Ученые разработали метод, позволяющий применять сверхпроводники для создания квантового устройства, аналогичного тепловому двигателю. Это устройство способно перемещать тепло между различными областями или преобразовывать его энергию в механическую работу. Данная инновация ускорит разработку новых систем охлаждения для квантовых компьютеров.
«Мы впервые продемонстрировали возможность циклической работы квантового теплового двигателя на базе сверхпроводящих цепочек. При этом нам удалось создать его на базе всего одного квантового «холодильника», что значительно упростило устройство и сделало его пригодным для решения большого числа задач», – заявили авторы исследования.
Как отмечают ученые, в последние годы физики всего мира работают над созданием различных квантовых устройств, способных транспортировать тепло внутри квантовых систем. Их разработка позволит существенным образом упростить и улучшить охлаждение квантовых компьютеров, что повысит их стойкость к появлению случайных сбоев, а также позволит создать новые типы сенсоров и других квантовых устройств.
Недавно физикам удалось продемонстрировать возможность создания подобных квантовых тепловых двигателей сразу на нескольких аппаратных платформах, однако до настоящего времени ученым не удавалось добиться полностью циклической работы этих установок, подобно тому, как протекает процесс сжатия, воспламенения, расширения и последующего охлаждения газов в двигателях внутреннего сгорания в рамках так называемого цикла Отто.
Сейчас разработчики смогли впервые запустить квантовый процесс с помощью устройства, включающего кубит-трансмон – один из наиболее распространенных видов сверхпроводниковых элементов памяти, а также специальный квантовый «холодильник». «Холодильник» состоит из специально сконструированных цепочек сверхпроводника, охлаждающихся за счет туннелирования электронов.
Физики добились возможности регулировать взаимодействие между кубитом и системой охлаждения таким образом, что последняя может как передавать тепло в кубит, так и охлаждать его. Управление этим процессом осуществляется с помощью импульсов микроволнового излучения. Такой подход открывает перспективы для размещения систем считывания данных максимально близко к кубитам, что существенно упрощает их конструкцию и снижает уровень помех. Это имеет ключевое значение для разработки квантовых компьютеров, основанных на сотнях и тысячах кубитов, отмечают исследователи.
Источник: ТАСС
распечатать статью