Финские физики создали первый сверхпроводящий квантовый тепловой двигатель

Учёные из финского Университета Аалто впервые построили циклический квантовый тепловой двигатель на базе сверхпроводящей схемы — миниатюрное устройство, способное превращать тепло в измеримую механическую работу на квантовом уровне.

Идея объединить классическую термодинамику с квантовой механикой давно занимает физиков: если термодинамика описывает поведение больших систем — от молекул до целой Вселенной, то квантовая механика работает с эффектами микромира вроде туннелирования, запутанности и суперпозиции. Учёные из Университета Аалто под руководством Туомаса Уусняки попытались объединить эти два подхода в одном рабочем устройстве.

Классические тепловые машины, начиная со знаменитой паровой машины Джеймса Уатта, превращают тепло в механическую энергию и лежат в основе автомобилей, кораблей, самолётов и большинства электростанций. Новое устройство — первый в мире сверхпроводящий квантовый тепловой двигатель — состоит из трансмонного кубита, резонатора и квантового холодильника.

Подключив трансмонный кубит к квантовому холодильнику на основе электрической схемы, исследователи научились управлять потоком тепла на квантовом уровне и показали, что его можно преобразовать в измеримую механическую работу. В отличие от обычных тепловых машин с раздельными нагревателем и охладителем, новая система использует один и тот же квантовый холодильник и для нагрева, и для охлаждения — в зависимости от того, что требуется в данный момент цикла.

Устройство сумело использовать крайне малое количество тепла, присутствующего в ультрахолодной квантовой среде, и в повторяющихся циклах извлекать из него механическую работу — то, чего инженеры в области квантовых технологий пытались добиться долгие годы. Разработка финских физиков служит доказательством того, что сверхпроводящие тепловые машины действительно работоспособны и в перспективе могут способствовать созданию более мощных квантовых компьютеров.