Aalto presenta il primo motore termico quantistico superconduttore

I ricercatori dell'Università di Aalto hanno dimostrato il primo motore termico quantistico ciclico al mondo costruito all'interno di un circuito superconduttore, secondo uno studio pubblicato su Nature Communications il 14 agosto 2026. Il dispositivo, che opera vicino allo zero assoluto, ha prodotto ripetutamente lavoro positivo convertendo piccole quantità di calore, segnando una prova di concetto per i motori termici superconduttori che potrebbero in futuro migliorare la tecnologia del calcolo quantistico.

Il motore combina un qubit transmon, un risonatore e un frigorifero quantistico, tutti nanofabbricati all'interno di un circuito superconduttore. Guidato dal professor Mikko Möttönen, il team ha utilizzato il frigorifero quantistico sia per riscaldare che per raffreddare il qubit su richiesta, guidando un ciclo di Otto—lo stesso processo termodinamico usato nei motori delle automobili—attraverso impulsi di controllo attentamente temporizzati. Le misurazioni hanno confermato che il calore che attraversa il qubit durante il ciclo genera lavoro positivo.

Questo esperimento collega la meccanica quantistica e la termodinamica, mostrando come i processi termodinamici familiari si comportano quando sono presenti effetti quantistici come tunneling, entanglement e sovrapposizione. Secondo il primo autore Tuomas Uusnäkki, l'uso di un singolo frigorifero quantistico controllabile sia come ambiente caldo che freddo rende il sistema più semplice e versatile rispetto ai motori termici convenzionali, che si affidano a serbatoi caldi e freddi separati.

I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare il progetto e sviluppare un motore termico completamente autonomo. Una potenziale applicazione è la lettura dei qubit senza trasportare impulsi a microonde da temperature millikelvin a temperatura ambiente. Möttönen nota che la Strategia tecnologica quantistica della Finlandia prevede un computer quantistico con mille qubit logici entro il 2035, che richiederebbe probabilmente centinaia di migliaia di qubit fisici e milioni di cavi a microonde che costano migliaia di euro ciascuno. Dispositivi autonomi integrati nei circuiti superconduttori potrebbero ridurre sia i costi che la complessità, eliminando gran parte del rumore introdotto dai cavi.

L'esperimento è stato condotto utilizzando OtaNano, l'infrastruttura di ricerca nazionale finlandese per la nano, micro e quantum technology. Il finanziamento è arrivato dal Consiglio della ricerca finlandese e dalla Fondazione culturale finlandese.