В Финляндии собрали сверхпроводниковый квантовый тепловой двигатель

Исследователи Aalto University сообщили о первой экспериментальной демонстрации циклического квантового теплового двигателя в сверхпроводящих схемах. Устройство работает при температурах, близких к абсолютному нулю, и преобразует тепло в измеримую положительную работу.

В основе нанофабрицированного двигателя — трансмонный кубит, резонатор и квантовый холодильник. Учёные воспроизвели в сверхпроводящей цепи цикл Отто — термодинамический процесс, который используется и в обычных тепловых машинах. Состоянием кубита управляли временными импульсами, а квантовый холодильник использовали и как источник нагрева, и как источник охлаждения.

По данным авторов, измерения показали, что тепло, проходящее через кубит во время цикла, производило положительную работу. Применение одного управляемого холодильника вместо отдельных горячей и холодной сред должно сделать такую схему проще и гибче.

Работа пока носит характер доказательства концепции. Следующей задачей исследователи называют улучшение конструкции и создание полностью автономного двигателя. Один из возможных сценариев — считывание состояния кубитов без передачи микроволнового импульса от области с милли-кельвиновыми температурами до комнатной температуры.

Авторы связывают это направление с проблемой масштабирования сверхпроводящих квантовых систем. По их оценке, компьютер на тысячу логических кубитов, предусмотренный квантовой стратегией Финляндии к 2035 году, вероятно, потребует сотен тысяч физических кубитов. При нынешнем подходе для такой системы понадобились бы миллионы микроволновых кабелей стоимостью около тысячи евро каждый; кроме затрат, эти соединения вносят шум. Интегрированные автономные устройства могли бы в значительной степени сократить потребность в таких кабелях.

Исследование, которым руководил профессор Академии Микко Мёттёнен, опубликовано в Nature Communications. Эксперимент выполнили с использованием финской исследовательской инфраструктуры OtaNano.