Учени от Финландия демонстрираха за първи път циклична работа на устройство, базирано на свръхпроводник, подобно на принципа на двигател с вътрешно горене. Технологията открива възможност за намаляване на цената на квантовите компютри и създаване на нови квантови устройства.
Екип от изследователи на университета Аалто, ръководен от Мико Мьотьонен, разработи подход, който използва свръхпроводници за създаване на квантов аналог на топлинен двигател.
Устройството е способно да преобразува топлинната енергия в механично движение, подобно на работата на двигател с вътрешно горене, поясняват учените в статия, публикуване на уебсайта на университета.
„Това е първата демонстрация на цикличната работа на квантов топлинен двигател в свръхпроводяща верига”, казва Туомас Уусняки, научен сътрудник в университета Аалто.
Според него, двигателят ще реши „голям брой проблеми”. Преди всичко, ще ускори разработването на нови охладителни системи за квантови компютри и значително ще намали цената им. Технологията също така отваря възможности за създаване на нови видове квантови устройства.
Хиляди логически кубити без кабели
Устройството, с размери само няколко милиметра, се състои от един кубит, резонатор и квантов охладител. То работи, като преобразува малки количества топлинна енергия, загубени от квантовата система, в полезна работа.
Квантовият охладител е конфигуриран да нагрява или охлажда кубита според нуждите. Контролирането на топлопреноса в квантовия свят е постигнато чрез комбиниране на трансмонен кубит с квантов хладилник, което прави решението по-просто и удобно за използване.
За сравнение, конвенционалните топлинни двигатели имат отделни резервоари за студ и топлина.
Финландската стратегия за квантовите изчисления има за цел да създаде машина с хиляда логически кубити до 2035 г. Това вероятно ще изисква стотици хиляди физически кубити, което с настоящите технологии означава използване на микровълнови кабели, струващи милиони евро всеки, а освен това въвеждат смущения в системата.
„С помощта на автономни устройства кабелите ще станат практически ненужни”, казва ръководителят на изследователския екип Мико Мьотьонен.
Създаване на квантови двигатели и други устройства
Термичните двигатели, като парните, преобразуват топлинна енергия и задвижват автомобили, кораби и самолети. Изследователи по целия свят се опитват да намерят отговор на въпроса дали същите принципи биха могли да работят в квантовия свят, където мащабът е по-малък от атомите.
През септември 2023 г. физици от Китайската академия на науките публикуваха в Nature резултати от изследване, което доказва, че висока степен на квантово заплитане увеличава ефективността на генериране на полезна енергия.
В статия, публикувана също през 2023 г., японски физици съобщиха за разработката на двигател, базиран на кондензат Бозе-Айнщайн. Той използва свойствата на квантов газ вместо топлина и постига ефективност от 25%.
През март 2026 г. австралийски учени, използвайки квантови ефекти, създадоха прототип на батерия, която след по-нататъшна разработване ще може да се зарежда почти мигновено и безжично. Лазерната технология би могла, например, да позволи зареждане на батериите на дрон или електрическо превозно средство, докато са в движение.
