De noodzaak om computerchips zo koel mogelijk te houden, zal bezoekers van Hardware.Info vast bekend voorkomen. Fabrikanten proberen elkaar continu de loef af te steken met koeloplossingen die de temperatuur van de elektronica verder doen dalen. Ook onder wetenschappers woedt een dergelijke competitie, zo schrijft de Universiteit van Basel in een persbericht. In samenwerking met onderzoekers uit Duitsland en Finland wisten wetenschappers van de universiteit de koelste chip ter wereld te ontwikkelen.
De wetenschappers, geleid door natuurkundige Dominik Zumbühl, wisten hun chip zover af te koelen door gebruik van een magnetisch koelsysteem. Op de chip zit een zogenoemde Coulomb blockade thermometer (CBT), het instrument dat de onderzoekers ook gebruikten om de behaalde temperatuur mee te kunnen meten. Een dergelijke thermometer bevat een reeks van metalen eilanden, die met elkaar in verbinding staan door een dunne isolator.
Het idee van magnetische koeling op zich is niet nieuw, maar eerdere pogingen om chips op die manier te koelen strandden op ongeveer 24 millikelvin. De elektronica op de chip werd bij die pogingen gekoeld via de aansluitdraden. Hoewel de warmtegeleiding van de draden ook bij dergelijke temperaturen nog goed verliep, werd de invloed van hittelekkages op de elektronica zelf te groot, waardoor de temperatuur van de chip niet verder afnam. De onderzoekers losten dat probleem op door de magnetische koeling ook toe te passen op de metalen eilanden van de CBT.
Met het koelsysteem slaagden de onderzoekers erin de elektronica op de chip te laten afkoelen tot een temperatuur van minder dan 3 millikelvin. De aansluitdraden bereikten zelfs een temperatuur van 150 microkelvin, minder dan een duizendste graad boven het absolute nulpunt. Nadat de onderzoekers het koelsysteem afschakelden, bleef de chip bovendien urenlang koud, waar de temperatuur bij eerdere experimenten veel sneller opliep. De onderzoekers schrijven in hun paper, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Applied Physics Letters, dat het koelsysteem de chip in principe zelfs tot minder dan 1 millikelvin moet kunnen koelen.
De vinding is in eerste instantie bedoeld voor wetenschappelijk onderzoek. Het bereiken van een dergelijk lage temperatuur is bijvoorbeeld nodig om nieuwe natuurkundige fenomenen te ontdekken en quantumexperimenten te doen. Ook quantumcomputers moeten worden afgekoeld tot een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt om goed te kunnen werken, omdat een hogere temperatuur de qubits beïnvloedt, wat tot afwijkende resultaten leidt. De D-Wave 2000Q, een recente quantumcomputer van het bedrijf D-Wave Systems, doet zijn werk bijvoorbeeld bij een temperatuur van 15 millikelvin.
Bronnen: University of Basel, Applied Physics Letters
