Группа ученых из Финляндии предложила способ превратить сверхпроводящие материалы в полноценный тепловой двигатель микроскопического масштаба. Это устройство способно либо перекачивать тепловую энергию между точками, либо трансформировать ее в направленное движение. По словам представителей Университета Аалто, данный шаг критически важен для разработки продвинутых систем отвода тепла от чипов квантовых вычислительных машин, сообщает ТАСС.
Руководитель исследования Туомас Ууснякки пояснил суть достижения. Специалистам удалось запустить работу такого микромотора в постоянном циклическом режиме. При этом архитектура установки оказалась на удивление простой: она базируется всего на одном элементе, который выполняет роль квантового охладителя. Такая простота конструкции открывает путь к масштабированию технологии для решения широкого круга прикладных задач.
В современной физике поиск методов управления теплом внутри микросхем стоит очень остро. Если научиться эффективно транспортировать лишнюю энергию внутри квантовой системы, это решит сразу две глобальные проблемы. Во-первых, это позволит защитить хрупкие вычисления от случайных сбоев, вызванных перегревом. Во-вторых, на базе таких тепловых потоков можно будет конструировать принципиально новые типы измерительных приборов — сенсоров.
Ранее научное сообщество уже фиксировало работу подобных тепловых установок на разных физических принципах. Однако все они страдали одним недостатком: их работа была хаотичной или однократной. Ученым никак не удавалось добиться замкнутого цикла, похожего на то, что происходит под капотом автомобиля (цикл Отто), где газ последовательно сжимается, горит, расширяется и остывает.
Коллективу под началом профессора Микко Меттенена удалось преодолеть этот барьер. Они собрали установку, соединив трансмонный кубит (популярный тип ячеек памяти) с особым сверхпроводящим контуром, играющим роль холодильника. Охлаждение здесь достигается за счет эффекта прохождения электронов сквозь структуру.
Главная хитрость заключалась в настройке связи между памятью и охладителем. Управляя ими короткими импульсами микроволнового излучения, физики добились того, что холодильник может по команде либо отдавать тепло кубиту, либо вытягивать его наружу.
Это открывает большие перспективы для инженерии. В будущем блоки считывания информации можно будет ставить вплотную к самим вычислительным элементам. Сейчас их приходится держать на расстоянии, чтобы избежать нагрева датчиков, но это создает потери сигнала. Прямое соседство упростит архитектуру огромных процессоров на сотни тысяч кубитов и уберет лишние шумы, тормозящие развитие технологий.
Изображение: разработано Мagnific.
