Suprajohtava kvanttilämpökone voi pienentää tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hintalappua merkittävästi.
Aalto-yliopiston tutkijat ovat rakentaneet maailman ensimmäisen syklisen ja suprajohtavan kvanttilämpökoneen.
Millimetrien kokoinen laite koostuu transmon-kubitista eli kvanttibitistä, resonaattorista ja kvanttijäähdyttimestä.
Suprajohtava kone muuttaa lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytetyn kvanttijärjestelmän häviävän pieniä lämpöenergiamääriä käyttökelpoiseksi työksi.
Kone on ensimmäinen osoitus siitä, että suprajohtavia lämpökoneita voisi tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden kehittämiseen.
Akatemiaprofessori Mikko Möttösen johtaman ryhmän tutkimus on julkaistu Nature Communications -lehdessä.
Kylmän ja lämpimän varastot samassa paketissa
Tutkijat onnistuivat hallitsemaan lämmön siirtymistä kvanttimaailmassa yhdistämällä transmon-kubitin kvanttijäähdyttimeen. Tavallisissa lämpökoneissa on erilliset kylmän ja lämpimän varastot, mutta kvanttijäähdyttimessä ne ovat samassa paketissa.
Kvanttijäähdyttimen voi säätää joko lämmittämään tai jäähdyttämään kubittia tarpeen mukaan.
”Ohjasimme lämpökonetta tarkasti ajoitetuilla pulsseilla niin sanotussa Otto-syklissä ja mittasimme, miten kubitin tila muuttui koneen käydessä”, kuvailee tutkija Tuomas Uusnäkki.
Näin tutkijat havaitsivat, että kubitin läpi virtaava lämpöenergia teki työtä.
Syklisen kvanttilämpökoneen toiminta suprajohtavassa piirissä osoitettiin ensimmäisen kerran.
”Se, että yksi kvanttijäähdytin hoitaa sekä lämmittämisen että jäähdyttämisen, tekee ratkaisusta yksinkertaisemman ja käyttökelpoisemman.”
Tavoitteena itsenäinen lämpökone
Tutkijoiden tavoitteena on rakentaa täysin autonominen eli itsenäinen lämpökone, jota voisi käyttää esimerkiksi kubittien tilan lukemiseen ilman, että niissä kulkeva mikroaaltopulssi pitää tuoda millikelvinien lämpötilasta huoneenlämpöön.
Suprajohtavaan piiriin rakennetut autonomiset lämpökoneet voivat esimerkiksi pienentää tulevaisuuden kvanttitietokoneiden hintalappua.
Suomen kvanttiteknologiastrategia tavoittelee tuhannen loogisen kubitin konetta vuoteen 2035 mennessä.
”Se todennäköisesti vaatii satoja tuhansia fyysisiä kubitteja, mikä nykytekniikalla tarkoittaa miljoonia tuhat euroa kappale maksavia mikroaaltokaapeleita, jotka myös lisäävät järjestelmään kohinaa”, Mikko Möttönen sanoo.
”Autonomisia laitteita käyttämällä kaapeleita ei juuri tarvittaisi.”
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
