خلاصه خبر:
دانشمندان در حال بررسی ماشین های حرارتی کوانتومی برای پیشرفت های مدیریت انرژی هستند. آنها در حال توسعه ترانزیستورهای حرارتی کوانتومی برای کنترل دقیق انتقال حرارت هستند و چالش‌های خنک‌سازی و مقررات محیطی برای فناوری‌های کوانتومی را برطرف می‌کنند. اندازه گیری و کنترل کوانتومی برای حفظ خواص کوانتومی و جلوگیری از ناهمدوسی حیاتی است. برای غلبه بر نویز وارد شده توسط پروب‌های اندازه گیری، محققان یک ترانزیستور حرارتی کوانتومی شرطی با نظارت مداوم محیطی را پیشنهاد می کنند. آنها از یک مدل نویز تصادفی، مشابه ترانزیستورهای کلاسیک، برای درک دینامیک و بهینه سازی معماری ماشین های حرارتی کوانتومی استفاده می کنند. هدف ادغام مکانیسم‌های فیدبک کوانتومی برای سیستم‌های مدیریت حرارت پیشرفته است.
توضیحات تکمیلی:
دانشمندان در حال تحقیق بر روی پتانسیل ماشین‌های حرارتی کوانتومی برای متحول کردن مدیریت و حفظ انرژی هستند. یکی از حوزه‌های تمرکز، توسعه ترانزیستورهای حرارتی کوانتومی است که برای مدیریت دقیق انتقال حرارت طراحی شده‌اند. چالش مهم در خنک کردن و تنظیم محیط است، به ویژه برای فناوری های کیوبیتی مختلف مانند کامپیوترهای کوانتومی. اندازه‌گیری‌ها و کنترل کوانتومی برای حفظ خواص کوانتومی این دستگاه‌ها و جلوگیری از ناهمدوسی ناشی از فعل و انفعالات محیطی بسیار مهم است.
برای پرداختن به موضوع نویز بالقوه ناشی از پروب‌های اندازه گیری، محققان چارچوبی نظری به نام ترانزیستور حرارتی کوانتومی شرطی شده معرفی کرده اند. این چارچوب شامل نظارت مستمری است که توسط محیط دستگاه تنظیم شده است. با ابداع یک مدل نویز تصادفی، مشابه مدل‌های سیگنال کوچک مورد استفاده در ترانزیستورهای کلاسیک، محققان به درک عمیق‌تری از دینامیک ماشین‌های حرارتی کوانتومی دست می‌یابند. این درک به اصلاح و بهینه سازی معماری این ماشین ها برای بهبود عملکرد کمک می کند.
در حالی که ترانزیستورهای حرارتی کوانتومی کاربردی هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند، این تحقیق چارچوبی پیشگامانه برای مطالعات آینده در مورد ادغام مکانیسم‌های فیدبک کوانتومی در ترانزیستورهای حرارتی ارائه می‌کند. این رویکرد میان رشته ای، فیزیک نظری و مهندسی برق را ترکیب می کند و شکاف بین فیزیک بنیادی و فناوری مهندسی عملی را پر می کند.
هدف نهایی طراحی دستگاه های مدیریت حرارت پیشرفته در سطح کوانتومی است که پتانسیل کامل فناوری های کوانتومی در راه حل های انرژی را باز می کند. همانطور که دستگاه ها به کوچک سازی ادامه می دهند، حساسیت آنها به تأثیرات محیطی قابل توجه تر می شود. درک رفتار تصادفی این دستگاه‌ها برای درک محدودیت‌های عملیاتی آنها و طراحی سیستم‌های مدیریت حرارت کارآمد بسیار ارزشمند است.
پژوهش ارائه شده در این مطالعه بر ایجاد یک مدل نویز برای یک ترانزیستور حرارتی کوانتومی و ترسیم موازی با مدل‌های سیگنال/نویز کوچک در ترانزیستورهای الکترونیکی متمرکز است. با تجزیه و تحلیل نوسانات و سطوح نویز در مدل ترانزیستور، محققان به دنبال بینشی هستند که می تواند طراحی دستگاه های مدیریت حرارت پیشرفته در سطح کوانتومی را ارائه دهد. این پیشرفت ها پتانسیل تاثیر قابل توجهی بر مدیریت و حفظ انرژی در صنایع مختلف دارند.
منبع
Uthpala N. Ekanayake et al, Stochastic model of noise for a quantum thermal transistor, Physical Review B (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.108.235421
