Termiske kvantetransistorer:Udnyttelse af kvantemåling og feedback

Forskere er aktivt engageret i den dynamiske manipulation af kvantesystemer og materialer for at realisere betydelige energistyrings- og bevaringsgennembrud.

Denne bestræbelse har katalyseret udviklingen af ​​en banebrydende platform dedikeret til at skabe termiske kvantemaskiner og derved frigøre det fulde potentiale af kvanteteknologier i avancerede energiløsninger.

Er vi på forkant med en ny energistyringsenhed?

Det videnskabelige samfund har omdirigeret sit fokus mod at være banebrydende inden for kvantetermiske transistorers domæne - et sofistikeret apparat designet til præcisionsstyring af varmeoverførsel. I den ubarmhjertige jagt på optimal quantum device-ydeevne opstår der en bemærkelsesværdig udfordring inden for det indviklede afkølings- og miljøreguleringslandskab. De nuværende køleinfrastrukturer, især dem, der tager sigte på forskellige qubit-teknologier, især kvantecomputere, udgør betydelige udfordringer, hvilket intensiverer behovet for avantgardeløsninger.

I nutidig videnskabelig diskurs er kvantemålinger og -kontrol blevet afgørende i designet af kvantetermiske maskiner til avanceret energistyring. Disse indgreb kan hjælpe med at bevare sådanne enheders iboende kvanteegenskaber, samtidig med at de forhindrer deres uønskede overgang til en klassisk tilstand induceret af miljøinteraktioner, kendt som dekohærens.

Der opstår imidlertid en formidabel udfordring fra den potentielle introduktion af støj ved hjælp af målesonder, hvilket nødvendiggør innovative løsninger. Som svar på dette kritiske problem har vi introduceret en avanceret teoretisk ramme - den betingede termiske kvantetransistor. Dette paradigme gennemgår kontinuerlig overvågning orkestreret af dets miljømiljø.

For at forstå og analysere denne adfærd har vi udtænkt en omfattende stokastisk støjmodel, der afspejler den lille signalmodel, der anvendes i klassiske transistorer. Denne systematiske tilgang øger vores forståelse af den nuancerede dynamik, hvilket bidrager til forfining og optimering af kvantetermiske maskinarkitekturer. Vores resultater er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review B .

Hvad nytter en stokastisk model?

Efterhånden som enheder gennemgår miniaturisering, får deres følsomhed over for miljøpåvirkninger en større betydning, hvilket giver indsigt i de dynamiske ændringer i systemet. Manifestationen af ​​iboende fluktuationer, der stammer fra termisk støj, kombineret med uvedkommende forstyrrelser såsom målinger og feedbackkontrol, har dybt indflydelse på små enheder. Den forebyggende karakterisering af en sådan stokastisk adfærd er uvurderlig og giver en omfattende forståelse af de iboende operationelle begrænsninger, der er indlejret i disse enheder.

Modningen af ​​en funktionel termisk kvantetransistor forbliver på et begyndende stadium, hvilket nødvendiggør løbende forfining. Samtidig etablerer vores nuværende publikation en banebrydende ramme, og vores kommende forskning stræber efter at studere disse enheders komplekse dynamik, når de udsættes for feedbackkontrol gennem kontinuerlige målinger.

Det er afgørende at fremhæve, at kvantefeedback udviser særskilte egenskaber fra dens klassiske elektroniske modstykke. Derfor er en omfattende udforskning bydende nødvendig for at sikre den sømløse integration af kvantefeedback-mekanismer i termiske transistorer, hvilket baner vejen for fremkomsten af ​​innovative og højeffektive varmestyringssystemer.

Denne historie er en del af Science X Dialog, hvor forskere kan rapportere resultater fra deres publicerede forskningsartikler. Besøg denne side for at få oplysninger om ScienceX Dialog og hvordan du deltager.

Uthpala N. Ekanayake fik sin B.Sc. i elektrisk og elektronisk teknik (med førsteklasses udmærkelser) fra University of Peradeniya, Sri Lanka. I øjeblikket er hun ph.d.-kandidat og medlem af Advanced Computing and Simulations Laboratory ved Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Monash University, Australien under supervision af prof. Malin Premaratne.

Malin Premaratne tog flere grader fra University of Melbourne, herunder en B.Sc. i matematik, en B.E. i elektro- og elektronikteknik (med førsteklasses udmærkelse) og en ph.d. i henholdsvis 1995, 1995 og 1998. I øjeblikket er han fuld professor ved Monash University Clayton, Australien. Hans ekspertise centrerer sig om kvanteenhedsteori, simulering og design ved at bruge principperne for kvanteelektrodynamik. Professor Premaratnes unikke tilgang harmoniserer dyb teoretisk fysik med pragmatiske elektrotekniske metoder og etablerer en tværfaglig sammenhæng mellem grundlæggende fysik og translationel ingeniørteknologi. Han er anerkendt for sine betydelige bidrag til optik og fotonik og har modtaget adskillige stipendier, herunder Fellow of the Optical Society of America (FOSA), Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), Institute of Physics U.K. (FInstP) , Institution of Engineering and Technology U.K. (FIET) og Institute of Engineers Australia (FIEAust).

Flere oplysninger: Uthpala N. Ekanayake et al., Stokastisk model af støj for en termisk kvantetransistor, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.235421

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang B