Forskare är aktivt engagerade i dynamisk manipulation av kvantsystem och material för att realisera betydande genombrott för energihantering och bevarande.
Denna strävan har katalyserat utvecklingen av en banbrytande plattform dedikerad till att skapa kvanttermiska maskiner, och därigenom frigöra kvantteknologiernas fulla potential i avancerade energilösningar.
Det vetenskapliga samfundet har riktat om sitt fokus mot att banbryta domänen av kvanttermiska transistorer - en sofistikerad apparat utformad för precisionshantering av värmeöverföring. I den obevekliga jakten på optimal kvantenhetsprestanda uppstår en anmärkningsvärd utmaning inom det invecklade landskapet för kylning och miljöreglering. Den nuvarande kylinfrastrukturen, särskilt de som tillgodoser olika qubit-teknologier, särskilt kvantdatorer, utgör betydande utmaningar, vilket förstärker kravet på avantgardelösningar.
I samtida vetenskaplig diskurs har kvantmätningar och kontroll blivit avgörande i designen av termiska kvantmaskiner för avancerad energihantering. Dessa ingrepp kan hjälpa till att bevara de inneboende kvantegenskaperna hos sådana enheter samtidigt som de förhindrar deras oönskade övergång till ett klassiskt tillstånd inducerat av miljöinteraktioner, känt som dekoherens.
En formidabel utmaning uppstår dock från det potentiella införandet av buller genom mätsonder, vilket kräver innovativa lösningar. Som svar på denna kritiska fråga har vi introducerat ett avancerat teoretiskt ramverk - den betingade termiska kvanttransistorn. Detta paradigm genomgår kontinuerlig övervakning orkestrerad av dess miljömiljö.
För att förstå och analysera detta beteende har vi tagit fram en utarbetad stokastisk brusmodell som speglar den småsignalmodell som används i klassiska transistorer. Detta systematiska tillvägagångssätt förbättrar vår förståelse för den nyanserade dynamiken, vilket bidrar till förfining och optimering av kvanttermiska maskinarkitekturer. Våra resultat publiceras i tidskriften Physical Review B .
När enheter genomgår miniatyrisering, antar deras känslighet för miljöpåverkan en större betydelse, vilket ger insikter i de dynamiska förändringarna i systemet. Manifestationen av inneboende fluktuationer som härrör från termiskt brus, i kombination med främmande störningar såsom mätningar och återkopplingskontroll, påverkar djupgående småskaliga enheter. Den förebyggande karaktäriseringen av sådana stokastiska beteenden är ovärderlig och ger en omfattande förståelse för de inneboende driftsbegränsningarna som är inbäddade i dessa enheter.
Mognaden av en funktionell termisk kvanttransistor förblir i ett begynnande stadium, vilket kräver pågående förfining. Samtidigt skapar vår nuvarande publikation ett banbrytande ramverk, och vår kommande forskning strävar efter att studera dessa enheters komplexa dynamik när de utsätts för återkopplingskontroll genom kontinuerliga mätningar.
Det är viktigt att betona att kvantåterkoppling uppvisar distinkta egenskaper från dess klassiska elektroniska motsvarighet. Följaktligen är en omfattande utforskning absolut nödvändig för att säkerställa den sömlösa integrationen av kvantåterkopplingsmekanismer i termiska transistorer, vilket banar väg för framväxten av innovativa och högeffektiva värmehanteringssystem.
Den här historien är en del av Science X Dialog, där forskare kan rapportera resultat från sina publicerade forskningsartiklar. Besök den här sidan för information om ScienceX Dialog och hur du deltar.
Uthpala N. Ekanayake tog sin B.Sc. i elektrisk och elektronisk teknik (med förstklassig utmärkelse) från University of Peradeniya, Sri Lanka. För närvarande är hon doktorand och medlem av Advanced Computing and Simulations Laboratory vid Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Monash University, Australien under ledning av prof. Malin Premaratne.
Malin Premaratne tog flera examina från University of Melbourne, inklusive en B.Sc. i matematik, en B.E. i el- och elektronikteknik (med förstklassig utmärkelse) och en doktorsexamen 1995, 1995 respektive 1998. För närvarande är han professor vid Monash University Clayton, Australien. Hans expertis fokuserar på kvantenhetsteori, simulering och design, med användning av principerna för kvantelektrodynamik. Professor Premaratnes unika tillvägagångssätt harmoniserar djup teoretisk fysik med pragmatiska elektroteknikmetoder, och etablerar ett tvärvetenskapligt samband mellan grundläggande fysik och translationell ingenjörsteknik. Erkänd för sina betydande bidrag till optik och fotonik, har han fått ett flertal stipendier, inklusive Fellow of the Optical Society of America (FOSA), Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), Institute of Physics U.K. (FInstP) , Institute of Engineering and Technology U.K. (FIET) och Institute of Engineers Australia (FIEAust).
Mer information: Uthpala N. Ekanayake et al, Stokastisk modell av brus för en termisk kvanttransistor, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.235421
Journalinformation: Fysisk granskning B
