Kühlt auf 10 mK: IBM zeigt modularen Kühlschrank für Quantencomputer
IBM setzt für seine Quantencomputer auf supraleitende Qubits, die auf extrem tiefe Temperaturen gekühlt werden müssen. Andernfalls können thermische Prozesse die sensiblen Quantenzustände kippen lassen.
Die bislang dafür genutzten Kryostaten sind verhältnismäßig klein, ein Problem für IBMs Fahrplan für praktisch nutzbare Quantencomputer: Die sollen viele einzelne Quantenprozessoren zu einem großen System vernetzen. Dafür müssen sie aber näher zusammenkommen.
Um das zu erreichen, hat IBM ein modulares Kühlsystem entwickelt(öffnet im neuen Fenster). Vom Prinzip her ähnelt es dem Konzept des Computer-Racks: Wenn eines der Regale zu klein ist, wird einfach ein zweites danebengestellt.
Einfachere Vernetzung möglich
Bei Quantencomputern ist allerdings alles ein wenig komplizierter. Hier sind die Racks große Aluminiumschränke mit hermetisch schließenden Türen. Die Türen können einzeln abgenommen werden, um zwei Schränke miteinander zu verschrauben.
Dann lassen sich Kabel direkt zwischen in den einzelnen Schränken installierten Einbauten ziehen. So sollen von verschiedenen Mischungskryostaten(öffnet im neuen Fenster) gekühlte Chips breitbandig und vor allem interferenzarm verbunden werden.
Gegenüber dem Design klassischer Kühlkammern vereinfacht dies laut IBM die Vernetzung deutlich. Im Vergleich zu zylindrischen Kryostaten lasse sich zudem der Raum besser nutzen.
Verbunden und doch getrennt
Jeder der einzelnen als Zellen bezeichneten Schränke besteht aus einer Vakuumkammer mit eigenem Kühlsystem. Die einzelnen Zellen sollen gegeneinander isoliert sein, die Isolierung ist allerdings auf den gezeigten Bildern nicht zu sehen.
Praktisch handelt es sich bei dem System um eine Erweiterung des ebenfalls bereits teilweise modularen Quantum System Two(öffnet im neuen Fenster) von IBM. Das neue Design soll jedoch für mehrere künftige Generationen von Quantencomputern genutzt werden. Die erste soll 2027 über mindestens 1.000 Qubits verfügen, für 2029 ist der erste fehlertolerante Quantencomputer unter dem Namen Quantum Starling geplant.
Interessant ist noch ein Blick auf die technischen Daten(öffnet im neuen Fenster) der Kühlzellen: Jede wiegt drei Tonnen, Vakuum- und Kühltechnik haben eine Leistungsaufnahme von 30 kW. Damit lässt sich eine minimale Temperatur von 10 mK erreichen, ein hunderstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.
Die praktisch erreichbare Temperatur hängt allerdings von der thermischen Last ab. Bei einer abzuführenden Leistung von 32 μW kann der Mischungskryostat 20 mK halten.