Физики впервые создали квантовый аналог двигателя внутреннего сгорания

Тепловые двигатели в свон время буквально сделали промышленную революцию — они превращают тепло в полезную энергию и работают буквально везде, от автомобилей и самолнтов до кораблей и электростанций. Учнных давно занимал вопрос — можно ли воспроизвести классическую термодинамику, законы, по которым работают такие двигатели, но уже на квантовом масштабе, то есть на уровне отдельных частиц. Команде под руководством Микко Мёттёнена, профессора квантовых технологий Университета Аалто, это удалось — двигатель собрали из трансмон-кубита (это разновидность сверхпроводящего кубита), резонатора и квантового холодильника.

«В нашем эксперименте мы построили наноразмерный тепловой двигатель с использованием сверхпроводящих схем и заставили его работать в криостате при температуре, близкой к абсолютному нулю», — рассказывает один из создателей устройства Туомас Ууснякки.

Внутри сверхпроводящей схемы команда воспроизвела цикл Отто — тот самый термодинамический процесс, который лежит в основе работы обычного автомобильного двигателя.

Чтобы проверить, способен ли двигатель выполнять измеримую работу, команда перевела кубит в квантовый холодильник схемы и научилась управлять потоком тепла на квантовом уровне. В отличие от привычных тепловых двигателей, здесь один и тот же квантовый холодильник служит и источником тепла, и источником холода — это делает конструкцию заметно проще, но при этом достаточно гибкой.

«Наш квантовый холодильник схемы можно настраивать так, чтобы он и нагревал, и охлаждал кубит по запросу. С помощью точно рассчитанных по времени управляющих импульсов мы прогнали двигатель через цикл Отто и следили за состоянием кубита во время его работы», — добавляет Ууснякки.

Сам факт, что квантовый тепловой двигатель удалось построить, открывает дорогу к полностью автономным устройствам следующего уровня — таким, которые смогут, например, считывать состояние кубитов без микроволновых импульсов, идущих от температур, близких к абсолютному нулю, до комнатной температуры.

Помимо экономии тысяч евро на микроволновых кабелях, такой автономный тепловой двигатель заодно снизит и общую сложность конструкции будущих квантовых компьютеров.

Время удалось запустить без часов в квантовом эксперименте

Квантовый датчик размером с бутылку отправят в космос для изучения Земли

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX