Onderzoekers zijn actief betrokken bij de dynamische manipulatie van kwantumsystemen en materialen om belangrijke doorbraken op het gebied van energiebeheer en -behoud te realiseren.

Deze inspanning heeft de ontwikkeling gekatalyseerd van een geavanceerd platform dat zich toelegt op het creëren van kwantumthermische machines, waardoor het volledige potentieel van kwantumtechnologieën in geavanceerde energieoplossingen wordt ontsloten.

Staan wij in de voorhoede van een nieuw apparaat voor energiebeheer?

De wetenschappelijke gemeenschap heeft haar focus verlegd naar het pionieren op het gebied van kwantumthermische transistors – een geavanceerd apparaat dat is ontworpen voor het nauwkeurige beheer van warmteoverdracht. In het meedogenloze streven naar optimale prestaties van kwantumapparaten ontstaat er een opmerkelijke uitdaging binnen het ingewikkelde landschap van koeling en milieuregulering. De huidige koelinfrastructuren, vooral die welke zich richten op diverse qubit-technologieën, met name kwantumcomputers, vormen aanzienlijke uitdagingen, waardoor de roep om avant-gardistische oplossingen toeneemt.

In het hedendaagse wetenschappelijke discours zijn kwantummetingen en -controle cruciaal geworden bij het ontwerp van kwantumthermische machines voor geavanceerd energiebeheer. Deze interventies kunnen helpen de inherente kwantumeigenschappen van dergelijke apparaten te behouden en tegelijkertijd de ongewenste overgang naar een klassieke toestand te voorkomen die wordt veroorzaakt door omgevingsinteracties, ook wel decoherentie genoemd.

Er ontstaat echter een enorme uitdaging door de mogelijke introductie van ruis door meetsondes, waardoor innovatieve oplossingen nodig zijn. Als reactie op dit cruciale probleem hebben we een geavanceerd theoretisch raamwerk geïntroduceerd:de geconditioneerde thermische kwantumtransistor. Dit paradigma ondergaat voortdurende monitoring, georkestreerd door zijn omgeving.

Om dit gedrag te begrijpen en te analyseren, hebben we een uitgebreid stochastisch ruismodel ontworpen dat het kleinsignaalmodel weerspiegelt dat in klassieke transistors wordt gebruikt. Deze systematische aanpak vergroot ons begrip van de genuanceerde dynamiek en draagt ​​bij aan de verfijning en optimalisatie van kwantumthermische machine-architecturen. Onze bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review B .

Wat is het nut van een stochastisch model?

Naarmate apparaten miniaturisatie ondergaan, krijgt hun gevoeligheid voor omgevingsinvloeden een groter belang, waardoor inzicht ontstaat in de dynamische veranderingen binnen het systeem. De manifestatie van intrinsieke fluctuaties die voortkomen uit thermische ruis, gekoppeld aan externe verstoringen zoals metingen en feedbackcontrole, hebben een diepgaande invloed op kleinschalige apparaten. De preventieve karakterisering van dergelijk stochastisch gedrag is van onschatbare waarde en levert een alomvattend inzicht op in de inherente operationele beperkingen die in deze apparaten zijn ingebed.

De rijping van een functionele kwantumthermische transistor bevindt zich nog in een beginstadium, wat voortdurende verfijning noodzakelijk maakt. Tegelijkertijd schept onze huidige publicatie een baanbrekend raamwerk, en ons komende onderzoek streeft ernaar de complexe dynamiek van deze apparaten te bestuderen wanneer ze worden onderworpen aan feedbackcontrole door middel van continue metingen.

Het is van cruciaal belang om te benadrukken dat kwantumfeedback andere kenmerken vertoont dan zijn klassieke elektronische tegenhanger. Daarom is een uitgebreid onderzoek absoluut noodzakelijk om de naadloze integratie van kwantumfeedbackmechanismen in thermische transistors vast te stellen, wat de weg vrijmaakt voor de opkomst van innovatieve en zeer efficiënte warmtebeheersystemen.

Dit verhaal maakt deel uit van Science X Dialog, waar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over ScienceX Dialog en hoe u kunt deelnemen.

Uthpala N. Ekanayake behaalde haar B.Sc. in elektrische en elektronische techniek (cum laude) aan de Universiteit van Peradeniya, Sri Lanka. Momenteel is ze promovendus en lid van het Advanced Computing and Simulations Laboratory van de Department of Electrical and Computer Systems Engineering, Monash University, Australië, onder supervisie van prof. Malin Premaratne.

Malin Premaratne behaalde verschillende graden aan de Universiteit van Melbourne, waaronder een B.Sc. in wiskunde, een B.E. in elektrische en elektronische techniek (cum laude), en een doctoraat in respectievelijk 1995, 1995 en 1998. Momenteel is hij hoogleraar aan de Monash University Clayton, Australië. Zijn expertise concentreert zich op de theorie, simulatie en ontwerp van kwantumapparaten, waarbij gebruik wordt gemaakt van de principes van de kwantumelektrodynamica. De unieke aanpak van professor Premaratne harmoniseert diepgaande theoretische natuurkunde met pragmatische elektrotechnische methoden, waardoor een interdisciplinair verband wordt gelegd tussen fundamentele natuurkunde en translationele ingenieurstechnologie. Erkend voor zijn substantiële bijdragen aan de optica en fotonica, heeft hij talrijke beurzen ontvangen, waaronder de Fellow van de Optical Society of America (FOSA), de Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), het Institute of Physics UK (FInstP) , het Institution of Engineering and Technology UK (FIET) en het Institute of Engineers Australia (FIEAust).

Meer informatie: Uthpala N. Ekanayake et al, Stochastisch ruismodel voor een kwantumthermische transistor, Fysieke recensie B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.235421

Journaalinformatie: Fysieke beoordeling B