Valtion tutkimuskeskus VTT kehittää sähkövirtaan perustuvaa jäähdytysmenetelmää, joka mahdollistaa kvanttitietokoneiden koon merkittävän pienenemisen. Uusi teknologia pienentää tulevien koneiden jäähdytysjärjestelmien kokoa, tehonkulutusta ja hintaa.

Tulevaisuuden tehokkaimmat elektroniikan, fotoniikan ja kvanttiteknologian komponentit edellyttävät kryogeniikan eli kylmäfysiikan soveltamista, sillä ne toimivat ainoastaan hyvin matalissa lämpötiloissa. Esimerkiksi suprajohtavista piireistä rakennettu kvanttitietokone tulee jäähdyttää lähelle absoluuttista nollapistettä (-273.15 ℃).

Vaikka nämä jäähdyttimet ovat nykyään jo kaupallista teknologiaa, ne ovat edelleen erittäin kalliita ja suurikokoisia. Jäähdytinteknologian tekee monimutkaiseksi erityisesti sen kylmin aste, jossa pumpataan heliumin isotooppien seosta.

Tulevaisuudessa VTT:n sähköinen jäähdytysteknologia voi tulevaisuudessa korvata juuri tämän osan. Näin järjestelmästä saataisiin huomattavasti yksinkertaisempi, pienempi, tehokkaampi ja edullisempi. Nykyinen henkilöauton kokoinen jäähdytin, jolla jäähdytetään noin neliösenttimetrin kokoista piisirua, voitaisiin kutistaa kertaluokilla vaikka matkalaukun kokoiseksi.

“Uskomme, että tätä puhtaasti sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan hyödyntää lukuisissa kryogeniikkaa tarvitsevissa sovelluksissa kvanttilaskennasta herkkiin säteilyn ilmaisimiin ja avaruusteknologiaan”, sanoo jäähdyttimen kehitystyötä vetävä VTT:n tutkimusprofessori Mika Prunnila.

VTT:n tutkijat ovat vahvistaneet jäähdytysmenetelmän toimivuuden kokeellisin menetelmin. Nyt menetelmää jalostetaan kaupalliseksi demonstraattoriksi SoCool-hankkeessa, joka saa rahoitusta EU:n EIC-Transition -ohjelman kautta. Jäähdyttimien teknologian tutkimusta jatketaan Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittamassa CoRE-Cryo-hankkeessa.

Sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan käyttää komponenttien aktiiviseen jäähdytykseen suoraan piisirulla tai suuren mittakaavan jäähdyttimissä. Kyseessä on alustateknologia, joka sopii lukuisiin sovelluksiin ja luo mahdollisuuksia uudelle liiketoiminnalle.

Uudenlaisen jäähdyttimen aktiivinen osa valmistetaan mikroelektroniikan valmistusmenetelmillä piikiekoille, mikä tekee valmistuksesta erittäin kustannustehokasta.

”Tekemällä jäähdytysjärjestelmä helppokäyttöisemmäksi ja edullisemmaksi voidaan merkittävästi laajentaa uusien kryoavusteisien teknologioiden käyttökohteita. Näemme, että sähköisellä jäähdytysteknologiallamme voi olla erittäin tärkeä rooli tässä kehityksessä”, Mika Prunnila toteaa.

Kryogeniikka on noussut entistä suuremman mielenkiinnon kohteeksi kvanttitietokoneiden kehittämisbuumissa. Uusinta kvanttiteknologian kehitettyjä järjestelmiä voidaan käyttää myös erilaisissa antureissa, avaruusteknologiassa ja mahdollisesti myös klassisessa laskennassa.

Aloituskuva: VTT:n sähköisiä jäähdyttimiä piikiekolla. Kuva: VTT.