Isı motorları sanayi devrimine güç verdi; ısıyı faydalı işe dönüştürdüler. Şimdi fizikçiler, süper iletken bir devre içinde ilk döngüsel kuantum ısı motorunu inşa etti — mutlak sıfıra yakın ortamdaki minik ısıyı pozitif işe dönüştüren küçücük bir cihaz.

Aalto Üniversitesi'nde Akademi Profesörü Mikko Möttönen liderliğindeki ve Nature Communications'da yayımlanan deney, modern kuantum bilgisayarlarının temel yapı taşlarından biri olan bir transmon kübiti, kuantum devre buzdolabına bağlıyor. Ayrı sıcak ve soğuk rezervuarlara ihtiyaç duyan klasik bir motordan farklı olarak, kuantum buzdolabı kübidi talep üzerine hem ısıtacak hem soğutacak şekilde ayarlanabiliyor. Ekip, dikkatle zamanlanmış kontrol darbeleriyle cihazı, otomobil motorlarına güç veren termodinamik sürecin aynısı olan Otto çevrimiyle çalıştırdı ve kübit üzerinden akan ısının pozitif iş ürettiğini gözlemledi.

"Bu, süper iletken devrelerde döngüsel bir kuantum ısı motorunun ilk deneysel gösterimi," diyen ilk yazar Tuomas Uusnäkki, "Motorun hem sıcak hem soğuk ortamı olarak tek bir kontrol edilebilir kuantum buzdolabı kullanmak, onu daha basit ve daha çok yönlü kılıyor" diye ekledi.

Ekibin motivasyonu pratik: Çip üzerinde tamamen otonom bir motor, mikrodalga darbelerini milikelvin sıcaklıklardan oda sıcaklığına taşımak zorunda kalmadan kibitleri okuyabilir. Bugün Finlandiya'nın 2035'e kadar bin mantıksal kübitli bir kuantum bilgisayar hedefi, muhtemelen yüz binlerce fiziksel kübit gerektirecek — ve mevcut teknolojiyle, her biri binlerce avroya mal olan milyonlarca mikrodalga kablosu. Kablolar ayrıca gürültü de enjekte ediyor. Möttönen, "Bunun yerine otonom cihazlar kullanmak bu kablolara olan ihtiyacı büyük ölçüde ortadan kaldırır" dedi.

Kuantum hesaplamanın ötesinde, sonuç kuantum termodinamiğinin genç alanını ilerletiyor — kuantum mekaniğinin dolanıklık ve süperpozisyon gibi tuhaf olgularının, klasik motorların sağlam kesinlikleriyle nasıl karıştığı. Araştırmacılar, Finlandiya'nın nano, mikro ve kuantum teknolojisi ulusal araştırma altyapısı OtaNano'nun tesislerini kullandı.

Kaynaklar