A diferencia de los refrigeradores domésticos, que sólo trabajan con temperaturas que permiten mantener frescos nuestros alimentos, los refrigeradores de dilución utilizados para la investigación de computación cuántica que enfrían estos ordenadores, alcanzan temperaturas físicas cercanas a la más fría posible.
Investigadores de Fermilab, el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía estadounidense, están construyendo Colossus, un sistema de refrigeración para ordenadores cuánticos que será el más grande y poderoso jamás creado, capaz de alcanzar inéditas temperaturas milikelvin.
El refrigerador más grande y poderoso, diseñado para ordenadores cuánticos
A diferencia de un refrigerador de cocina, que trabaja con gases refrigerantes que se comprimen para enfriar los alimentos, un refrigerador de dilución usa una mezcla de isótopos de helio para crear temperaturas cercanas al cero kelvin, también llamado cero absoluto, que es la temperatura más fría imaginable en física, declarada hasta ahora como algo físicamente imposible de alcanzar.
Colossus lleva el nombre de la primera computadora programable electrónica, que se construyó en la década de 1940 para descifrar códigos. “Fue un hito histórico en la historia de la informática y parecía un nombre apropiado para el tamaño de nuestro nuevo refrigerador”, comentó Matt Hollister, experto técnico líder en este proyecto.
Para la construcción de Colossus en Fermilab, los investigadores del Centro de Sistemas y Materiales Cuánticos Superconductores alojado en aquel laboratorio, necesitan mucho espacio a bajas temperaturas para lograr su objetivo de construir un ordenador cuántico de última generación que se apoye en esta tecnología.
“Con la potencia de enfriamiento y el volumen que proporcionará Colossus, los investigadores de SQMS tendrán un espacio sin precedentes para nuestra futura computadora cuántica y muchos otros experimentos de física y computación cuántica”, agregó Hollister.
Una gran parte de los refrigeradores de dilución que funcionan a temperaturas milikelvin, aseguran sólo una fracción del espacio a utilizar en comparación con Colossus, lo que hace que la escalabilidad sea muy difícil de abordar para la construcción de un ordenador cuántico útil. El refrigerador Colossus será tan grande que podrá albergar de cientos a miles de cavidades y qubits altamente coherentes, permitiendo de entrada el trabajo a una escala considerablemente superior.
Colossus será construido en una instalación reutilizada, originalmente dedicada a pruebas de temperatura de un proyecto anterior de Fermilab. Una vez que esté completamente construido, este refrigerador ofrecerá 5 metros cúbicos de espacio y enfriará los componentes a alrededor de 0.01K. Esta capacidad supera 10 veces la potencia de enfriamiento y 15 veces el volumen a esa temperatura, en comparación con los refrigeradores de dilución comerciales estándar.
Esta nueva máquina de casi dos metros de diámetro, única en su tipo, podría estar totalmente lista a mediados de 2023.