מחשוב קוונטי מייצג שינוי מהותי כיצד אנו מעבדים מידע.על ידי רתום עקרונות מכניקת הקוונטים, מערכות הידועות כמחשבים קוונטיים מבצעים חישובים כי הם בלתי-מעוררים עבור מכונות קלאסיות, פוטנציאל לפתוח את הדלת לפריצות דרך בקריפטוגרפיה, חומרים מדע, גילוי סמים ואינטליגנציה מלאכותית.אבל הדרך מתיאוריה ועד לחומרים מעשיים, בקנה מידה גדול של חומרת הקוונטים מסוללה לאתגרים הנדסיים פנימיים בקרבם, היא מהירה מאוד, אפילו על בסיס של מערכות בקרה קוונטיות, ואפקטיביות, הן יכולות למדוד את התהליכים הקליניים אלה, ואפילו על בסיס-ה של מערכות בקרה קוונטיות, הן יכולות להיות מדויקות, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה, באופן מיידיות, והן על גבי אמצעי זהירות, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה, באופן מיידיות, והן על גבי חומרת, באופן מיידיות, באופן מיידיות, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה, והן על גבי אמצעי זהירות, באופן מיידיות, והן על גבי אמצעי זהירות, והן על גבי אמצעי זהירות, באופן מיידיות, והן על גבי אמצעי זהירות, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה, באופן מיידיות, הן יכולות למדוד את התהליכים של מערכות בקרה,

החשיבות המרכזית של ניהול התרמומלי במחשוב הקוונטי

בניגוד למחשבים הקלאסיים, הפועלים בטמפרטורת החדר ופסולת חום דרך אוהדים ושקועים חום, מחשבים קוונטיים דורשים קר קיצוני.הסיבה טמונה בטבע של qubits. רוב ה-qubitalities - מוליכים qubitmon transmon, ספינים זעירים, ו- sconscontconto de la טמפרטורות מוחלטות (pxily plent plente ple) או 0a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-a-t נשמרים כדי להשיג כמות של 0-ab-a-ab-abt) באופן יעיל של רזולוציה של מצב של 0.

זמן קוהרנטיות הוא כמות הזמן ש-qubit יכול לשמור על המידע הקוונטי שלו.זהו מדד מפתח הקובע את המספר ואת עומק הפעילות המעגל הקוונטי יכול להופיע.תנודות הירומטריות מגבילות ישירות את זמני ההנעה.כפי שמחשבים קוונטיים בקנה מידה למאות או אלפי של qubits, כמות החום שנוצר על ידי בקרת אלקטרוניקה, מעגלים קריאה, וחיבורים ללא יעילות תפקוד תרמילאה, אם כי הוא לא רק שבבים יעיל.

אתגרים מרכזיים ב- Quantum Hardware

הפחתה חמה בטמפרטורות Cryogenic

חום נוצר גם על ידי ה-qubits עצמם (באמצעות מנגנונים כגון Joule חימום בקווי בקרה) ועל ידי האלקטרוניקה שמסביב. במקרר דילול, כוח הקירור בטמפרטורות מילימטרים מוגבל מאוד - לעתים קרובות נמדד במיקרו-וואטס. זה אומר שכל מיקרו-ג'ול של חום חייב להיות מנוהל בקפידה. הסרת חום מסביבה זעקה הוא קשה יותר מאשר בחדר בגלל פיזור תרמי של חומרים קלים של אלקטרו-ידי נפח של חום יעיל של פחות מ-ק, כדי להפחית את נפח של חום של חום של חום, כמו גם מ-אווירה של פחות מתאים חום יעיל של פחות יעיל של חום.

שמירה על גמישות-Low טמפרטורה יציבות

מערכות קירור Cryogenic, כגון מקררים דילוליים, יכולות להשיג טמפרטורות בסיס נמוכות כמו כמה מיליקלווין. עם זאת, שמירה על יציבות הטמפרטורה לאורך תקופות ארוכות - ימים או שבועות של חישוב - הוא מאתגר.כל מחזור תרמי, כגון פתיחת המקרר להחליף שבב, יכול לקחת כמה ימים כדי לשחזר את טמפרטורת הבסיס.בנוסף, פעימות תקופתיות של בקרה או מעגלים יכול לגרום לטמפרטורות זמניות, כגון הפחתת דיוק, כדי להבטיח דיוקים אמינים יותר, או ניקוי מדויק יותר.

תכונות ו-Thermal Conductivity

החומרים המשמשים באריזה מעבד קוונטית - מקיפים, דיאלקטריים, סרטים מורכבים, וקשרים - לעתים קרובות יש מוליכות תרמית ירודה בטמפרטורות נמוכות. לדוגמה, סיליקון (מצע נפוץ עבור ספין qubits) יש מוליכות תרמית כי טיפות באופן דרסטי מתחת 1 KV חומרים נפוצים אחרים, כגון sapphire או High-resistivity סיליקון, יש התנהגות תרמית נמוכה בטמפרטורות תרמיות ביעילות כדי פיזור בקבוק זה, כולל טמפרטורות חום.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

רטטים מכניים של משאבות, דחוסים, ומקררים ב-pock יכולים להציג תנועות על סדר של מיקרומטר או ננומטרים ברמת השבבים של qubit. הרטטים האלה עד ל-qubits דרך עקירה פיזית, המאמת את השדות המגנטיים או הפוטנציאלים האלקטרוסטטיים הדרושים למבצע qubit.רעש אלקטרומגנטי משליטה היא דאגה נוספת: קנונית בוכה חייבת להיות בזהירות ומוקפת למנוע מפסת מתכתבתים ממתכת עדיין ממתכת מהירה, תוך כדי לחץ דם מגנטית, תוך כדי לחץ דם מגנטי, תוך כדי , אך ורקמתק, תוך כדי מטושטשת, בעוד שעדיין מאפשר לכדי לחץ דם מגנטי מספיק, תוך כדי מטושטשת, ומאפשרת, אך ורקמתקומם של מתכתי תיבות של מתכתבתים, בעוד שעדיין מאפשר לכדי לחץ דם מגנטית, בעוד שעדיין מאפשר לכדי לחץ דם מגנטית מהירה, אך ורקמותק.

אסטרטגיות לניהול יעיל

דילול מקררים: סוס העבודה של הקוואנטון

כיום, כמעט כל מעבדי הקוונטים המוליכים על מנת להגיע לטמפרטורות מילימטריות. מקרר דילולן משתמש בתערובת של שתי איזוטופים הליום (He3 ו-He-4) כדי להשיג קירור מתמשך באמצעות תהליך הניקוי (השלב הקר יכול להגיע בערך 10K עם כוחות קירור של מיקרו-וואט.

⁇ ו Cryogenic Packaging

שמירה על חום הרחק מן השבב qubit חשובה בדיוק כמו הסרת החום שהוא מייצר.זה מושג באמצעות בידוד תרמי זהיר.חומרים עם מוליכות תרמית נמוכה מאוד, כגון spel, Kevlar, או במיוחד מרקם פולימרים פולימרים ממוחזרים במיוחד, משמשים עבור תמיכה מכנית חיבורים אלחוטיים וחוטיים בין שלבים אינפרא אדום תאים, אשר נכנס תא ערבוב מייצג קישור תרמי; כדי למזער חום, לעתים קרובות חוטים, הם עשויים מתכת כהה (אוב) אבל חומרים נגד חום, כגון מתחמיים חום (חום) או מתכת חום, אך ורקמות) כגון עיבוד אולטרה-חום (חום) או מתכת חום (חום) או מתכת חום, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם חומרים מתכת חום) או מתכת חום (חום) או מתכת חום) או מתכת חום (חום) או מתכת חום, בדרך כלל) או מתכת חום (חום) או מתכת חום (חום) או מתכתבמטר) או מתכתיבית (חום) או מתכתבצורה חלקית) אבל טיפול תרופתית) אבל טיפול תרופתית חומר מתכת חום, בדרך כלל מתכת חום, כמו גם כן, כגון מתחמיים (חום, כגון מתחמיים) או מתכת חום, בדרך כלל מתכת חום (חום) אבל טיפול תרופתית

שיטות קירור Active Cooling ו- Cryogenic Refrigeration

מעבר לבידוד תרמי פסיבי, קירור פעיל משמש להסרת חום שנוצר על ידי שליטה ואלקטרוניקה לקרוא כי יש להציב קרוב ל qubitivity. Cryogenic נמוך- noise amplifiers (cryo-LNAs) לעתים קרובות על שלבים טמפרטורה בינונית (כ 4 K) כדי להגביר את אותות קריאה חלש ללא הוספת רעש רב מדי.

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כדי להפחית את הרטט, מקררים דילוליים ממוקמים לעתים קרובות על פלטפורמות בידוד פעיל או פסיבית רטט.הבאטוסט כולו עשוי להיות רכוב על ממריצים pneumatic כדי decouple Building רטט.בתוך ה- Cryostat, הקישורים המכניים בין שלבים טמפרטורה נועדו עם אלמנטים לחות או לוכדים מתוחמים יותר.בנוסף, מקררים דו-פראטים, אשר משמשים באופן נרחב עבור 4K, יכולים להיות מכווני חום לעתים קרובות.

חומרים מתקדמים לניהול הירומל

חומרים מדע משחק תפקיד חיוני יותר ויותר.יהלום, למשל, יש מוליכות תרמית גבוהה במיוחד בטמפרטורת החדר ועדיין מבצע היטב בטמפרטורות Cryogenic (2000 W/mK ב-300 K, יורד ל -100 W/mK ב-4K אבל עדיין גבוה בהרבה מרוב חלופות), תנורי חום ניטגנים יכולים להשתלב ישירות מתחת ל-Kbbit כדי להפיץ חום מאוחר יותר לטמפרטורה תרמית.

כיוונים עתידיים בניהול התרמומלי

מחשבי קוונטים: צוואר הבקבוק

המעבדים הקוונטיים של ימינו יש כ-50-100 נקודות על מוליכים על-ידי qubits. כדי להשיג מחשוב קוונטי סובלני, מיליוני חוטי אור פיזיים עשויים להיות נדרשים, כל צורך קירור Cryogenic ושליטה פרטנית wiring. העומס החום מתפתל לבדו יכול לעבור על יכולת של מקררים דמויי-חום קיימים.

Cooling Technologies

  • (FLT:0) ,adiabatic Demagnetization Refrigerators (ADRs) irFLT:1: אלה משתמשים באפקט המגנטי של מלחים ממטריים כדי להגיע לטמפרטורות תת-קלווין.הם יכולים לספק כוח קירור גבוה במחזורים קצרים, פוטנציאל תוספת מקררים דילוליים עבור יישומים ספציפיים.
  • (FLT:0 Magnetic RefrigerationFLT:1): על שבבים המבוססים על אפקט נונסנט או אפקט אתינגסאוזן יכול לספק קירור מקומי של qubits, המאפשר הסרת חום ממוקדת ללא קירור כל Cryostat ל- מיליליטר.
  • (FLT:0) Liquid Helium Bath CoolingFLT:1 ; עבור מערכות ion לכוד, אשר פועל בטמפרטורות Cryogenic בינוני (4-77 K), אמבטיות נוזליות משמשים.מערכות ion לכודות בעתיד עשוי ליהנות מעיצוב Cryogenic משופר כדי להפחית את קרינת גוף שחור כי מחמם את השדים.
  • (FLT:0) Thermal Switches ו- Heat DiodesoverLT:1) : מכשירים שיכולים להפוך התנהגות תרמית על גבי ובחוץ, או זרימת חום ישירה בכיוון אחד, יכולים לנהל באופן דינמי עומסי חום במהלך פעולות קוונטיות (למשל, קירור פעיל לאחר רצף גבוה של כוח).

שילוב עם מערכות קלאסיות

מחשבים קוונטיים לעולם לא יהיו עומדים; הם חייבים להשתלב עם מערכות בקרה קלאסיות וקריאה שפועלות בטמפרטורת החדר.הקשרים בין אזורי טמפרטורה אלה - קטורות, דלות, וכבלים נמוכים-שלמה-שליש-שליש-המכונה ריכוז הנדסי גדול, כולל שימוש בכבלים סטנדרטיים גמישים המבוצעים על ידי חנקן על ידי כרידינים דקים, אשר יכולים לשאת אותות רבים תוך כדי ביצוע אינטגרציה מינימלית סטנדרטית מתאימה ל-ידי מחסנים סטנדרטית, אשר ניתן להשתמש ב-ידי מחסנים סטנדרטית של מחסנים סטנדרטיים, כולל שבבים, אשר ניתן להשתמש ב- 3D2, אשר מאפשר מחסנים סטנדרטיים, אשר ניתן להשתמש ב-מדומים, באופן ישיר, כולל מחסנים סטנדרטיים, כולל מחסנים סטנדרטיים, אשר ניתן להשתמש ב-מדומים, אשר מופעלים, באופן ישיר, כאשר הם יכולים להשתמש ב-מדומים, באופן ישיר, באופן ישיר, אשר מופעלים, אשר מאפשר מחסנים סטנדרטיים, באופן ישיר, כולל שבבים, כולל מחסנים סטנדרטיים, אשר מופעלים סטנדרטיים, אשר מופעלים, כולל מחסנים סטנדרטיים, כולל מחסנים סטנדרטיים, כולל שבבים בודדים, אשר

חומרים מדע ומטרופולין

החיפוש אחר חומרים עם תכונות תרמיות טובות יותר בטמפרטורות מילימטרווין הוא מתמשך. חוקרים מדידת מוליכות תרמית של חומרים חדשים 2D, אינסולטורים טופולוגיים, ומוליכים סופר-מוליכים במשטר הבכי עמוק.בנוסף, מטרופולין משופר הוא הכרחי כדי לאמת מודלים.טכניקה טובה יותר כמו סריקת מיקרוסקופיות תרמיות (SM) בטמפרטורות נמוכות, רגישות ומדמוסממות על בסיס רעש על בסיס ג'ונסון או קצה חום נמוך, הם יעזרו ממשקים (כלומר, כמו שבבים) בין שבבים נמוכים, כלומר, לעומת זאת, מוליכים למחצה).

מסקנה

ניהול קוונטי אינו דאגה היקפית במיחשוב הקוונטי - הוא דרישה בסיסית הקובעת האם מעבד הקוונטי יכול להשיג את זמני ההנעה הדרושים ל חישוב משמעותי.מ מקררים דילול ורטט למהנדסים חדשניים של מוליכים על גבי עמודים ומפיצים חום עדינים, השדה מתקדם במהירות, כמו גודלם של מחשבים קוונטיים גדל, אתגרים תרמיים אמריקאיים יהפכו לפעילים קוונטיים יותר כמו מרכזי חנקן (Creditvto-upto-F) של חומרים מלמטה-to-to-upicial) ו-to-upto-cookogenic, כמו מרכזי, כמו מרכזי, כמו מרכזי מטבוליזם של מטבוליזם של מטבוליזם של מטבוליזם של מטבוליזם של מטבוליזם של חנקן (מרכזי-cookogenic) ו-cookemicial).