Найдена альтернатива гелию-3 для квантового охлаждения

Для функционирования квантовых процессоров и высокочувствительных сенсоров необходимы экстремально низкие температуры — порядка -273 °C. Обычно такие условия обеспечиваются с помощью рефрижераторов растворения, в которых используется смесь гелия-4 и гелия-3. Основная сложность заключается в том, что гелий-3 практически не добывается в промышленности: он образуется как побочный продукт распада трития, применяемого в ядерной сфере. В результате этот ресурс остается дефицитным, дорогим, а его поставки нередко сопровождаются сложной и непрозрачной логистикой.

Разработка китайских специалистов основана на соединении европия, кобальта и алюминия (EuCo₂Al₉). В ее основе лежит принцип адиабатического размагничивания (ADR). Если описать упрощенно, материал сначала намагничивают, при этом он выделяет тепло, которое затем отводится, после чего происходит размагничивание — и вещество резко охлаждается. Ранее этот подход считался лишь вспомогательным, однако новый состав позволяет рассматривать его как полноценную альтернативу газовым системам охлаждения.

Метод ADR известен уже давно, но ранее он сталкивался с серьезным ограничением. Используемые материалы, как правило парамагнитные соли, обладали крайне низкой теплопроводностью. Они эффективно охлаждали сами себя, но практически не передавали холод внешним элементам, например квантовым чипам. Это можно сравнить с холодильником, внутри которого холодно, но его внутренние поверхности плохо проводят тепло — продукты в нем все равно остаются теплыми.

Сплав EuCo₂Al₉ меняет ситуацию. Поскольку он является металлическим соединением, его теплопроводность сопоставима с обычными металлами. По заявлению исследователей из Китайской академии наук, такой модуль не просто охлаждается, а активно отводит тепло от подключенных компонентов. Это открывает возможность создания компактных систем охлаждения без движущихся частей, насосов и сложных трубопроводов для циркуляции газов.

Потенциал технологии выходит далеко за пределы научных лабораторий. Благодаря компактности и отсутствию вибраций (ввиду отсутствия компрессоров), она может быть востребована в ряде ключевых направлений.