为了进行量子计算，必须将量子比特 (qubit) 冷却到毫开尔文范围 (接近 -273 摄氏度) 的温度，以减缓原子运动并最大限度地减少噪音。然而，用于管理这些量子电路的电子设备会产生热量，在如此低的温度下很难消除。因此，大多数现有技术必须将量子电路与其电子元件分开，从而导致噪音和效率低下，阻碍在实验室之外实现更大的量子系统。

目前，由 Andras Kis 领导的EPFL 工程学院纳米电子与结构实验室 ( LANES ) 的研究人员已经制造出一种不仅可以在极低温度下运行的设备，而且其效率堪比室温下的现有技术。

LANES 博士生 Gabriele Pauale 表示：“我们是首家研制出转换效率与现有技术相当的设备，但它却能在量子系统所需的低磁场和超低温下运行。这项工作确实向前迈出了一步。”

该创新器件将石墨烯的优异电导率与硒化铟的半导体特性相结合。它只有几个原子厚，表现为二维物体，这种新颖的材料和结构组合产生了前所未有的性能。该成果已发表在《自然纳米技术》上。

利用能斯特效应

该装置利用了能斯特效应：一种复杂的热电现象，当磁场垂直施加于温度变化的物体时，会产生电压。实验室设备的二维特性使得这种机制的效率可以通过电控制。

这种 2D 结构是在 EPFL 微纳米技术中心和 LANES 实验室制造的。实验涉及使用激光作为热源，并使用专门的稀释制冷机达到 100 毫开尔文——比外太空还要低的温度。在如此低的温度下将热量转化为电压通常极具挑战性，但这种新型设备及其对能斯特效应的利用使这成为可能，填补了量子技术的一个关键空白。

“想象一下在寒冷的办公室里放一台笔记本电脑，笔记本电脑在运行时仍会发热，从而导致房间温度也升高。在量子计算系统中，目前没有机制可以防止这种热量干扰量子比特。我们的设备可以提供这种必要的冷却，”Pauale 说。

帕斯夸莱是一名受过专业训练的物理学家，他强调这项研究意义重大，因为它揭示了低温下热电转换——这是一种迄今为止尚未得到充分探索的现象。鉴于转换效率高，并且使用可能可制造的电子元件，LANES 团队还认为他们的设备已经可以集成到现有的低温量子电路中。

“这些发现代表了纳米技术的重大进步，有望开发出在毫开尔文温度下进行量子计算所必需的先进冷却技术，”Pauale 说道。“我们相信这一成就可能会彻底改变未来技术的冷却系统。”