Os pesquisadores estão ativamente engajados na manipulação dinâmica de sistemas e materiais quânticos para realizar avanços significativos no gerenciamento e conservação de energia.



Este esforço catalisou o desenvolvimento de uma plataforma de ponta dedicada à criação de máquinas térmicas quânticas, libertando assim todo o potencial das tecnologias quânticas em soluções energéticas avançadas.

Estamos na vanguarda de um novo dispositivo de gerenciamento de energia?

A comunidade científica redirecionou seu foco para o pioneirismo no domínio dos transistores térmicos quânticos – um aparelho sofisticado projetado para o gerenciamento preciso da transferência de calor. Na busca incessante pelo desempenho ideal dos dispositivos quânticos, surge um desafio notável no intrincado cenário de resfriamento e regulação ambiental. As atuais infraestruturas de refrigeração, especialmente aquelas que atendem a diversas tecnologias qubit, nomeadamente computadores quânticos, colocam desafios significativos, intensificando assim a procura por soluções de vanguarda.

No discurso científico contemporâneo, as medições e o controle quântico tornaram-se fundamentais no projeto de máquinas térmicas quânticas para gerenciamento avançado de energia. Estas intervenções podem ajudar a preservar as propriedades quânticas inerentes de tais dispositivos, ao mesmo tempo que evitam a sua transição indesejável para um estado clássico induzido por interações ambientais, conhecido como decoerência.

No entanto, um desafio formidável surge da potencial introdução de ruído pelas sondas de medição, necessitando de soluções inovadoras. Em resposta a esta questão crítica, introduzimos uma estrutura teórica avançada – o transistor térmico quântico condicionado. Este paradigma passa por um monitoramento contínuo orquestrado pelo seu meio ambiental.

Para compreender e analisar esse comportamento, desenvolvemos um elaborado modelo de ruído estocástico que espelha o modelo de pequenos sinais empregado nos transistores clássicos. Esta abordagem sistemática aprimora nossa compreensão das dinâmicas diferenciadas, contribuindo para o refinamento e otimização das arquiteturas de máquinas térmicas quânticas. Nossas descobertas foram publicadas na revista Physical Review B .

Qual ​​é a utilidade de um modelo estocástico?

À medida que os dispositivos passam pela miniaturização, a sua suscetibilidade às influências ambientais assume uma importância maior, proporcionando insights sobre as alterações dinâmicas dentro do sistema. A manifestação de flutuações intrínsecas decorrentes do ruído térmico, juntamente com perturbações estranhas, como medições e controle de feedback, influenciam profundamente os dispositivos de pequena escala. A caracterização preventiva de tal comportamento estocástico é inestimável, fornecendo uma compreensão abrangente das limitações operacionais inerentes incorporadas a estes dispositivos.

A maturação de um transistor térmico quântico funcional permanece em um estágio inicial, necessitando de refinamento contínuo. Ao mesmo tempo, nossa publicação atual estabelece uma estrutura pioneira, e nossa próxima pesquisa aspira estudar a dinâmica complexa desses dispositivos quando submetidos ao controle de feedback por meio de medições contínuas.

É crucial destacar que o feedback quântico apresenta características distintas do seu equivalente eletrônico clássico. Consequentemente, uma extensa exploração é imperativa para verificar a integração perfeita de mecanismos de feedback quântico em transistores térmicos, abrindo caminho para o surgimento de sistemas de gerenciamento de calor inovadores e altamente eficientes.

Esta história faz parte do Science X Dialog, onde pesquisadores podem relatar descobertas de seus artigos de pesquisa publicados. Visite esta página para obter informações sobre o ScienceX Dialog e como participar.

Uthpala N. Ekanayake obteve seu bacharelado. em engenharia elétrica e eletrônica (com honras de primeira classe) pela Universidade de Peradeniya, Sri Lanka. Atualmente é doutoranda e membro do Laboratório de Computação Avançada e Simulações do Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas de Computação da Monash University, Austrália, sob a supervisão do Prof.

Malin Premaratne obteve vários diplomas pela Universidade de Melbourne, incluindo um B.Sc. em matemática, um B.E. em engenharia elétrica e eletrônica (com honras de primeira classe) e doutorado em 1995, 1995 e 1998, respectivamente. Atualmente, é professor titular na Monash University Clayton, Austrália. Sua experiência centra-se na teoria, simulação e design de dispositivos quânticos, utilizando os princípios da eletrodinâmica quântica. A abordagem única do Professor Premaratne harmoniza a física teórica profunda com métodos pragmáticos de engenharia elétrica, estabelecendo um nexo interdisciplinar entre a física fundamental e a tecnologia de engenharia translacional. Reconhecido por suas contribuições substanciais à óptica e à fotônica, ele recebeu inúmeras bolsas, incluindo o Fellow da Optical Society of America (FOSA), da Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), do Institute of Physics UK (FInstP). , a Instituição de Engenharia e Tecnologia do Reino Unido (FIET) e o Instituto de Engenheiros da Austrália (FIEAust).

Mais informações: Uthpala N. Ekanayake et al, Modelo estocástico de ruído para um transistor térmico quântico, Revisão Física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.235421
Informações do diário: Revisão Física B