Европейские физики впервые реализовали квантовый тепловой двигатель на основе сверхпроводящих схем, способный работать в полностью циклическом режиме. Разработка открывает новые возможности для управления тепловыми потоками в квантовых устройствах и может стать важным шагом к созданию более компактных и эффективных систем охлаждения квантовых компьютеров.
Исследование, выполненное специалистами Университета Аалто (Финляндия), демонстрирует принципиально новый подход к переносу тепла на квантовом уровне. В отличие от классических тепловых машин, преобразующих тепловую энергию в механическую работу, квантовый аналог позволяет управлять потоками энергии внутри сверхпроводящих квантовых схем, где даже небольшие тепловые колебания способны нарушить работу кубитов.
Главной особенностью новой разработки стало то, что исследователям удалось построить полноценный циклический квантовый тепловой двигатель, используя всего один квантовый «холодильник». По словам научного сотрудника Университета Аалто Туомаса Ууснякки, это существенно упростило конструкцию устройства и сделало её более универсальной для практического применения.
До сих пор экспериментальные квантовые тепловые двигатели уже демонстрировались на различных физических платформах, однако реализовать полный термодинамический цикл, аналогичный циклу Отто в двигателях внутреннего сгорания, исследователям не удавалось.
Для решения этой задачи учёные объединили сверхпроводниковый кубит-трансмон — наиболее распространённый тип кубита в современных квантовых процессорах — со специальным квантовым холодильником, представляющим собой сверхпроводящую структуру, охлаждаемую за счёт туннелирования электронов.
С помощью точно управляемых микроволновых импульсов физики смогли заставить квантовый холодильник работать в двух режимах: по необходимости либо передавать тепло кубиту, либо отводить его. Благодаря этому установка последовательно проходит все стадии квантового термодинамического цикла.
Практическое значение разработки выходит далеко за рамки фундаментальной физики. Возможность точно управлять тепловыми потоками непосредственно рядом с кубитами позволит размещать элементы считывания информации значительно ближе к квантовым процессорам. Это уменьшит уровень шумов, упростит архитектуру квантовых вычислительных систем и облегчит масштабирование компьютеров до сотен и тысяч кубитов.
Кроме того, предложенный подход может найти применение при создании сверхчувствительных квантовых датчиков, новых типов криоэлектроники и других устройств, где требуется управление энергией на уровне отдельных квантовых состояний.
Источник: https://tass.ru/nauka/27912053
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
