極低溫度對量子運算來說至關重要，但量子位元（qubit）對於熱能非常敏感，即使是運行量子電腦所需電子元件產生的熱能，也會對量子位元的特性造成影響。目前量子運算系統並沒有任何可以防止熱量干擾量子位元的機制，這也成為現今科學家努力解決的難題。
大多數傳統的冷卻解決方案在如此低溫的狀況下，不是無法有效運作，就是根本不起作用。因此，產生熱量的電子元件必須與量子電路分開。這反過來又增加了量子電腦的雜訊和效率不彰，這使得創建可在實驗室條件之外運行的大型系統變得更加困難。
7 月 5 日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的一個研究小組開發了一種 2D 量子冷卻系統，透過將熱量轉換為電壓，讓溫度能降低到極低的 100 mK（millikelvin）。
如此引人注目的 2D 冷卻系統是由 EPFL 奈米電子與結構實驗室（LANES）中某研究小組（Andras Kis 所領導）打造的。除了能夠將溫度冷卻到 100 mK 之外，更令人驚嘆的創新是，它能以與當前室溫冷卻技術相同的轉換效率運行，同時可以在量子系統所需的低磁場和超低溫下運行。
該團隊之所以將這個領先業界的技術稱之為「2D」量子冷卻系統，是因為在只有幾個原子厚度的情況下，這種新材料表現得像一個2D物體，石墨烯和 2D 薄層結構的結合使其實現了高效能。該元件運行上採用了能斯特效應（Nernst effect），亦即在材料兩側都有磁場和不同溫度的導體中產生電場的一種熱磁現象。
除了效能和效率之外，2D 量子冷卻系統是由現成的電子元件製成的。這意味著它可以很容易地新增到其他實驗室的量子電腦中。總之，拜奈米技術重大進步之賜，今後能為量子運算提供 mK 級超低溫環境的先進冷卻系統將會變得更加普及。
（首圖來源：EPFL）
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