Ученые из Университета Аалто в Финляндии продемонстрировали первый в мире циклический квантовый тепловой двигатель, работающий внутри сверхпроводящей цепи. Устройство использует крайне небольшое количество тепла, получаемого от квантового холодильника, преобразуя его в полезную работу. По мнению авторов исследования, технология способна стать важным шагом на пути к созданию более доступных и масштабируемых квантовых компьютеров.
Сегодня для работы квантовых вычислительных систем требуются тысячи дорогостоящих микроволновых кабелей, соединяющих кубиты с управляющей электроникой. В перспективных системах с сотнями тысяч физических кубитов их количество может исчисляться миллионами, что существенно увеличивает стоимость оборудования и одновременно создает дополнительные источники шума, снижающие стабильность вычислений.
Чтобы решить эту проблему, исследователи предложили использовать автономные квантовые устройства, которым не потребуется постоянное управление через внешние кабели. Основой такого подхода стал миниатюрный тепловой двигатель, построенный на базе трансмонного кубита, сверхпроводящего резонатора и квантового холодильника. Устройство работает по циклу Отто — тому же термодинамическому принципу, который используется в автомобильных двигателях, но реализованному на квантовом уровне при температурах, близких к абсолютному нулю.
Во время эксперимента ученые показали, что квантовый холодильник способен не только охлаждать, но и нагревать кубит, создавая необходимые условия для работы двигателя. Это позволило управлять потоком тепла внутри сверхпроводящей схемы и подтвердить возможность выполнения измеримой полезной работы в квантовом масштабе.
Авторы исследования считают, что в будущем подобные автономные устройства смогут выполнять отдельные операции с кубитами без использования большого количества микроволновых линий управления. Такой подход не только снизит стоимость квантовых компьютеров, но и поможет сделать их более компактными, надежными и проще в масштабировании до систем с тысячами логических кубитов.
