Квантовые компьютеры, сверхточные сенсоры и защищённые сети связи — всё это уже не фантастика. Но чтобы такие технологии работали, их нужно охлаждать почти до абсолютного нуля. Сейчас для этого используют крайне редкий и дорогой изотоп гелий-3. Китайские учёные нашли способ обойтись без него. Они создали сплав, который самостоятельно охлаждает систему до 106 милликельвинов — температуры, при которой уже можно запускать квантовые процессы.
Как работает новый материал
Традиционные криогенные установки — это сложные и громоздкие разбавительные холодильники на смеси гелия-3 и гелия-4. Гелий-3 — побочный продукт ядерных реакторов, его катастрофически мало, а цена зашкаливает. Китайская команда из Института физических наук Хэфэя Китайской академии наук и Шанхайского университета Цзяо Тун разработала твёрдотельный охладитель на основе сплава EuCo₂Al₉ (европий-кобальт-алюминий).
Принцип — адиабатическое размагничивание. В сильном магнитном поле магнитные моменты атомов выстраиваются, выделяя тепло. Затем поле убирают, моменты хаотично разворачиваются и поглощают тепло из окружающей среды, резко понижая температуру. Раньше такие материалы плохо проводили тепло наружу и были неэффективны. Новый сплав сочетает отличные магнитные свойства с высокой теплопроводностью, превращаясь в компактный, лёгкий и надёжный модуль без движущихся частей.
Почему это важно для будущего
Новый материал решает сразу несколько проблем. Он полностью избавляет от зависимости от дефицитного гелия-3, снижает стоимость и размеры криогенных систем, упрощает производство и делает квантовые технологии более доступными. В лаборатории сплав уже показал себя стабильным и эффективным.
Применение может быть самым широким: от компактных квантовых процессоров на спутниках и космических кораблях до военных защищённых сетей связи и портативных медицинских сканеров. Технология особенно кстати сейчас — всего через две недели после публикации исследования в журнале Nature американское агентство DARPA объявило срочный конкурс на создание модульных криогенных систем без гелия-3.
