安徽,合肥,量子信息科学国家实验室。
这里是全中国最“冷”的地方。
不是气温冷,是机器冷。
林远和顾盼穿着防尘服,走进了一个巨大的白色房间。房间中央,悬挂着一个造型极其怪异的东西。
它像一个倒挂的多层婚礼蛋糕,又像一个金色的吊灯。
由纯金、纯铜盘绕而成,一层比一层小,最下面是一个小小的芯片座。
“真漂亮……”顾盼忍不住赞叹,“这得值多少钱啊?”
“这是无价之宝。”
一位戴着厚底眼镜、头发乱得像鸟窝的中年人走了过来。他叫叶教授。国内量子计算的领军人物。
“林董,这就是我们要造的超导量子计算机。”
“别看它金光闪闪的,其实它现在就是个摆设。”
“为什么?”林远问。
叶教授叹了口气,指了指那个“吊灯”。
“量子芯片,也就是最下面那个尖尖,必须在接近绝对零度-273.15℃的环境下才能工作。”
“那是宇宙中最冷的温度。在这个温度下,电子才会乖乖听话,变成量子态。”
“为了制造这个低温,我们需要一个超级冰箱稀释制冷机。”
“但是,”叶教授指了指旁边一台拆开的设备,“我们的冰箱,坏了。”
“而且,买不到新的。”
“又是美国人?”
“对。Bluefors芬兰和Oxford英国的制冷机,全部被列入了禁运名单。因为他们知道,只要卡住了冷,我们的量子计算就热死了。”
林远看着那个金色的大家伙。
“国产的制冷机呢?”
“有是有,但劲儿不够。”叶教授无奈地说。
“我们国产的制冷机,能降到零下269度4K,液氦温度。但这还不够冷。”
“我们要的是10mK毫开尔文。也就是比绝对零度只高0.01度。”
“现在的国产机,降到一半就降不下去了。”
“为什么?”
“因为漏热。”
叶教授抓起一把密密麻麻的同轴电缆。
这些电缆像面条一样,从“吊灯”的顶端室温,一直连到最底端的芯片极低温。
“量子芯片需要控制。我们要给它发指令,读数据。这需要几千根电线。”
“这几千根铜线,就像几千根热得快。”
“它们把外面的热量,源源不断地导进冰箱里!”
“我们的制冷机拼命制冷,但这几千根管子在拼命加热。”
“这就像一边开空调,一边开窗户。”
“最后的结果就是:温度卡在20mK,死活下不去。”
“只要下不去这最后的0.01度,量子比特就会躁动,计算结果全是错的。”
死结。
要控制,就得有线。
有线,就有热。
有热,就死机。
林远盯着那些乱糟糟的线。
这确实是个物理难题。铜是导电的,也是导热的。这是物理属性,改不了。
“能不能换材料?”顾盼问,“用不导热的线?”
“试过了。”叶教授摇头,“用超导线铌钛合金。但是超导线太脆,不好接。而且接头处还是会有电阻发热。”
林远在实验室里踱步。
他在想,有没有一种东西,能传信号,但绝不传热?
突然,他想起了之前的“光子芯片”。
想起了在深海修光缆时用的“光纤”。
“光。”
林远停下脚步。
“光纤是玻璃做的。”
“玻璃导热吗?”
“不导热!”叶教授眼睛一亮,“玻璃是热的不良导体!”
“对!”
林远指着那个“金吊灯”。
“我们把这些铜线全拔了!”
“换成光纤!”
“用光来控制量子芯片!”
“可是……”叶教授犹豫了,“量子芯片是超导电路,它吃的是微波电信号,它看不懂光啊。”
“那就给它装个翻译机。”
林远拿过一张纸,画了一个转换器。
“在冰箱的最底端低温区,装一个光电转换器。”
“外面的指令,变成光,顺着光纤溜进去不带热量。”
“到了底下,转换器把光变成电,喂给芯片。”
“这样,我们就切断了热通道!”
理论很完美。
“光进铜退”。
但是,实施起来,遇到了大麻烦。
“林董,转换器做出来了。”几天后,叶教授拿着一个小黑块,“但是,它在低温下瞎了。”
“瞎了?”
“对。光电转换器PD通常是用锗或者铟镓砷做的。”
“在常温下,它们很灵敏。”
“但是,一旦温度降到零下270度。”
“半导体的能带结构变了,电子被冻住了,跑不动了!”
“光照上去,没反应。转换不出电来。”
“这就好比把眼睛冻住了。”
又是一个死结。
常温下好用的东西,到了极寒地狱,全都罢工。
“必须找一种不怕冷的材料。”
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