Superledende qubits kan fungere som kvantemotorer

(Phys.org) – Fysikere har vist, at superledende kredsløb – kredsløb, der har nul elektrisk modstand – kan fungere som stempellignende mekaniske kvantemotorer. Det nye perspektiv kan hjælpe forskere med at designe kvantecomputere og andre enheder med forbedret effektivitet.

Fysikerne, Kewin Sachtleben, Kahio T. Mazon, og Luis G. C. Rego ved Federal University of Santa Catarina i Florianópolis, Brasilien, har udgivet et papir om deres arbejde med superledende qubits i et nyligt nummer af Fysiske anmeldelsesbreve.

I deres undersøgelse, fysikerne forklarer, at superledende kredsløb funktionelt svarer til kvantesystemer, hvor kvantepartikler tunnelerer i en dobbeltkvantebrønd. Disse brønde har evnen til at oscillere, hvilket betyder, at brøndens bredde ændres gentagne gange. Når dette sker, systemet opfører sig lidt som et stempel, der bevæger sig op og ned i en cylinder, som ændrer cylinderens volumen. Denne oscillerende adfærd gør det muligt at udføre arbejde på systemet. Forskerne viser, at i dobbeltkvantebrønden, en del af dette arbejde kommer fra kvantekohærent dynamik, hvilket skaber friktion, der mindsker arbejdsydelsen. Disse resultater giver en bedre forståelse af sammenhængen mellem kvantearbejde og klassisk termodynamisk arbejde.

"Skelnen mellem 'klassisk' termodynamisk arbejde, ansvarlig for befolkningsoverførsel, og en kvantekomponent, ansvarlig for at skabe sammenhæng, er et vigtigt resultat, " fortalte Mazon Phys.org . "Skabelsen af ​​sammenhænge, på tur, genererer en lignende effekt som friktion, forårsager en ikke-helt reversibel drift af motoren. I vores arbejde har vi været i stand til at beregne reaktionskraften forårsaget på kvantestempelvæggen på grund af skabelsen af ​​sammenhænge. I princippet kan denne kraft måles, udgør således den eksperimentelle mulighed for at observere fremkomsten af ​​sammenhænge under driften af ​​kvantemotoren."

En af de potentielle fordele ved at se superledende qubits som kvantemotorer er, at det kan give forskere mulighed for at inkorporere kvantekohærent dynamik i fremtidige teknologier, især kvantecomputere. Fysikerne forklarer, at en lignende adfærd kan ses i naturen, hvor kvantekohærens forbedrer effektiviteten af ​​processer såsom fotosyntese, lyssansning, og andre naturlige processer.

"Kvantemaskiner kan have applikationer inden for kvanteinformation, hvor energien af ​​kvantekohærens bruges til at udføre informationsmanipulation i kvanteregimet, " sagde Mazon. "Det er værd at huske på, at selv fotosyntese kan beskrives i henhold til arbejdsprincipperne for en kvantemaskine, Så optrævlingen af ​​kvantetermodynamikkens mysterier kan hjælpe os til bedre at forstå og fortolke forskellige naturlige processer."

© 2017 Phys.org