Люди создали место холоднее космоса — и оно похоже на холодильник

Кажется, что холоднее космоса ничего быть не может: там, вдали от звёзд, температура опускается всего до нескольких градусов выше абсолютного нуля. Но рекордные температуры учёные получают вовсе не там, а на Земле, в специальных лабораториях. И теперь одна из таких сверххолодных установок выглядит как пара больших кухонных холодильников.

Одно из самых холодных мест во Вселенной теперь — холодильник под Нью-Йорком

Космос холодный, но лаборатории холоднее

Если отлететь подальше от звёзд и планет, температура в космосе падает до пары градусов выше абсолютного нуля. Казалось бы, вот он — предел холода. Но люди научились охлаждать вещество ещё сильнее, чем это происходит в природе.

Дело в том, что при температурах в считаные градусы выше абсолютного нуля вещество начинает вести себя странно и очень интересно. Поэтому учёные на Земле и даже в лаборатории холодного атома на МКС специально охлаждают атомы до температур, каких в природе почти не бывает. Так что каждая такая установка формально попадает в список самых холодных точек Вселенной.

Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max!

Абсолютный ноль — граница, ниже которой нельзя

Чтобы понять, о каком холоде речь, вспомним простую вещь. Температура — это, по сути, мера энергии движения атомов и молекул: чем они активнее движутся, тем теплее. Абсолютный ноль (это −273,15 °C) — та самая точка, где движение почти полностью замирает, потому что запас энергии для этого достигает минимума. Холоднее уже физически некуда.

Самый низкий рукотворный холод получили в 2018 году в немецком Бремене. Тогда в лаборатории учёные опустили температуру до 38 пикокельвинов — это 38 триллионных долей градуса выше абсолютного нуля. Цифра, которую даже сложно представить.

Холодильник от IBM и его рекорд

Криогенная система IBM действительно похожа на пару больших холодильников

А теперь — свежая новость. Компания IBM на своей площадке в Йорктаун-Хайтс под Нью-Йорком показала квантовый холодильник, который умеет охлаждаться ниже 15 милликельвинов. Выглядит он вполне буднично — как два стоящих рядом промышленных рефрижератора, только напичканных высокими технологиями.

Сразу оговоримся: 15 милликельвинов — это в миллионы раз «теплее» бременского рекорда. Но для конкретной задачи такой температуры более чем достаточно. Первые два криогенных модуля этой установки уже собрали и соединили вместе: сначала их меньше чем за пять дней охладили до 4 кельвинов (это температура жидкого гелия), а потом опустили ещё ниже — до тех самых милликельвинов.

Зачем квантовому компьютеру такой холод

Весь этот холод нужен не для хранения продуктов, а для работы квантового компьютера. Квантовые состояния, на которых работает квантовый компьютер, невероятно хрупкие. Любое лишнее тепло — это «шум» и колебания, из-за которых расчёты сбиваются и появляются ошибки.

IBM объединяет свои первые модульные криогенные системы на пути к созданию отказоустойчивых квантовых вычислений

Поэтому чем ниже температура, тем спокойнее и стабильнее ведут себя квантовые детали. Холод здесь — не роскошь, а обязательное условие работы. Он гасит лишнюю энергию и снижает риск того, что система начнёт работать с ошибками.

Дорога к машине, которая исправляет свои ошибки

Всё это — часть большого плана IBM: создать к 2029 году первый в мире отказоустойчивый квантовый компьютер. Проще говоря, машину, которая умеет сама находить и исправлять собственные ошибки прямо во время вычислений.

Зачем это нужно? Чем больше становится квантовый компьютер, тем чаще в нём появляются сбои. И если мы хотим машину, способную решать задачи, недоступные даже самым мощным суперкомпьютерам, без самоисправления не обойтись. Новый холодильник сделали модульным специально для этого — со временем к нему можно будет подключать новые квантовые чипы и наращивать мощность.

Квантовые устройства многие считают следующим большим скачком в вычислениях. Проблем на этом пути пока хватает, но одно уже очевидно: дорога к квантовому компьютеру будущего проходит через невероятный холод — тот самый, который на Земле встречается разве что в лабораториях.