O osiągnięciu fińskich naukowców można przeczytać w „Nature Communications”.
Komputery kwantowe
Komputery kwantowe wciąż znajdują się na wczesnym etapie rozwoju, ale wiele firm i instytucji badawczych inwestuje w tę technologię, widząc w niej potencjał do rozwiązania problemów niedostępnych dla klasycznych komputerów. Jedną z największych przeszkód pozostaje jednak precyzyjna kontrola bardzo delikatnych układów kwantowych.
Fiński eksperyment pokazuje nowy sposób zarządzania energią w takich systemach.
Silnik, który działa w świecie kwantów
Urządzenie stworzone przez naukowców z Uniwersytetu Aalto nie przypomina tradycyjnych silników znanych z samochodów czy elektrowni. Nie wykorzystuje paliwa ani ruchomych części. Jego działanie opiera się na zjawiskach zachodzących na poziomie kwantowym.
Układ pracuje w ekstremalnie niskiej temperaturze, blisko zera absolutnego. W takich warunkach pojawiają się właściwości materii, które pozwalają naukowcom kontrolować pojedyncze układy kwantowe.
Sercem urządzenia jest kubit typu transmon – element wykorzystywany również w wielu współczesnych komputerach kwantowych opartych na nadprzewodzących obwodach.
Kubit zastąpił klasyczny element silnika
W zwykłym silniku cieplnym energia jest zamieniana na pracę dzięki zmianom zachodzącym w czynniku roboczym, na przykład gazie. W fińskim eksperymencie tę rolę przejął kubit.
Naukowcy sterowali jego poziomem energii za pomocą specjalnych impulsów, tworząc kwantową wersję cyklu Otto – procesu, który jest podstawą działania wielu klasycznych silników spalinowych. Dzięki temu urządzenie mogło wielokrotnie wykonywać pełny cykl pracy i zamieniać energię cieplną na użyteczną pracę w kontrolowany sposób.
Eksperyment potwierdził teorię
Kluczowym elementem badań było dokładne mierzenie kolejnych etapów działania urządzenia. Naukowcy sprawdzali, ile energii układ pobiera oraz ile pracy jest w stanie wygenerować.
Wyniki były zgodne z wcześniejszymi przewidywaniami fizyków. Oznacza to, że udało się stworzyć działający kwantowy silnik cieplny w nadprzewodzącym obwodzie.
To ważny krok, ponieważ do tej pory podobne rozwiązania istniały głównie jako koncepcje teoretyczne lub były realizowane w innych systemach fizycznych.
Nie chodzi o produkcję energii, ale o rozwój technologii
Fiński wynalazek nie powstał po to, aby zastąpić klasyczne silniki lub produkować energię na skalę przemysłową. Jego znaczenie jest przede wszystkim technologiczne.
Badacze pokazali, że możliwe jest precyzyjne kontrolowanie procesów cieplnych w nadprzewodzących układach kwantowych. To właśnie takie obwody są dziś jedną z najważniejszych technologii wykorzystywanych przy budowie komputerów kwantowych.
Lepsze zarządzanie energią w tych systemach może w przyszłości pomóc tworzyć bardziej stabilne i zaawansowane urządzenia.
Kolejny krok w rozwoju komputerów kwantowych
Jednym z największych wyzwań komputerów kwantowych jest utrzymanie stabilności kubitów oraz kontrolowanie coraz większej liczby elementów jednocześnie.
Każdy przełom pozwalający lepiej sterować układami kwantowymi przybliża naukowców do budowy bardziej praktycznych urządzeń.
Fiński eksperyment nie oznacza jeszcze rewolucji na rynku technologii, ale pokazuje, że zasady klasycznej termodynamiki można skutecznie przenieść do świata kwantowego. W przyszłości podobne rozwiązania mogą stać się jednym z elementów infrastruktury potrzebnej do rozwoju komputerów nowej generacji.
Redaktor i popularyzator wiedzy związany z mediami od wielu lat. Specjalizuje się w tematyce zdrowia, psychologii, nauki, kultury i kwestii społecznych. Tworzy artykuły oraz quizy edukacyjne, których celem jest przekazywanie rzetelnych informacji w przystępny sposób. Interesuje się naukami o człowieku oraz współczesnymi trendami społecznymi i naukowymi.