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pte20210114002 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Mini-Ventil löst Hitzeproblem bei Quanten-PCs

Gerät in der Größe eines einzigen Quantenpunks soll überschüssige Wärme smart regulieren


Ein 3D-Modell veranschaulicht das neue Quantenpunkt-Ventil (Foto: David Wander)
Ein 3D-Modell veranschaulicht das neue Quantenpunkt-Ventil (Foto: David Wander)

Grenoble/Turku (pte002/14.01.2021/06:05) - Forscher der Universität Grenoble Alpes http://univ-grenoble-alpes.fr und des Centre of Excellence - Quantum Technology Finland (QTF) http://qtf.fi haben das Hitzeproblem bei Quantencomputern gelöst. Hierfür setzen sie auf ein eigens entwickeltes Mini-Ventil in Größe eines einzigen Quantenpunkts, mit dem es möglich sein soll, den Fluss überschüssiger Hitze zu regulieren. Das soll eine Überhitzung und daraus resultierende Schäden an den "Superrechnern von morgen" verhindern.

Nanopartikel als Brücke

"Mit der voranschreitenden Miniaturisierung von elektronischen Komponenten kommt der Frage nach dem Umgang mit überschüssiger Hitze im Nanobereich eine zunehmend wichtige Bedeutung zu", so Nicola Lo Gullo, PostDoc-Forscher an der University of Turku http://utu.fi , die als Partner des QTF-Zentrums fungiert. Das gelte insbesondere dann, wenn man versuchen will, Quantengeräte zu entwickeln. "Ein Anstieg der Temperatur führt hier typischerweise zur Verschlechterung der Quanteneigenschaften", erklärt der Experte.

In seiner aktuellen Studie sollte ermittelt werden, ob es möglich ist, die Menge an Hitze, die eine Quantenpunkt-Kreuzung durchläuft, unter Kontrolle zu bringen, ohne den Fluss von Elektronen zu behindern. Herausgekommen ist ein Konzept für ein neuartiges Ventil im Nanoformat. Dieses besteht aus zwei metallischen Kontakten, zwischen denen ein Nanopartikel aus Gold platziert wird. "Das Nanopartikel ist so klein, dass es sich dazu nutzen lässt, die Elektronen nur durch eine einzelne Atomschicht von einem Kontakt zum anderen zu lenken. Es fungiert also als Brücke zwischen den Metallen", erläutert Lo Gullo.

"Viele neue Erkenntnisse"

Um ihr Quantenpunkt-Ventil zu entwickeln, mussten die Experten schwierige Herausforderungen meistern. Zum Beispiel mussten sie zunächst einmal eine Möglichkeit finden, die Temperatur im Inneren von Quantengeräten zu messen. Sie selbst bezeichnen es als "eine der größten Leistungen", dass dies im Rahmen ihrer Studie gelungen sei. Auf diese Weise konnten sie auch "viele wichtige neue Erkenntnisse" gewinnen, was die Hitzeentwicklung und -verteilung in den Computern von morgen angeht.

"Elektronische Geräte haben mit Leistungsverlusten zu kämpfen, wenn sie viele Informationen verarbeiten müssen. Das führt dann oft zu dem bekannten Problem der Überhitzung, was nicht nur die Quantenwelt betrifft", stellt Clemens Winkelmann, Associate Professor am Institute of Engineering der Universität Grenoble Alpes, klar: "Überhitzung kann die logischen Operationen eine Geräts stören und Fehler hervorrufen. Unsere Arbeit kann helfen, überschüssige Hitze abzuleiten."

(Ende)
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