Тысяча логических кубитов. Финские физики создали квантовый двигатель, который меньше песчинки
21 июля, 19:00
Специалисты из финского Университета Аалто впервые в мире разработали циклический квантовый тепловой мотор, встроенный в сверхпроводящий чип. Этот механизм, чьи габариты не превышают размеров песчинки, функционирует на основе трансмонного кубита, который служит рабочим телом и преобразует тепло в полезную работу при температурах, приближенных к абсолютному нулю. Научная работа была опубликована в авторитетном журнале Nature Communications.
Ход эксперимента и полученные данные
Руководил проектом профессор Академии Микко Мьоттонен. Как пояснил Туомас Уусняки, ведущий автор исследования:
“В рамках нашего эксперимента мы сконструировали наноразмерный тепловой двигатель из сверхпроводящих элементов и запустили его в криостате при температурах, близких к абсолютному нулю. Его сердце — трансмонный кубит, один из ключевых компонентов современных квантовых систем.”
В основе работы мотора лежит цикл Отто, который обеспечивает высокую эффективность преобразования тепла в механическую работу. Учёные провели до трёх последовательных циклов работы устройства. Примечательно, что один управляемый квантовый холодильник одновременно выполнял функции как горячей, так и холодной среды. Туомас Уусняки добавил:
“Наш квантовый холодильник при необходимости может как нагревать, так и охлаждать кубит. Используя точно выверенные управляющие импульсы, мы запускали двигатель по циклу Отто и следили за состоянием кубита в процессе работы.”
Данное исследование стало первой в истории экспериментальной реализацией циклического квантового теплового мотора на сверхпроводящих схемах. Измеренные показатели мощности и эффективности полностью совпали с данными компьютерных симуляций, что доказывает корректность и точность проведённых опытов. Туомас Уусняки также отметил, что “использование одного квантового холодильника, который можно переключать между горячим и холодным режимами, делает конструкцию более простой и гибкой”.
Этот научный прорыв открывает новые горизонты для развития квантовых технологий, которые могут быть применены в самых разных областях — от энергетики до вычислительной техники. Создание компактных и высокоэффективных квантовых двигателей способно кардинально изменить будущее устройств, работающих на квантовых принципах, и даст мощный импульс для дальнейших изысканий в этой сфере. Для русскоязычных читателей стоит подчеркнуть, что подобные разработки приближают эру практического использования квантовых систем, где управление тепловыми процессами на микроуровне играет решающую роль.
В то время как финские учёные добились прорыва в создании квантового двигателя, другие исследователи продолжают изучать удивительные возможности квантовых технологий. Например, недавние открытия в области квантовой механики могут привести к революционным изменениям в нашем понимании времени, позволяя, как утверждается, возвращать его вспять. Эти достижения открывают новые горизонты для научных исследований и практических применений.