Фотонная передача тепла — прорыв в технологиях охлаждения

Команда физиков из Университета Аалто, Финляндия, смогла на практике осуществить транспортировку тепла с помощью фотонов на расстояние в 10 тыс. раз дальше, чем удавалось раньше. Это открытие может стать гигантским скачком в разработке квантовых компьютеров и другой техники, где отвод тепла является барьером для развития.

Явление теплопроводности, то есть переноса тепла, является основным физическим явлением, которое используется в большинстве человеческих изобретений: одежда, транспорт, промышленность, электроника. Поэтому любое открытие в этой области оказывает влияние на все технологии нашей цивилизации.

Финские ученые создали первую протяженную линию квантовой передачи тепла, в которой для переноса тепла используются фотоны. В большинстве современной техники передача тепла осуществляется самым примитивным способом: молекулы устройства, например процессора, непосредственно взаимодействуют с радиатором охлаждения. Забранное тепло рассеивается с помощью излучения или уносится охлаждающей жидкостью. Это громоздко, неэффективно, к тому же такие системы охлаждения негативно влияют на работу ядра квантовых компьютеров.

 Перспективной заменой устаревших технологий охлаждения является перенос тепла с помощью фотонов. В природе это происходит каждый день: вся энергия Солнца поступает на Землю именно таким способом. Однако в лабораторных условиях до сих пор фотонный перенос удавалось осуществить только на расстоянии, сравнимом с толщиной человеческого волоса.

Финским ученым впервые удалось создать фотонный теплопровод длиной 1 м —  огромное расстояние для современной электроники. Экспериментальная метровая линия была уложена в кремниевый чип площадью в один квадратный сантиметр. На концах линии разместили маленькие резисторы для контроля передачи и приема тепла.

Эксперимент прошел успешно, и технология готова к внедрению в промышленное производство. Прежде всего она найдет применение в электронике, где нужно отводить много тепла от крохотных компонентов. Также квантовая теплопередача поможет ускорить развитие квантовых компьютеров, которым требуется охлаждение до сверхнизких температур, но с минимальным влиянием на квантовые состояния кубитов.