أول محرك حراري كمي فائق التوصيل في العالم يمكنه تشغيل أجهزة كمبيوتر كمومية أكبر
بنى العلماء في جامعة آلتو في فنلندا أول محرك حراري دوري في العالم، يعمل داخل دائرة فائقة التوصيل ويستخدم كمية ضئيلة من الحرارة من الثلاجة الكمومية لتحويلها إلى عمل مفيد. يمكن أن يساعد هذا البحث في توفير آلاف اليورو عندما يتم بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تحتوي على آلاف الكيوبتات في المستقبل القريب. تهدف استراتيجية تكنولوجيا الكم في فنلندا إلى بناء حاسوب كمي يحتوي على ألف كيوبت منطقية بحلول عام 2035. وسيتطلب حاسوب كمي بهذا الحجم مئات الآلاف من الكيوبتات المادية، المتصلة ببعضها البعض عبر ملايين كابلات الموجات الدقيقة. تبلغ تكلفة كل كابل من هذه الكابلات ألف يورو، وفقًا لأسعار اليوم، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة مثل هذا الكمبيوتر الكمي. كان العلماء في جامعة آلتو قلقين أيضًا بشأن الضوضاء التي تسببها هذه البنية التحتية في إعداد النظام الكمي وتساءلوا عما إذا كان من الممكن استخدام نهج بديل. الجواب على هذه المشكلة هو بناء أجهزة مستقلة على المستوى الكمي، والتي يمكنها القضاء على تلك الكابلات تمامًا. ومع ذلك، لبناء جهاز مستقل بهذا الحجم، كان على العلماء بناء محرك حراري كمي أولاً. المحرك الحراري الكمي كانت المحركات الحرارية حاسمة في إحداث الثورة الصناعية. من السيارات إلى الطائرات، ومن السفن إلى محطات توليد الطاقة، توجد المحركات الحرارية في كل مكان. إنها تحول الحرارة إلى طاقة مفيدة يمكن تطبيقها للقيام بالعمل. وبينما قمنا ببناء محركات أكبر وأكبر في الماضي، أصبح الفيزيائيون الآن مفتونين بفكرة إمكانية تحقيق الديناميكا الحرارية الكلاسيكية على المقاييس الكمومية أيضًا. وقد حقق فريق بقيادة ميكو موتونن، أستاذ تكنولوجيا الكم في جامعة آلتو في فنلندا، هذا الإنجاز باستخدام كيوبت الإرسال، ومرنان، وثلاجة كمومية. وأوضح توماس أوسناكي، الذي شارك في بناء الجهاز: “في تجربتنا، قمنا ببناء محرك حراري مصنوع من مواد نانوية باستخدام دوائر فائقة التوصيل وقمنا بتشغيله في ناظم البرد بالقرب من الصفر المطلق”. أنشأ الفريق دورة أوتو، وهي نفس العملية الديناميكية الحرارية التي تعمل على تشغيل محركات السيارات داخل الدائرة فائقة التوصيل. نحو أجهزة مستقلة لمعرفة ما إذا كان المحرك الحراري يمكنه القيام بعمل قابل للقياس، قام الفريق بنقل الكيوبت إلى ثلاجة الدائرة الكمومية والتحكم في تدفق الحرارة على مقياس كمي. على عكس المحركات الحرارية الأخرى، يستخدم المحرك الحراري الكمي الثلاجة الكمومية لكل من الحرارة والبرودة. وهذا يجعل النظام بسيطًا ولكنه متعدد الاستخدامات. وأضاف أوسناكي: “يمكن ضبط ثلاجة الدائرة الكمومية الخاصة بنا لتسخين وتبريد الكيوبت عند الطلب. وباستخدام نبضات تحكم موقوتة بعناية، قمنا بقيادة المحرك في دورة أوتو ومراقبة حالة الكيوبت أثناء تشغيل المحرك”. إن إنجاز بناء محرك حراري كمي يمهد الطريق لبناء محرك حراري مستقل بالكامل يمكنه أداء وظائف مثل قراءة الكيوبتات دون استخدام نبضات الموجات الدقيقة من درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق إلى درجة حرارة الغرفة. مع توفير آلاف اليورو من تكاليف كابلات الموجات الدقيقة، سيساعد المحرك الحراري المستقل أيضًا في تقليل تعقيد بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية في المستقبل. ونشرت نتائج البحث في مجلة الطبيعة.
تم النشر: 2026-07-13 14:52:00
