для этого используются рефрижераторы растворения, работающие на изотопе гелий-3.

Это делает охлаждающие установки огромными, дорогими в производстве и обслуживании: например, стоимость одного из крупнейших в мире рефрижераторов IBM Goldeneye оценивается в несколько миллионов долларов.

Китайские ученые предложили альтернативный метод — адиабатическое размагничивание (ADR), в котором магнитный сплав помещается в низкотемпературную среду, под воздействием магнитного поля его внутренняя структура упорядочивается, выделяя тепло, а затем, после снятия поля и изоляции материала, происходит поглощение тепла, что приводит к еще большему падению температуры.

Новый сплав ECA обладает уникальными свойствами: его теплопроводность схожа с металлической, что позволяет эффективно отводить холод, а достигнутая минимальная температура в 106 милликельвинов стала рекордной для металлических материалов.

По заявлению Академии наук Китая, этот прорыв не только открывает путь к созданию портативных и стабильных источников охлаждения для квантовых чипов, но и предлагает самодостаточную систему для крупных космических проектов, причем разработка, подробно описанная в журнале Nature, знаменует собой «китайское решение», которое кладет конец многолетней зависимости от гелия-3.

Примечательно, что работа была фактически ответом на срочный запрос Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США (DARPA), которое в январе объявило о поиске модульных, не требующих гелия-3 систем охлаждения для квантовых и оборонных технологий будущего, а новый материал пригоден для массового производства, что может иметь значительные геополитические последствия в условиях глобальной гонки за ресурсами, включая поиск залежей гелия-3 на Луне.