نجح فريق بحثي من جامعة آلتو الفنلندية في إنجاز نقلة نوعية بتطوير أول محرك حراري كمومي بدارة فائقة التوصيل، وهو ما قد يسهم في فهم أعمق لسلوك الديناميكا الحرارية في العالم الكمومي وتقدم تقنيات الحوسبة الكمومية.

يجمع الجهاز المصغر بين كيوبت ترانسمون وموصل رنيني وثلاجة كمومية. عمل المحرك في ظروف كمومية باردة جداً، واستطاع توليد عمل إيجابي منتظم باستخدام كميات ضئيلة جداً من الحرارة. أعاد فريق البحث بقيادة البروفيسور ميكو موتونن إعادة إنتاج دورة أوتو الديناميكية الحرارية، وهي العملية ذاتها المستخدمة في محركات السيارات التقليدية والآلات الأخرى.

أوضح الباحث توماس أوسناكي، المؤلف الرئيسي للدراسة، أن النظام يسمح بالتحكم في تدفق الحرارة على المستوى الكمومي وتحويلها إلى عمل قابل للقياس. بخلاف المحركات الحرارية التقليدية التي تحتاج بيئات ساخنة وباردة منفصلة، يمكن للثلاجة الكمومية في هذا النظام توفير التسخين والتبريد على الطلب.

تشير الدراسة، المنشورة في دورية نيتشر كوميونيكيشنز، إلى أن هذا الإنجاز يمثل أول إثبات عملي لمحرك حراري كمومي دوري في الدوائر الفائقة التوصيل. يعتزم الباحثون تحسين التصميم وتطوير محرك حراري مستقل بالكامل لاحقاً.

تكتسب هذه التطورات أهمية متزايدة مع نمو الحواسيب الكمومية. قال موتونن إن استراتيجية فنلندا للتكنولوجيا الكمومية تستهدف بناء حاسوب كمومي بألف كيوبت منطقي بحلول عام 2035، الأمر الذي يتطلب مئات الآلاف من الكيوبتات الفيزيائية. تحقيق ذلك بالتقنية الحالية يتطلب ملايين الكابلات الميكروويف التي تكلف الواحد منها آلاف اليوروهات، إضافة إلى مشاكل التشويش التي تسببها. استخدام أجهزة مستقلة مدمجة مباشرة في الدوائر الفائقة التوصيل قد يلغي الحاجة لمعظم هذه الكابلات ويحل تحديي التعقيد والضوضاء معاً.