Quantencomputer TUM-Ausgründung entwickelt magnetische Kühlung

Das Gründerteam von Kiutra mit ihrem Tieftemperaturkühler (v.l.n.r.): Alexander Regnat, Prof. Christian Pfleiderer, Jan Spallek und Tomek Schulz.
Das Gründerteam von Kiutra mit ihrem Tieftemperaturkühler (v.l.n.r.): Alexander Regnat, Prof. Christian Pfleiderer, Jan Spallek und Tomek Schulz.

Für den Betrieb von Quantencomputern werden Temperaturen nahe des absoluten Nullpunktes benötigt. Die Kühlung auf solche Werte erweist sich oft als schwierig. Nicht so für ein Forscherteam der TU München.

Die Grundlagenforschung in der Quantenphysik bedient sich tiefer Temperaturen. Hinzu kommen mehr und mehr Entwicklungen, die auf quantenmechanischen Effekten beruhen wie Quantencomputer. Für den Betrieb der Anwendungen braucht es aber sehr niedrige Temperaturen – nahe dem absoluten Nullpunkt von -273 °C. Dazu sind ausgeklügelte Kühlsysteme nötig, die im Moment besonders gefragt sind.

Aus dem Grund hat sich ein Forscherteam der TU München der Kühltechnik verschrieben und das Start-up »Kiutra« gegründet. Alexander Regnat, Jan Spallek, Tomek Schulz und Prof. Christian Pfleiderer arbeiten derzeit an einem Prototyp einer magnetischen Kühlung für Quantenelektronik. Weitere Mitarbeiter und ein eigener Firmensitz sind bereits in Aussicht.

Magnetische Kühlung vs. Gaskühlung

Um eine Kühlung auf sehr niedrige Temperaturen zu erreichen, werden oft flüssige Gase verwendet. Um eine solche Temperatur dauerhaft zu halten, wird meist das sehr teure Isotop Helium-3 verwendet.

Eine Alternative dazu sind magnetische Kühlverfahren, die die niedrigen Temperaturen mit günstigen Feststoffen erzeugen. Sie können die Temperatur aber nur für einen kurzen Zeitraum halten. Das Prinzip der magnetischen Kühlung basiert auf dem magnetokalorischen Effekt. Bei der Single-shot-Adiabatic-Demagnetization-Refrigeration (ADR)-Methode wird ein Kühlmedium magnetisiert und die Hitze, die dabei entsteht abgeführt. Bei der anschließenden Entmagnetisierung entsteht Kälte, die das Medium für eine bestimmte Zeit konstant kühlt.

CADR-Methode führt zum Erfolg

Die technische Umsetzung einer dauerhaften magnetischen Kühlung ist aber bislang sehr anspruchsvoll. Das Forscherteam der TU München hat nun die ADR-Methode weiterentwickelt. Bei der Continous-Adiabatic-Demagnetization-Refrigeration (CADR)-Methode werden mehrere Kühleinheiten zusammengeschaltet. Dadurch stehen immer genügend Kühleinheiten zur Verfügung, während sich die aufgeheizten Einheiten regenerieren können. So wird der absolute Nullpunkt dauerhaft erreicht und gehalten. Und das nur mit Strom, ohne teures Helium-3.

Kiutra vertreibt bereits die magnetischen Kühler mit der ADR-Methode in drei Varianten mit verschiedenen Spezifikationen. Derzeit arbeitet das Team an der Marktreife für den CADR-Kühler. Kiutra wird von einem Exist-Gründerstipendium gefördert und erhielt eine Validierungsförderung des Freistaates Bayern.