Los investigadores de la Universidad de Aalto están diseñando motores de calor cuántico de tamaño nano para explorar si pueden superar a los motores de calor clásicos en términos de potencia y eficiencia.
En su artículo, publicado en Física de la naturaleza , el grupo dirigido por la profesora Jukka Pekola presenta una forma de resolver un problema en la forma en que los sistemas cuánticos interactúan e intercambian energía con su entorno macroscópico y dentro de sí mismos. El grupo se esfuerza por tratar la información cuántica y la termodinámica en pie de igualdad en su investigación.
'Hemos realizado una válvula de calor en miniatura en un sistema cuántico compuesto por un átomo artificial, un qubit superconductor, el componente básico de la computación cuántica y los motores de calor cuántico', explica el profesor Pekola.
Mientras que en las computadoras cuánticas, el qubit tiene que estar desacoplado del ruidoso mundo externo para mantener un estado cuántico frágil, en los motores de calor cuántico, el sistema debe estar acoplado a su entorno disipativo, a baños de calor.
Un problema particularmente desconcertante es el proceso de termalización cuando se conectan fuentes de calor externas o 'baños termales' a un sistema cuántico coherente o qubit. En última instancia, el calor se intercambia entre estos sistemas mediante la emisión de fotones, uno por uno.
"Usando un qubit controlado por un campo magnético como una" válvula ", podemos bloquear o liberar el flujo de fotones que llevan el calor a través del qubit entre dos" baños de calor "formados por resistencias metálicas", explica el Dr. Alberto Ronzani, el autor principal del artículo.
Un motor de calor cuántico transforma el calor en trabajo útil o, a la inversa, funciona como un refrigerador.
'Nuestro trabajo demuestra cómo puede funcionar una válvula de calor en ciertos casos. Nuestro objetivo es comprender, combinando esfuerzos experimentales y teóricos, cómo funcionan los refrigeradores cuánticos y los motores de calor, pero aún no hemos presentado una imagen general del cruceentre sistemas no disipativos y sistemas totalmente disipativos. Eso es un desafío para el futuro ", dice Pekola.
Además de Pekola y Ronzani, el equipo está formado por los estudiantes de doctorado Bayan Karimi y Jorden Senior, el Dr. Joonas Peltonen y los colaboradores adicionales Yu-Cheng Chang y el Dr. ChiiDong Chen de la Universidad Nacional de Taiwán y el Instituto de Física, Academia Sinica, en Taiwán, República de China, con contribuciones experimentales a este trabajo.
Jukka Pekola dirige Quantum Technology Finland - Centro de excelencia financiado por la Academia de Finlandia. La investigación experimental se llevó a cabo en la infraestructura de investigación nacional OtaNano para tecnologías micro, nano y cuánticas en Finlandia.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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