أول محرك حراري كمومي فائق التوصيل من ألتو

أظهر باحثون في جامعة ألتو أول محرك حراري كمومي دوري في العالم مبني داخل دائرة فائقة التوصيل، وفقاً لدراسة نشرت في Nature Communications في 14 أغسطس 2026. الجهاز، الذي يعمل قرب الصفر المطلق، أنتج شغلاً موجباً بشكل متكرر عن طريق تحويل كميات ضئيلة من الحرارة، مما يمثل إثباتاً لمفهوم المحركات الحرارية فائقة التوصيل التي قد تحسن تكنولوجيا الحوسبة الكمومية في المستقبل.

يجمع المحرك بين كيوبيت ترانزمون ورنان وثلاجة كمومية، جميعها مصنعة بتقنية النانو داخل دائرة فائقة التوصيل. بقيادة الأستاذ الأكاديمي ميكو موتونن، استخدم الفريق الثلاجة الكمومية لتسخين وتبريد الكيوبيت عند الطلب، مما يقود دورة أوتو - نفس العملية الديناميكية الحرارية المستخدمة في محركات السيارات - من خلال نبضات تحكم موقوتة بعناية. أكدت القياسات أن الحرارة المارة عبر الكيوبيت أثناء الدورة ولدت شغلاً موجباً.

تجمع هذه التجربة بين ميكانيكا الكم والديناميكا الحرارية، وتظهر كيف تتصرف العمليات الديناميكية الحرارية المألوفة عندما تكون التأثيرات الكمومية مثل النفق الكمومي والتشابك والتراكب موجودة. وفقاً للمؤلف الأول توomas أوسناكّي، فإن استخدام ثلاجة كمومية واحدة قابلة للتحكم كبيئتين ساخنة وباردة يجعل النظام أبسط وأكثر تنوعاً من المحركات الحرارية التقليدية التي تعتمد على خزانات ساخنة وباردة منفصلة.

يعمل الباحثون الآن على تحسين التصميم وتطوير محرك حراري مستقل تماماً. أحد التطبيقات المحتملة هو قراءة الكيوبتات دون نقل نبضات الميكروويف من درجات حرارة ميلي كلفن إلى درجة حرارة الغرفة. يلاحظ موتونن أن استراتيجية تكنولوجيا الكم في فنلندا تتصور حاسوباً كمومياً بألف كيوبت منطقي بحلول عام 2035، الأمر الذي قد يتطلب مئات الآلاف من الكيوبتات الفيزيائية وملايين من كابلات الميكروويف التي تكلف آلاف اليوروهات لكل منها. الأجهزة المستقلة المدمجة في الدوائر فائقة التوصيل يمكن أن تقلل التكلفة والتعقيد مع القضاء على الكثير من الضوضاء التي تسببها الكابلات.

أجريت التجربة باستخدام أوتانانو، البنية التحتية الوطنية للبحث في تكنولوجيا النانو والمايكرو والكم في فنلندا. جاء التمويل من مجلس البحوث الفنلندي والمؤسسة الثقافية الفنلندية.