Технології

З кубіта зробили квантовий тепловий двигун

Принцип роботи теплового двигуна лежить в основі безлічі пристроїв і відомий досить давно. Тепер фізики змогли створити квантовий тепловий двигун з кремнієвого кубіта.

Дослідники з Японії, США та України вивчали кремнієві кубіти і виявили, що їх поведінка за певних умов схожа на поведінку теплового двигуна.

Image by Pixabay

Вивчення термодинаміки на квантовому рівні відкриває надзвичайні можливості. Наприклад, за допомогою цієї технології можна створити квантові теплові двигуни, які будуть ефективніше від класичних. Однак все дослідження цієї проблеми дотепер були лише теоретичними. Одна з проблем полягає в тому, що створювані сьогодні кремнієві кубіти «гарячі», тобто працюють при температурі в кілька кельвінів. Через такі «високі» температури квантові системи складніше контролювати і описувати.

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Physical Review Letters, досліджували тунельний польовий транзистор на основі кремнію з введеними в нього домішками. Під дією електричної напруги джерела струму домішки в матеріалі починають переміщатися між поверхнею і внутрішньою частиною. В результаті виникає система з двома енергетичними рівнями.

Вчені змогли управляти пристроєм, змінюючи напругу затвора і по-різному заповнюючи тим самим обидва енергетичних рівня. Дослідники також навчилися регулювати зазор між енергетичними рівнями, модулюючи частоту і амплітуду магнітних полів. В результаті систему можна було циклічно приводити в збуджений стан або в основне. Ця поведінка зазвичай властива класичним тепловим двигунам.

Але є і деякі відмінності між роботою нового квантового пристрою та класичного теплового двигуна. Зокрема, у квантовій версії системи відсутні області з різною температурою. Їх роль виконують контакти з високою і низькою напругою, до яких підключений кубіт. За словами вчених, на макроскопічному рівні такий пристрій навряд чи був би корисним, але квантовий тепловий двигун міг би стати основою, наприклад, лазерів нового покоління.

Натхнення: www.popmech.ru

Кнопка «Наверх»