Nyheter

Forskare bygger värmeventiler av kvantbitar

Forskare vid Aalto-universitetet undersöker om kvantvärmemaskiner på nanoskala kan vara mer effektiva än konventionella maskiner.
Tunable quantum heat valve

I en artikel publicerad i prestigefyllda Nature Physics presenterar forskningsgruppen, ledd av professor Jukka Pekola, hur kvantsystem interagerar och utbyter energi med sin makroskopiska omgivning samt inom systemet självt. Pekolas grupp undersöker system där kvantinformation och termodynamiska fenomen förekommer samtidigt.

”Vi har konstruerat en värmeventil i miniatyr byggt av en artificiell atom, en supraledande kvantbit, eller qubit– byggstenen för både kvantdatorer och kvantvärmemaskiner”, förklarar professor Pekola.

I kvantdatorer måste qubitarna kopplas bort från den brusiga omvärlden för att bibehålla ett skört kvanttillstånd, men i kvantvärmemaskiner måste systemet kopplas ihop med sin omgivning så att värmen kan överföras.

Ett särskilt förbryllande problem kvarstår: hur kan ett kvantsystem anslutet till externa värmekällor uppnå termisk jämvikt när värme rör sig mellan system med hjälp av enskilda fotoner?

”Vi styr en qubit med hjälp av ett magnetfält, så att vi kan använda den som en styrventil. Vi låter antingen fotoner, som fungerar som behållare för värmen, passera igenom qubiten eller så blockerar vi deras flöde, förklarar forskaren Alberto Ronzani, försteförfattare till artikeln.

En kvantvärmemaskin kan omvandla värmeenergi till elektrisk eller mekanisk energi - eller omvänt, användas som kylare.

”Vårt arbete visar hur en värmeventil kan fungera i vissa specifika fall. Vi strävar efter att förstå hur kvantkylare och -värmemaskiner fungerar, genom att kombinera experimentella och teoretiska insatser, men har ännu inte kunnat få en helhetsbild av överföringen mellan förlustfria system och system med total förlust. Det är en utmaning för framtiden”, säger Pekola.

Förutom Pekola och Ronzani består teamet av doktoranderna Bayan Karimi och Jorden Senior, doktor Joonas Peltonen samt Yu-Chen Chang och doktor ChiiDong Chen från National Taiwan University och Institute of Physics, Academia Sinica, i Taiwan, Republiken Kina, som bidragit med experimentellt arbete.

Jukka Pekola leder spetsforskningsenheten för kvantteknologi, finansierad av Finlands akademi. Den experimentella forskningen utfördes vid den nationella forskningsinfrastrukturen OtaNano för mikro-, nano- och kvantteknologi i Finland.

Forskningsartikel: A. Ronzani, B. Karimi, J. Senior, Y.-C. Chang, J.T. Peltonen, C.D. Chen, and J.P. Pekola: ‘Tunable photonic heat transport in a quantum heat valve’. Nature Physics 14:7 (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0199-4.

Mer information:
Jukka Pekola, akademiprofessor
[email protected]
tel. +358 50 344 2697

Bild: Jorden Senior / Aalto University

  • Publicerat:
  • Uppdaterad:
Dela
URL kopierat

Relaterade nyheter

Photo: Koite Health.
Pressmeddelanden Publicerat:

Ny metod för att döda skadliga tandbakterier – till nytta i synnerhet för cancerpatienter och diabetiker

Den trygga metoden, utvecklad av finländska forskare, grundar sig på fotodynamisk terapi med dubbelljus. Metoden stör inte munnens normala bakterieflora och leder inte heller till resistens.
Aalto-yliopiston kampus
Pressmeddelanden Publicerat:

Aalto-universitetet har på 10 år skapat ett kompetenskluster i världsklass

Aalto-universitetet har fört samman vetenskap, konst, teknik och ekonomi på Otnäs campus och hör nu till världstoppen inom sina fokusområden. Aalto firar sin 10-årsdag onsdagen den 8 januari 2020.
Starting Up Pic: Aalto University
Pressmeddelanden, Studier, Universitetet Publicerat:

Aalto-universitetet lanserar online-kurs i entreprenörskap så att världen inte går miste om bra idéer

Kursen Starting Up skapades i samarbete med studerande och den europeiska startup-gemenskapen och är Finlands nyaste bidrag till gratis undervisning efter succén med Elements of AI
Aalto-yliopistokiinteistöt ACRE toimitusjohtaja managing director Ville Jokela Kuva: Kalle Kataila
Utnämningar, Campus, Pressmeddelanden, Universitetet Publicerat: