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| Pat Gumann, miembro de la plantilla de IBM Research y responsable técnico de Goldeneye, ajusta el fondo de la "supernevera", un refrigerador de dilución más grande que cualquiera de los disponibles en el mercado actualmente. (Crédito: Connie Zhou para IBM). |
Estudiar las energías más frías, lejanas, bajas y altas y las cosas más
pequeñas del universo es difícil. Requiere la construcción de aparatos
totalmente nuevos que superan los límites de la tecnología moderna.
Ahora, IBM ha construido el mayor refrigerador de dilución del mundo -conocido internamente como proyecto Goldeneye- capaz de enfriar las futuras generaciones de experimentos cuánticos. Esta
"supernevera", un refrigerador de dilución más grande que cualquiera de
los disponibles comercialmente en la actualidad, por volumen experimental.
Como se informa en el blog oficial de IBM, "la supernevera contiene 1,7 metros
cúbicos de volumen experimental, lo que significa que puede enfriar un volumen
mayor que el de tres frigoríficos de cocina domésticos a temperaturas más
frías que el espacio exterior, frente a las neveras anteriores, que se sitúan
en el rango de 0,4-0,7 metros cúbicos".
"Estas temperaturas son necesarias para realizar experimentos de física de
última generación y para hacer funcionar potencialmente grandes procesadores
cuánticos".
Durante los experimentos, los científicos lo enfriaron hasta la temperatura de
funcionamiento (~25 mK) y conectaron un procesador cuántico en su interior.
Los refrigeradores de dilución son dispositivos criogénicos experimentales que
utilizan una mezcla de helio-3 (He-3) y helio-4 para enfriar un volumen
espacial hasta el régimen de mili-Kelvin (mK) (He-4).
Los refrigeradores de dilución llevan a cabo este enfriamiento empleando
primero una serie de procedimientos para eliminar el calor de la mezcla de
isótopos de helio y luego utilizando bombas de vacío para hacer circular y
diluir el He-3 en la mezcla de He-3/He-4 hasta alcanzar la temperatura
deseada.
Izquierda: Interior de la supernevera experimental Goldeneye. Derecha:
Equipo Goldeneye de IBM Quantum.
Hasta hace poco, todos los refrigeradores de dilución eran sistemas "húmedos",
que requerían sustancias ya frías como el nitrógeno líquido y otros fluidos
criogénicos para iniciar el enfriamiento.
El proyecto Goldeneye presenta una construcción totalmente nueva del armazón y
el criostato -el componente principal, con forma de barril, responsable de la
refrigeración- para maximizar el volumen experimental al tiempo que se reduce
el ruido y se alcanzan las temperaturas requeridas.
El criostato también tiene un diseño de concha de almeja, que permite que la
cámara de vacío exterior se abra horizontalmente y elimina la necesidad de
retirar toda la concha externa para llegar a los componentes interiores.
Una grúa de brazo especialmente diseñada dentro del sistema podría permitir
algún día que una sola persona maneje el refrigerador. Además, se puede
supervisar a distancia con la ayuda de una plataforma de visualización de
código abierto.
En el interior del criostato se pueden instalar cinco unidades "normales" en
la parte superior y cinco "invertidas" en la inferior, como diez placas
internas para fijar componentes en sus mitades superior e inferior. Además,
puede alojar hasta seis unidades separadas de refrigeración por dilución, lo
que permite capacidades de enfriamiento de más de 24 W a 4 K y de hasta 10
mW a 100 mK de temperatura. Por último, el peso del sistema, de 6,7
toneladas métricas, reduce la necesidad de utilizar métodos de amortiguación
adicionales, ya que ayuda a amortiguar las vibraciones.
Los científicos señalaron que "lo más importante es que funciona". Después
de sólo tres años desde el inicio del proyecto hasta nuestro reciente hito
de 25 mK, realizamos un último ejercicio de caracterización: pusimos un chip
qubit dentro".
"Pudimos reproducir tiempos de coherencia de unos 450 microsegundos,
similares a los medidos en otros sistemas comerciales de refrigeración por
dilución. No observamos una disminución del rendimiento del qubit a pesar
del diferente entorno interno y del volumen experimental mucho mayor."
A pesar de ser el más grande, el superfrigorífico requiere menos espacio que
los actuales frigoríficos de dilución a gran escala.
Goldeneye se trasladará pronto al Centro de Computación Cuántica de IBM en
Poughkeepsie (Nueva York), donde el equipo explorará sistemas criogénicos a
gran escala para desarrollar las necesidades de refrigeración de los centros
de datos cuánticos del futuro, como la plataforma Blues Kide que se está
desarrollando para su uso con el IBM Quantum System Two.
Fuente:
IBM