Maailman ensimmäinen suprajohtava kvanttilämpömoottori27.07.2026
Saavutus parantaa ymmärrystä siitä, miten termodynamiikan periaatteita sovelletaan kvanttimaailmassa mutta avaa myös tien suurempiin kvanttitietokoneisiin. Kehitetty suprajohtava moottori valjasti ultrakylmissä kvanttiolosuhteissa esiintyvän pienen määrän lämpöä tuottaakseen syklisesti positiivista työtä, mikä on ollut kvantti-insinöörien pitkään tavoittelema tavoite. Laite tarjoaa vankan todisteen suprajohtavien lämpömoottoreiden konseptista, jota voitaisiin käyttää kvanttitietokoneiden teknologian parantamiseen. Akatemiaprofessori Mikko Möttösen johtama tutkimus julkaistiin Nature Communications –lehdessä. ”Kokeessamme rakensimme nanorakenteisen lämpömoottorin suprajohtavien piirien avulla ja käytimme sitä kryostaatissa lähellä absoluuttista nollapistettä. Sen ytimessä on transmoni-kubitti, yksi nykyaikaisten kvanttiteknologioiden peruspilareista”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Tuomas Uusnäkki. Yhdistämällä transmoni-kubitin kvanttipiirijäähdyttimeen tiimi saattoi ohjata lämmön virtausta kvanttitasolla ja osoittaa, että se voidaan muuntaa mitattavaksi työksi. Toisin kuin tyypillinen lämpömoottori, joka käyttää erillisiä kuumia ja kylmiä lähteitä, kvanttilämpömoottori käyttää kvanttijääkaappia sekä lämmön että kylmän tuottamiseen. ”Kvanttipiirijäähdyttimemme voidaan virittää sekä lämmittämään että jäähdyttämään kubittia tarpeen mukaan. Käyttämällä huolellisesti ajoitettuja ohjauspulsseja ajoitimme moottoria Otto-syklissä ja seurasimme kubitin tilaa moottorin käydessä”, Uusnäkki selittää. Tutkijat havaitsivat, että syklin kubitin läpi virtaava lämpö tuotti positiivista työtä. Tiimi työskentelee parhaillaan suunnitelmansa parantamiseksi ja pyrkii luomaan täysin autonomisen lämpömoottorin, joka voisi esimerkiksi lukea kubitteja ilman, että mikroaaltopulssia tarvitsee nostaa millikelvinistä huoneenlämpöön. Suprajohtavassa piirissä oleva autonominen moottori voisi tulevaisuudessa vähentää suuren kubittimäärän tietokoneiden kustannuksia ja monimutkaisuutta. ”Suomen kvanttiteknologiastrategiassa visioidaan vuoteen 2035 mennessä kvanttitietokonetta, jossa on tuhat loogista kubittia, mikä todennäköisesti tarkoittaa satojatuhansia fyysisiä kubitteja. Nykyteknologialla tämän toteuttaminen vaatisi miljoonia mikroaaltokaapeleita, joiden kappalehinta on tuhansia euroja. Kaapelit tuovat järjestelmään myös kohinaa. Autonomisten laitteiden käyttö poistaisi näiden kaapeleiden tarpeen suurimmaksi osaksi”, Möttönen sanoo. Aiheesta aiemmin: Vauhtia kvanttilaskentaan uudella transmon-kubitilla Lähes ikiliikkuva aikakide voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Aalto-yliopiston tutkijat ovat osoittaneet maailman ensimmäisen syklisen kvanttilämpömoottorin suprajohtavan piirin sisällä.