Двигун, який неможливо побачити неозброєним оком, навчився виконувати справжню корисну роботу за температури, близької до абсолютного нуля...
Фінські фізики створили надзвичайно малий тепловий двигун усередині надпровідникового чипа, використавши як його «робоче тіло» кубіт — базовий елемент квантових комп’ютерів. Дослідження провела команда Університету Аалто під керівництвом професора Академії Мікко Мьоттонена. Результати роботи опублікували в журналі Nature Communications.
- Як працює двигун на одному кубіті
У звичайному двигуні тепло змушує рухатися механізм, який зрештою виконує роботу. Фінська розробка використовує той самий фундаментальний принцип, однак на рівні квантової механіки.
В основі пристрою лежить трансмонний кубіт, з’єднаний із резонатором та квантовим холодильником. Кубіт проходить послідовність із чотирьох етапів, відому як цикл Отто:
- його нагрівають;
- змінюють його енергетичний стан;
- охолоджують;
- знову переводять у потрібний енергетичний режим.
Особливість експерименту полягає в тому, що один квантовий холодильник почергово виконував роль гарячого та холодного середовища. Точні керуючі імпульси дозволяли дослідникам змінювати стан кубіта й контролювати рух енергії всередині системи.
«У його основі — трансмонний кубіт, один із базових елементів сучасних квантових технологій», — розповідає перший автор дослідження Туомас Ууснякі.
Під час експерименту команда провела кілька послідовних циклів і відстежувала стан кубіта після кожного етапу. Так дослідники змогли визначити, скільки тепла він поглинув, яку роботу виконав і наскільки ефективною була система.
Результат виявився важливим: пристрій справді виробляв корисну роботу, а не просто переміщував тепло між різними частинами схеми. Отримані показники потужності та ефективності збіглися з комп’ютерними моделями.
«Це перша експериментальна демонстрація циклічного квантового теплового двигуна на надпровідникових схемах», — зазначає Ууснякі.
- Навіщо такий крихітний двигун квантовим комп’ютерам
Безпосередня потужність пристрою мізерна, тому створювати його заради звичайного виробництва енергії немає сенсу. Головний інтерес для науковців пов’язаний із квантовими технологіями.
Надпровідникові квантові процесори працюють при температурах, близьких до абсолютного нуля. Для їхнього керування використовують численні мікрохвильові кабелі, які з’єднують надзвичайно холодну частину установки з електронікою, що перебуває при кімнатній температурі.
Кожне таке з’єднання займає місце, ускладнює систему та може передавати зайве тепло або шум.
Якщо частину функцій перенести безпосередньо всередину кріогенної схеми, майбутні квантові комп’ютери можуть стати компактнішими й простішими. Саме над створенням автономної версії квантового двигуна команда зараз і працює.
ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ:
- Навіщо людство вбиває тварин, а потім знову їх створює: план рятування планети
- Що за дух живе на Донбасі і як його побачити на власні очі?
- І хто тепер слабка стать: чому чоловіки скоро зникнуть?
