Suprajohtavia johteita ja koneita

Ilman kvanttitilojen kykyä ylläpitää lomittumista ja superpositiota ulkoisen ohjauksen alaisena, tulevat kvanttiteknologiat, jotka ylittävät klassiset vastineensa, olisivat pelkkä unelma.

Mutta vaikka tutkijat tietävät, että kvanttikoherenssi on avain esimerkiksi kvanttianturien ja kvanttitietojärjestelmien toiminnalle, on vähemmän selvää, miten se voi vaikuttaa termodynaamisiin laitteisiin, kuten kvanttilämpökoneisiin.

Jo vuonna 2019 Yhdistyneen kuningaskunnan ja Israelilaiset tutkijat esittelivät luoneensa pieniä kvanttikoneita synteettisen timantin lohkossa ja osoittaneet, että elektroninen superpositio voi lisätä niiden tehoa yli klassisten laitteiden. Nykyään ennusteet indikoivat, että kvanttikoherenssin käyttöönotto kvanttilämpökoneissa voi merkittävästi vähentää kitkaa näissä järjestelmissä.

Nyt Hiroyasu Tajima University of Electro-Communications ja Ken Funo RIKEN-tutkimusklusterista, molemmat Japanissa, ovat ottaneet askeleen kohti vastausta tähän kysymykseen tarkastelemalla, kuinka kvanttikoherenssi vaikuttaa "kitkaan" kvanttilämpökoneessa.

Tajima ja Funo sanovat, että tulokset voivat auttaa tutkijoita rakentamaan tulevaisuuden kvanttilämpökoneita, jotka ovat tehokkaampia kuin nykyiset klassiset koneet. Niitä voidaan käyttää kvanttijärjestelmien jäähdyttämiseen tai energian kuljettamiseen nanomittakaavan laitteissa.

Tämä "kvanttivoitelu" johtaa "suprajohtavaan", häviöttömään lämmönvirtaukseen nopeiden konesyklien aikana, mikä mahdollistaa lämpökoneen maksimaalisen hyötysuhteen näissä käyttöolosuhteissa – sellainen ei ole mahdollista klassisissa koneissa.

Tutkijat rakensivat energiatieteen sovelluksena kvanttilämpökoneen syklin, joka ylittää klassisiin koneisiin sidotun tehohyötysuhteen kompromissin ja saavuttaa tehokkaasti Carnot-hyötysuhteen rajallisella teholla nopeissa jaksoissa.

Nanobitteja-sivuston uusin katsausartikkeli tarkastelee sähkötekniikan ja elektroniikan sovellusalueille suunnattuja supratekniikan uusia avauksia.