Aalto создал первый сверхпроводящий квантовый тепловой двигатель

Исследователи из Университета Аалто продемонстрировали первый в мире циклический квантовый тепловой двигатель, созданный внутри сверхпроводящей цепи, согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications 14 августа 2026 года. Устройство, работающее вблизи абсолютного нуля, неоднократно производило положительную работу, преобразуя крошечные количества тепла, что стало подтверждением концепции сверхпроводящих тепловых двигателей, которые в будущем могут улучшить технологию квантовых вычислений.

Двигатель объединяет трансмонный кубит, резонатор и квантовый холодильник, все наноизготовленные в сверхпроводящей цепи. Под руководством академика Микко Мёттёнена команда использовала квантовый холодильник для нагрева и охлаждения кубита по требованию, приводя в действие цикл Отто — тот же термодинамический процесс, что и в автомобильных двигателях — с помощью тщательно синхронизированных управляющих импульсов. Измерения подтвердили, что тепло, проходящее через кубит во время цикла, генерировало положительную работу.

Этот эксперимент соединяет квантовую механику и термодинамику, показывая, как ведут себя знакомые термодинамические процессы при наличии квантовых эффектов, таких как туннелирование, запутанность и суперпозиция. По словам первого автора Туомаса Ууснякки, использование одного управляемого квантового холодильника в качестве и горячей, и холодной среды делает систему проще и универсальнее, чем обычные тепловые двигатели, которые полагаются на отдельные горячие и холодные резервуары.

Сейчас исследователи работают над улучшением конструкции и разработкой полностью автономного теплового двигателя. Одно из возможных применений — считывание кубитов без передачи микроволновых импульсов от милликельвиновых температур к комнатной температуре. Мёттёнен отмечает, что Финская стратегия квантовых технологий предполагает создание квантового компьютера с тысячей логических кубитов к 2035 году, что, вероятно, потребует сотен тысяч физических кубитов и миллионов микроволновых кабелей, каждый из которых стоит тысячи евро. Автономные устройства, интегрированные в сверхпроводящие цепи, могут снизить стоимость и сложность, а также устранить значительную часть шума, вносимого кабелями.

Эксперимент был проведен с использованием OtaNano, национальной исследовательской инфраструктуры Финляндии для нано-, микро- и квантовых технологий. Финансирование осуществлялось Исследовательским советом Финляндии и Финским культурным фондом.