I ricercatori sono attivamente impegnati nella manipolazione dinamica di sistemi e materiali quantistici per realizzare importanti progressi nella gestione e nella conservazione dell'energia.
Questo impegno ha catalizzato lo sviluppo di una piattaforma all'avanguardia dedicata alla creazione di macchine termiche quantistiche, sbloccando così tutto il potenziale delle tecnologie quantistiche nelle soluzioni energetiche avanzate.
La comunità scientifica ha reindirizzato la sua attenzione verso il campo pionieristico dei transistor termici quantistici, un sofisticato apparato progettato per la gestione di precisione del trasferimento di calore. Nella ricerca incessante di prestazioni ottimali dei dispositivi quantistici, si pone una sfida notevole nell’intricato panorama del raffreddamento e della regolamentazione ambientale. Le attuali infrastrutture di raffreddamento, in particolare quelle che si rivolgono a diverse tecnologie qubit, in particolare i computer quantistici, pongono sfide significative, intensificando così la richiesta di soluzioni all'avanguardia.
Nel discorso scientifico contemporaneo, le misurazioni e il controllo quantistico sono diventati fondamentali nella progettazione di macchine termiche quantistiche per la gestione avanzata dell’energia. Questi interventi possono aiutare a preservare le proprietà quantistiche intrinseche di tali dispositivi prevenendo al tempo stesso la loro transizione indesiderata in uno stato classico indotta dalle interazioni ambientali, nota come decoerenza.
Tuttavia, una sfida enorme deriva dalla potenziale introduzione di rumore da parte delle sonde di misurazione, che richiede soluzioni innovative. In risposta a questo problema critico, abbiamo introdotto un quadro teorico avanzato:il transistor termico quantistico condizionato. Questo paradigma è sottoposto a un monitoraggio continuo orchestrato dal suo ambiente ambientale.
Per comprendere e analizzare questo comportamento, abbiamo ideato un elaborato modello di rumore stocastico che rispecchia il modello a piccolo segnale impiegato nei transistor classici. Questo approccio sistematico migliora la nostra comprensione delle dinamiche sfumate, contribuendo al perfezionamento e all’ottimizzazione delle architetture delle macchine termiche quantistiche. I nostri risultati sono pubblicati sulla rivista Physical Review B .
Man mano che i dispositivi vengono miniaturizzati, la loro suscettibilità alle influenze ambientali assume un significato maggiore, offrendo informazioni sulle alterazioni dinamiche all’interno del sistema. La manifestazione di fluttuazioni intrinseche derivanti dal rumore termico, insieme a perturbazioni estranee come misurazioni e controllo del feedback, influenzano profondamente i dispositivi su piccola scala. La caratterizzazione preventiva di tale comportamento stocastico ha un valore inestimabile e fornisce una comprensione completa delle limitazioni operative intrinseche di questi dispositivi.
La maturazione di un transistor termico quantistico funzionale rimane in una fase nascente, che necessita di un perfezionamento continuo. Allo stesso tempo, la nostra attuale pubblicazione stabilisce un quadro pionieristico e la nostra prossima ricerca aspira a studiare le complesse dinamiche di questi dispositivi quando sottoposti a controllo di feedback attraverso misurazioni continue.
È fondamentale evidenziare che il feedback quantistico presenta caratteristiche distinte dalla sua controparte elettronica classica. Di conseguenza, è fondamentale un'esplorazione approfondita per accertare la perfetta integrazione dei meccanismi di feedback quantistico nei transistor termici, aprendo la strada all'emergere di sistemi di gestione del calore innovativi e altamente efficienti.
Questa storia fa parte di Science X Dialog, dove i ricercatori possono riportare i risultati dei loro articoli di ricerca pubblicati. Visita questa pagina per informazioni su ScienceX Dialog e su come partecipare.
Uthpala N. Ekanayake ha conseguito il B.Sc. in ingegneria elettrica ed elettronica (con il massimo dei voti) presso l'Università di Peradeniya, Sri Lanka. Attualmente è dottoranda e membro del Laboratorio di Calcolo e Simulazione Avanzato presso il Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Elettrici e Informatici, Monash University, Australia, sotto la supervisione del Prof. Malin Premaratne.
Malin Premaratne ha conseguito diversi titoli di studio presso l'Università di Melbourne, tra cui un B.Sc. in matematica, un B.E. in ingegneria elettrica ed elettronica (con il massimo dei voti) e un dottorato di ricerca rispettivamente nel 1995, 1995 e 1998. Attualmente è professore ordinario alla Monash University Clayton, Australia. La sua esperienza è incentrata sulla teoria, simulazione e progettazione dei dispositivi quantistici, utilizzando i principi dell'elettrodinamica quantistica. L'approccio unico del professor Premaratne armonizza la profonda fisica teorica con i metodi pragmatici dell'ingegneria elettrica, stabilendo un nesso interdisciplinare tra la fisica fondamentale e la tecnologia dell'ingegneria traslazionale. Riconosciuto per i suoi sostanziali contributi all'ottica e alla fotonica, ha ricevuto numerose borse di studio, tra cui il Fellow of the Optical Society of America (FOSA), la Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), l'Institute of Physics U.K. (FInstP) , l'Institution of Engineering and Technology U.K. (FIET) e l'Institute of Engineers Australia (FIEAust).
Ulteriori informazioni: Uthpala N. Ekanayake et al, Modello stocastico del rumore per un transistor termico quantistico, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.235421
Informazioni sul giornale: Revisione fisica B
