阿尔托大学推出首台超导量子热机

阿尔托大学的研究人员展示了世界上首台构建在超导电路中的循环式量子热机，该研究于2026年8月14日发表在《自然通讯》上。该装置在接近绝对零度下运行，通过转换微小热量反复产生正功，标志着超导热机概念验证的成功，未来有望改进量子计算技术。

该热机结合了transmon量子比特、谐振器和量子制冷机，全部在超导电路内纳米制造而成。由学院教授Mikko Möttönen领导的团队利用量子制冷机按需加热和冷却量子比特，通过精心定时的控制脉冲驱动奥托循环——与汽车发动机相同的热力学过程。测量证实，循环过程中通过量子比特的热量产生了正功。

这项实验将量子力学与热力学联系起来，展示了当存在隧穿、纠缠和叠加等量子效应时，熟悉的热力学过程如何表现。根据第一作者Tuomas Uusnäkki的说法，使用单个可控量子制冷机同时作为热源和冷源，使系统比依赖独立热源和冷源的常规热机更简单、更通用。

研究人员目前正在改进设计，并开发完全自主的热机。一个潜在应用是在不将微波脉冲从毫开尔文温度传输到室温的情况下读取量子比特。Möttönen指出，芬兰的量子技术战略设想到2035年实现具有一千个逻辑量子比特的量子计算机，这可能需要数十万个物理量子比特和数百万根微波电缆，每根成本数千欧元。集成到超导电路中的自主设备可以降低成本和复杂性，同时消除电缆引入的大量噪声。

该实验利用芬兰国家纳米、微米和量子技术研究基础设施OtaNano进行。资金来自芬兰研究委员会和芬兰文化基金会。