这台自主热机不仅能省下数千欧元的微波线缆成本，还将降低未来量子计算机构建的复杂度。
芬兰阿尔托大学的科学家造出了世界上第一台循环热机，它在超导电路内运行，利用量子制冷器提供的微量热量将其转化为有用功。这项研究在未来建造拥有数千个量子比特的量子计算机时，有望节省数千欧元的开支。
芬兰的量子技术战略目标是到2035年造出一台拥有上千个逻辑量子比特的量子计算机。如此规模的量子计算机将需要数十万个物理量子比特，并通过数百万根微波线缆相互连接。按照目前的价格，每根线缆的成本高达一千欧元，这会大幅推高此类量子计算机的造价。
阿尔托大学的科学家同样关注这些基础设施给量子系统带来的噪声，他们思考能否采用一种替代方案。
解决这个问题的办法是构建量子尺度的自主设备，从而完全省去那些线缆。然而，要在这个尺度上制造自主设备，科学家们首先需要造出一台量子热机。
量子热机
热机在工业革命的到来中起到了关键作用。从汽车到飞机，从船舶到发电厂，热机无处不在，它们将热量转化为可用于做功的有用能量。
尽管过去我们制造的热机越来越大，但物理学家现在着迷于经典热力学也能在量子尺度上实现的想法。芬兰阿尔托大学量子技术教授Mikko Möttönen带领的团队，利用transmon量子比特、谐振器和一个量子制冷器实现了这一壮举。
参与装置搭建的Tuomas Uusnäkki解释说：“在我们的实验中，我们用超导电路制造了一台纳米级热机，并让它在接近绝对零度的低温恒温器中运行。”团队在超导电路内部实现了奥托循环，这正是驱动汽车发动机的那套热力学过程。
迈向自主设备
为了确认这台热机是否能做可测量的功，团队将量子比特接入量子电路制冷器，并在量子尺度上控制热量的流动。与其他热机不同，这台量子热机利用同一个量子制冷器同时提供热源和冷源，使系统既简单又灵活。
Uusnäkki补充道：“我们的量子电路制冷器可以根据需要调节，既能加热也能冷却量子比特。通过精心定时的控制脉冲，我们让热机以奥托循环运行，并在运行过程中监测量子比特的状态。”
量子热机的成功构建为打造完整的自主热机奠定了基础，这类自主热机可以在从接近绝对零度到室温的范围内，无需微波脉冲即可执行读取量子比特等任务。
除了节省数千欧元的微波线缆成本，自主热机还将帮助降低未来量子计算机的构建复杂度。
这项研究成果已发表在《自然》杂志上。
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