（文章來源：科技報告與資訊）
芬蘭VTT的研究人員成功地展示了一種新的電子制冷技術(shù)，該技術(shù)可以使量子計算機(jī)的發(fā)展取得重大飛躍。當(dāng)前的量子計算機(jī)需要基于氦的同位素混合物的極其復(fù)雜并且大型的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。新的電子冷卻技術(shù)可以替代這些低溫液體混合物，并使量子計算機(jī)小型化。

在這種純電的制冷方法中，冷卻和熱隔離可通過結(jié)點之類的相同點有效運行。在實驗中，研究人員將硅片懸吊在這種結(jié)點上，并通過一個結(jié)點將電流從一個結(jié)點饋送到另一個結(jié)點，從而對物體進(jìn)行冷凍。電流使硅物體的熱力學(xué)溫度與周圍環(huán)境相比降低了40％。這可以導(dǎo)致未來量子計算機(jī)的小型化，因為它可以大大簡化所需的冷卻基礎(chǔ)架構(gòu)。該發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在《Science Advances》上。

芬蘭VTT技術(shù)研究中心的研究教授Mika Prunnila說：“我們希望這種新發(fā)現(xiàn)的電子冷卻方法可用于從量子計算機(jī)小型化到安全領(lǐng)域超靈敏輻射傳感器的多種應(yīng)用。”

一些敏感的電子和光學(xué)設(shè)備需要低溫操作。一個重要的例子是由超導(dǎo)電路構(gòu)建的量子計算機(jī)，它需要的制冷溫度接近熱力學(xué)溫度的絕對零值（-273.15攝氏度）。

如今，超導(dǎo)量子計算機(jī)通過所謂的稀釋制冷機(jī)進(jìn)行冷卻，該制冷機(jī)是基于泵送低溫液體的多級冷卻器。該冰箱的復(fù)雜性來自最冷的階段，其運行是基于泵送不同同位素的氦氣的混合物。盡管現(xiàn)代稀釋制冷是商業(yè)化的技術(shù)，但它們?nèi)匀皇谴笮?、昂貴的科學(xué)儀器。VTT研究人員開發(fā)的電子冷卻技術(shù)可以代替最復(fù)雜的最冷零件，從而大大降低復(fù)雜性、成本和尺寸。

“已證明的冷卻效果可用于主動冷卻硅芯片或大型冰箱中的量子電路。不用說，我們對這種新型電制冷的發(fā)展懷著極大的興趣，”Bluefors公司首席銷售官David Gunnarsson說道。 Bluefors Oy是面向量子系統(tǒng)和計算機(jī)的制冷解決方案的領(lǐng)先公司。

該研究小組正在尋找一種有效且實用的方法，以通過電流將熱量從一個地方驅(qū)動到另一個地方。固態(tài)結(jié)將提供最有效的解決方案，其中最熱的電子會爬過短的原子級勢壘。這種方法的挑戰(zhàn)在于，熱量不僅由電子傳遞，而且由原子晶格振動的量子（所謂的聲子）傳遞，也傳遞了大量的熱量。在冷熱之間傳播的聲子非常有效地消除了溫差，尤其是在短距離內(nèi)。

似乎最有效的電子冷卻方法總是導(dǎo)致最壞的聲子熱泄漏，因此，在整體冷卻方面沒有結(jié)果。 VTT研究小組假設(shè)，這個看似基本的問題可能存在一個簡單的解決方案：某些物質(zhì)結(jié)可以阻止聲子的傳播，而熱電子則可以通過。

該團(tuán)隊通過使用半導(dǎo)體-超導(dǎo)體結(jié)對硅芯片進(jìn)行制冷來證明了這種效果。在這些結(jié)中，超導(dǎo)體中的禁止電子態(tài)形成一個勢壘，來自半導(dǎo)體的電子必須爬過勢壘才能驅(qū)散熱量。同時，結(jié)本身有效地散射或阻擋了聲子，以至于電子電流會在結(jié)上引入明顯的溫差。
（責(zé)任編輯：fqj）