Das Geheimnis des Quanten-Kühlschranks: Chinas Kühltechnologie übertrifft die der USA

Hallo zusammen, meine Stimme ist noch nicht ganz wiederhergestellt und ich bin ein bisschen heiser, aber das hindert uns nicht daran, heute über eine aktuelle Nachricht zu sprechen. Wie man hört, hat China die kälteste Legierung der Welt hergestellt, was sogar die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) des US-Verteidigungsministeriums überrascht hat. Was ist daran eigentlich so besonders? Lassen Sie uns das zunächst einmal aufschlüsseln. Es stellt sich heraus, dass dieses Material für die Quanteninformatik entwickelt wurde. Die Quanteninformatik findet im Sicherheitsbereich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Quantenchips reagieren besonders empfindlich auf Umgebungsstörungen und müssen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben werden – schon bei geringfügig höheren Temperaturen versagen sie. Der absolute Nullpunkt liegt bei -273,15 Grad Celsius, und dass wir uns ihm mittlerweile annähern können, verdanken wir einer Methode namens Verdünnungskühlung. Allerdings sind die Anlagen für diese Methode riesig, unhandlich und extrem teuer – sie kosten oft schnell mehrere zehn Millionen. Zudem ist die Verdünnungskühlung hauptsächlich auf Helium-3 angewiesen, das knapp ist und aus Kernwaffen gewonnen werden muss – wobei unser Land den größten Anteil an der weltweiten Verarbeitung hat. Am 27. Januar veröffentlichte die DARPA eine Ausschreibung mit dem Ziel, Vorschläge für heliumfreie Kühlsysteme für die Forschung und Entwicklung der nächsten Generation von Quanten- und Verteidigungstechnologien einzuholen. Man kann sich das so vorstellen, als würde man nach einem kleinen Kühlschrank speziell für Quantencomputer suchen. Am 11. Februar gelang es dann den Chinesen, dies zu realisieren. Wissenschaftler der Chinesischen Akademie der Wissenschaften veröffentlichten in der Fachzeitschrift „Nature“ einen Artikel mit dem Titel „Giant Magnetothermal Effect and Spin Super solids in Metal-Coupled Magnets“. Einfach ausgedrückt handelt es sich um ein Festkörperkühlverfahren namens „adiasostatische Entmagnetisierungskühlung“, das erstaunliche Ergebnisse liefert. ECA ist eine magnetische Seltenerdlegierung. Wird sie in eine Umgebung mit niedrigen Temperaturen gebracht und einem Magnetfeld ausgesetzt, ordnen sich die winzigen Magnete im Inneren der Legierung gleichmäßig an und geben dabei Wärme ab. Wird sie aus der Umgebung mit niedrigen Temperaturen entfernt und das Magnetfeld abgeschaltet, kehren die inneren Magnete in einen ungeordneten Zustand zurück, nehmen Wärme auf und kühlen sich ab. Herkömmliche Materialien für die Magnetkühlung weisen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf; obwohl sich ECA selbst abkühlt, ist die Kühlwirkung auf die umgebenden Bauteile nur unzureichend. Der Wärmeleitkoeffizient von ECA liegt jedoch um ein bis zwei Größenordnungen über dem herkömmlicher Materialien. Damit lassen sich Temperaturen von 10⁶ Millikelvin erreichen, was den Temperaturrekord für metallische Werkstoffe bricht und den seit langem bestehenden Engpass bei der Wärmeleitung erfolgreich überwindet. Im Vergleich dazu weist die Verdünnungskühlung zahlreiche Nachteile auf: Die Anlagen sind groß, unhandlich, teuer und Helium-3 ist knapp. Das ECA-Kühlkonzept ist genau das Gegenteil: Es ist kompakt, stabil und tragbar, was für den flexiblen Einsatz in Quantencomputern von großer Bedeutung ist; es ist kostengünstig und lässt sich in Serie produzieren; und da ECA zu den schweren Seltenen Erden gehört, sind die Vorkommen reichlich vorhanden und können sowohl in den Produktionsgebieten im Norden als auch im Süden abgebaut und verarbeitet werden. Außerdem handelt es sich um eine strategische Ressource des Landes, über die wir die Kontrolle haben – im Gegensatz zu Helium-3, das so knapp ist. Wenn Sie mehr erfahren möchten, schauen Sie auf der Website der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nach. Der Beitrag ist unauffällig in der Rubrik „Forschungsfortschritte“ verzeichnet – ich musste sechs Seiten durchblättern, um ihn zu finden –, aber alle Details sind in den Links zu den wissenschaftlichen Artikeln enthalten. Also, meine Damen und Herren, diese Sache ist ziemlich interessant. Auch wenn es auf den ersten Blick unscheinbar wirkt, steht es doch im Mittelpunkt des technologischen Wettbewerbs der Großmächte. Und wir Chinesen haben diesmal die Nase vorn.