Создан первый в мире квантовый тепловой двигатель на основе сверхпроводников
Ученым из Финляндии удалось впервые продемонстрировать циклическую работу устройства на сверхпроводниках по принципу двигателя внутреннего сгорания. Это открывает возможности удешевления квантовых компьютеров и создания новых квантовых устройств.
Квантовый аналог теплового двигателя
Команда ученых из университета Аалто (Финляндия) под руководством Микко Меттенена (Mikko Möttönen) разработала подход, позволяющий использовать сверхпроводники для создания квантового аналога теплового двигателя, сообщил университет на своем сайте.
Установка способна преобразовать энергию тепла в механическое движение подобно тому, как работает двигатель внутреннего сгорания, сообщили представители вуза.
«Это первый случай демонстрации циклической работы квантового теплового двигателя в сверхпроводящей цепи», — сказал научный сотрудник университета Аалто Туомас Ууснакки (Tuomas Uusnäkki).
Достижение ученых из Финляндии позволит снизить стоимость квантовых компьютеров и создавать новые типы квантовых устройств
По словам Ууснакки, двигатель позволит решить «большое число задач». В первую очередь разработка позволит ускорить создание новых систем охлаждения для квантовых компьютеров и значительно снизить их стоимость. Она также открывает возможности для создания новых типов квантовых устройств.
Тысячи логических кубитов без использования кабелей
Устройство размером всего в несколько миллиметров состоит из одного кубита, резонатора и квантового охладителя. Оно работает за счет преобразования небольших объемов тепловой энергии, которую теряет квантовая система, в полезную работу.
Квантовый охладитель удалось настроить так, чтобы он нагревал или охлаждал кубит по мере необходимости. Контролировать теплопередачу в квантовом мире удалось за счет объединения трансмонного кубита с квантовым холодильником, что делает решение проще и удобнее в использовании. Обычные тепловые двигатели имеют отдельные резервуары для холода и тепла.
«Стратегия Финляндии в области квантовых технологий направлена на создание к 2035 г. машины с тысячей логических кубитов. Вероятно, для этого потребуются сотни тысяч физических кубитов, что при нынешних технологиях означает использование микроволновых кабелей стоимостью в миллионы евро каждый, которые также вносят помехи в систему. При использовании автономных устройств кабели будут практически не нужны», — заявил Меттенен
Разработки квантовых двигателей и других устройств
Квантовые исследователи давно искали подобное устройство. Тепловые двигатели, например, паровой, преобразуют тепловую энергию и приводят в движение автомобили, корабли и самолеты. Ученые всего мира искали ответ на вопрос, могут ли те же принципы работать и в квантовом мире, где масштаб меньше атомов.
Физики из Китайской академии наук в сентябре 2023 г. опубликовали в Nature результаты исследования, доказывающие, что высокая степень квантовой запутанности повышает эффективность создания полезной энергии. В публикации того же 2023 г. японские физики сообщали о разработке двигателя на основе конденсата Бозе — Эйнштейна. Он использовал свойства квантового газа вместо тепла и достиг эффективности 25%.
В марте 2026 г. CNews писал о том, что ученые из Австралии, используя эффекты квантового мира, создали прототип батареи, который после доработки сможет заряжаться почти мгновенно и беспроводным способом. Лазерные технологии позволят заряжать, например, аккумулятор беспилотника или электромобиля во время движения.
