(Phys.org) — I fisici hanno dimostrato che i circuiti superconduttori — circuiti che hanno una resistenza elettrica zero — possono funzionare come motori quantistici meccanici simili a pistoni. La nuova prospettiva può aiutare i ricercatori a progettare computer quantistici e altri dispositivi con maggiore efficienza.

I fisici, Kewin Sachtleben, Kahio T. Mazon, e Luis G. C. Rego presso l'Università Federale di Santa Catarina a Florianópolis, Brasile, hanno pubblicato un articolo sul loro lavoro sui qubit superconduttori in un recente numero di Lettere di revisione fisica.

Nel loro studio, i fisici spiegano che i circuiti superconduttori sono funzionalmente equivalenti ai sistemi quantistici in cui le particelle quantistiche si incanalano in un pozzo doppio quantistico. Questi pozzi hanno la capacità di oscillare, il che significa che la larghezza del pozzo cambia ripetutamente. Quando questo accade, il sistema si comporta un po' come un pistone che si muove su e giù in un cilindro, che modifica il volume del cilindro. Questo comportamento oscillatorio consente di eseguire lavori sul sistema. I ricercatori mostrano che, nel pozzo doppio quantistico, parte di questo lavoro deriva dalla dinamica quantistica coerente, che crea attrito che diminuisce la produzione di lavoro. Questi risultati forniscono una migliore comprensione della connessione tra lavoro termodinamico quantistico e classico.

"La distinzione tra lavoro termodinamico 'classico', responsabile del trasferimento della popolazione, e una componente quantistica, responsabile della creazione di coerenza, è un risultato importante, "Mazon ha detto Phys.org . "La creazione di coerenze, a sua volta, genera un effetto simile all'attrito, provocando un funzionamento non completamente reversibile del motore. Nel nostro lavoro siamo stati in grado di calcolare la forza di reazione causata sulla parete del pistone quantistico a causa della creazione di coerenze. In linea di principio questa forza può essere misurata, costituendo così la possibilità sperimentale di osservare l'emergere di coerenze durante il funzionamento del motore quantistico."

Uno dei potenziali vantaggi della visualizzazione dei qubit superconduttori come motori quantistici è che potrebbe consentire ai ricercatori di incorporare dinamiche quantistiche coerenti nelle tecnologie future, in particolare i computer quantistici. I fisici spiegano che un comportamento simile si può osservare in natura, dove le coerenze quantistiche migliorano l'efficienza di processi come la fotosintesi, rilevamento della luce, e altri processi naturali.

"Le macchine quantistiche possono avere applicazioni nel campo dell'informazione quantistica, dove l'energia delle coerenze quantistiche viene utilizzata per eseguire la manipolazione delle informazioni nel regime quantistico, " Ha detto Mazon. "Vale la pena ricordare che anche la fotosintesi può essere descritta secondo i principi di funzionamento di una macchina quantistica, quindi svelare i misteri della termodinamica quantistica può aiutarci a comprendere e interpretare meglio vari processi naturali".

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