Циклічний квантовий тепловий двигун
Дослідники з Університету Аалто в Фінляндії створили перший циклічний квантовий тепловий двигун, розміщений всередині надпровідникового чипа, який має розмір менший за піщинку. Цей пристрій працює при температурах, близьких до абсолютного нуля, і використовує трансмонний кубіт як робоче тіло. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications. Експеримент підтвердив можливість контролю тепла всередині мікросхеми квантового процесора.
Дослідження очолив професор Академії Мікко Мьоттонен. У серці двигуна знаходиться трансмонний кубіт, з'єднаний з резонатором і квантовим холодильником, що дозволяє йому проходити цикли нагрівання, охолодження та перетворення енергії за циклом Отто. Команда дослідників прогоняла двигун до трьох послідовних циклів, результатами яких стали виміряні потужність і ефективність, що збіглися з результатами комп'ютерних симуляцій. Це є першою експериментальною демонстрацією циклічного квантового теплового двигуна на надпровідникових схемах.
Значення дослідження
Квантові теплові двигуни раніше були продемонстровані на інших платформах, таких як пастки з іонами, атомарні гази, ядерні спіни та дефекти в алмазах. Туомас Ууснякі, один із дослідників, зазначив:
“У нашому експерименті ми побудували нанорозмірний тепловий двигун із надпровідникових схем і працювали з ним у кріостаті поблизу абсолютного нуля. У його основі — трансмонний кубіт, один із базових елементів сучасних квантових технологій.”
Він також підкреслив, що “наш квантовий холодильник можна за потреби налаштувати і на нагрівання, і на охолодження кубіта. За допомогою точно розрахованих керуючих імпульсів ми запускали двигун за циклом Отто й спостерігали за станом кубіта під час роботи.” Ууснякі додав, що “це перша експериментальна демонстрація циклічного квантового теплового двигуна на надпровідникових схемах. Використання одного керованого квантового холодильника і як гарячого, і як холодного середовища робить конструкцію простішою та гнучкішою.”
Дослідники продовжують працювати над розробкою повністю автономної версії цього квантового двигуна, що може мати значний вплив на розвиток квантових технологій у майбутньому.
Це дослідження має важливе значення для подальшого розвитку квантових технологій, оскільки демонструє можливості інтеграції квантових елементів в компактні та енергоефективні системи. Використання надпровідникових схем може відкрити нові горизонти в галузі квантових обчислень і енергетики, що, в свою чергу, може вплинути на різні сфери, від інформаційних технологій до енергетичних систем. Розробка автономних квантових двигунів може спростити реалізацію складних квантових технологій у практичних застосуваннях.
Цікаво, що технології, пов'язані з квантовими системами, розвиваються стрімко. Наприклад, нещодавно вчені також досягли значних успіхів у вивченні можливостей контролю часу в квантових системах, що відкриває нові горизонти для квантових технологій. Це свідчить про те, що майбутнє квантових досліджень обіцяє бути неймовірно захопливим.