La tecnología de refrigeración avanzada podría ayudar a revitalizar la computación cuántica y reducir en semanas el costoso tiempo de preparación en experimentos científicos clave.
Los científicos a menudo necesitan generar temperaturas cercanas a… Cero absoluto Para computación cuántica y astronomía, entre otros usos. Estas temperaturas se conocen como el «gran frío», ya que mantienen los dispositivos eléctricos más sensibles libres de interferencias, como por ejemplo los cambios de temperatura. Sin embargo, los frigoríficos utilizados para alcanzar estas temperaturas son muy caros e ineficientes.
Sin embargo, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), una agencia del gobierno de EE. UU., han construido un nuevo prototipo de refrigerador que, según afirman, puede lograr un enfriamiento significativo de manera más rápida y eficiente.
Los investigadores publicaron detalles de su nueva máquina el 23 de abril en la revista Nature Communications. Afirmaron que su uso podría ahorrar 27 millones de vatios de energía al año y reducir el consumo mundial de energía en 30 millones de dólares.
Una nueva generación de frigoríficos.
Los frigoríficos domésticos tradicionales funcionan mediante un proceso de evaporación y condensación. Ciencias vivas. El refrigerante pasa a través de un tubo especial de baja presión llamado «serpentín evaporador».
A medida que se evapora, absorbe calor para enfriar el interior del refrigerador y luego pasa a través de un compresor que lo vuelve a convertir en líquido, elevando su temperatura a medida que se irradia por la parte posterior del refrigerador.
Relacionado: El ‘silicio más puro del mundo’ podría dar lugar a 1 millón de chips de computación cuántica
Para alcanzar las temperaturas deseadas, los científicos utilizan refrigeradores de tubo pulsado (PTR) desde hace más de 40 años. Los dispositivos PTR utilizan gas helio en un proceso similar pero con mejor absorción de calor y sin partes móviles.
Aunque eficaz, consume enormes cantidades de energía, es caro y su funcionamiento requiere mucho tiempo. Sin embargo, los investigadores del NIST también descubrieron que los dispositivos PTR son innecesariamente ineficientes y podrían mejorarse significativamente para reducir los tiempos de enfriamiento y reducir el costo general.
En el estudio, los científicos dijeron que los dispositivos PTR «sufren importantes deficiencias», como estar optimizados «para funcionar sólo a la temperatura central», normalmente cerca de 4 Kelvin. Esto significa que durante el enfriamiento, los PTR operan a niveles en gran medida ineficientes, agregaron.
El equipo descubrió que al modificar el diseño del PTR entre el compresor y el refrigerador, el helio se usaba de manera más eficiente. Durante el enfriamiento, una parte generalmente se fuerza hacia una válvula de alivio en lugar de ser empujada por el circuito como se esperaba.
Computación cuántica a una fracción del costo
El rediseño propuesto incluye una válvula que se desinfla a medida que la temperatura disminuye para evitar que se desperdicie helio de esta manera. Como resultado, el PTR modificado del equipo del NIST alcanzó la puntuación Big Chill entre 1,7 y 3,5 veces más rápido, dijeron los científicos en su artículo.
«En experimentos más pequeños que modelan circuitos cuánticos donde los tiempos de enfriamiento son actualmente comparables a los tiempos de caracterización, la optimización acústica dinámica puede aumentar significativamente el rendimiento de las mediciones», escribieron los investigadores.
El nuevo método podría ahorrar al menos una semana de experimentos en el Observatorio Criogénico Subterráneo para Eventos Raros (CUORE), una instalación en Italia utilizada para buscar eventos raros como la forma teórica actual de desintegración radiactiva, dijeron los investigadores en su estudio. Se debe lograr el menor ruido de fondo posible para obtener resultados precisos de estas instalaciones.
Las computadoras cuánticas necesitan un nivel similar de aislamiento. Utilizan bits cuánticos o qubits. Las computadoras tradicionales almacenan información en bits, codifican datos con un valor de 1 o 0 y realizan cálculos secuencialmente, pero los qubits ocupan una superposición de 1 y 0, gracias a las leyes de Mecánica cuánticaSe pueden utilizar para procesar cálculos en paralelo. Sin embargo, los qubits son increíblemente sensibles y deben estar separados de la mayor cantidad de ruido de fondo posible, incluidas pequeñas fluctuaciones en la energía térmica.
En teoría, en un futuro próximo se podrían lograr métodos de refrigeración más eficientes, lo que podría conducir a una innovación más rápida en la computación cuántica, dijeron los investigadores.
El equipo también dijo que su tecnología podría usarse para alcanzar temperaturas ultrafrías al mismo tiempo pero a un costo mucho menor, lo que podría beneficiar a la industria criogénica, reduciendo costos para experimentos y aplicaciones industriales que no toman tanto tiempo. Actualmente, los científicos están trabajando con un socio industrial para lanzar comercialmente el PTR mejorado.
«Jugador. Wannabe evangelista de la cerveza. Practicante de la cultura pop. Amante de los viajes. Defensor de las redes sociales».
More Stories
SpaceX tiene como objetivo el viernes por la noche el lanzamiento de un satélite Starlink desde el Cabo
Los científicos han descubierto que el tamaño de la «Puerta del Infierno» en Siberia se está expandiendo rápidamente
La nave espacial SpaceX completa el primer vuelo de prueba completo después de sobrevivir al reingreso | noticias espaciales