Nanoölçülü istilik idarəetməsi uzun müddət yüksək performanslı elektronikadan kvant hesablamalarına qədər qabaqcıl texnoloji tətbiqlərin təməl daşı olmuşdur. Bu kritik problemi həll edərək, elektronikanın elektrik enerjisini necə idarə etdiyinə bənzər üsullarla istilik axınının manipulyasiyasına diqqət yetirən termotronikanın yeni sahəsi ilə dərindən maraqlandıq. Onun ən perspektivli irəliləyişləri arasında istiqamətli istilik nəzarətini təmin edən kvant termal diodları və istilik axınını dəqiqliklə tənzimləyən kvant termal tranzistorlar var.

Termal diodlar, elektrik həmkarları kimi, bir istiqamətli istilik ötürülməsini təmin edir, istiliyin bir istiqamətdə axmasına imkan verir, əksinə onu maneə törədir. Biz bu qabiliyyəti istilik idarəçiliyi üçün inqilabi hesab edirik, çünki o, çoxsaylı sahələri dəyişdirmək potensialına malikdir.

Məsələn, istilik diodları istilik yayılmasının böyük bir maneə olduğu yüksək performanslı elektronikanın soyudulmasını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər . Onlar həmçinin davamlılıq səylərinə töhfə verərək, tullantı istiliyini istifadə edilə bilən enerjiyə çevirməklə daha səmərəli enerji yığımını təmin edə bilər .

Bundan əlavə, onlar binanın temperaturunu dinamik şəkildə idarə etmək, termoelektrik generatorların işini artırmaq və ya hətta dəqiq idarə olunan istilik axınının vacib olduğu kosmik gəmilərin istilik sistemlərini təkmilləşdirmək kimi tətbiqləri təklif edirlər.

Tədqiqatımız zamanı qeyd etdik ki, bu günə qədər kvant istilik cihazı modellərinin əksəriyyəti iki sabit enerji səviyyəsinə malik sadə kvant sistemlərinə, məsələn, kubitlərə əsaslanır. Bununla belə, biz bu məhdudiyyətlərdən kənara çıxmaq üçün əhəmiyyətli potensial görürük.

Avstraliyanın Monaş Universitetinin Qabaqcıl Hesablama və Simulyasiya Laboratoriyasında (AχL) biz bu cihazların imkanlarını genişləndirən daha yüksək ölçülü kvant sistemlərini tədqiq edirik. Qubit-qutrit arxitekturalarını inteqrasiya etməklə biz təkmilləşdirilmiş səmərəlilik və miqyaslılıq ilə istiqamətli istilik axını nümayiş etdirdik.

APL Quantum -da nəşr olunan bu sıçrayış müasir texnologiyada həddindən artıq istiləşmədən tutmuş dayanıqlı enerji həllərinə qədər müxtəlif problemləri həll edə bilən praktik, yüksək performanslı termotronik sistemlər üçün zəmin yaradır. Bu irəliləyişlər kvant dövründə istilik idarəçiliyini və enerji səmərəliliyini yenidən müəyyənləşdirməyi vəd edən kritik bir addımdır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1735363897&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-12-advancing-unidirectional-era-quantum-thermal.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yMDUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1735363896870&bpp=1&bdt=71&idt=171&shv=r20241212&mjsv=m202412090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=8123133793411&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2208&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=42533202%2C95345966%2C95347432&oid=2&pvsid=1155913607461412&tmod=1690496839&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=175

Bir istiqamətli istilik axını tənzimləmək üçün kvant asimmetriyasından istifadə

Qutrit (üç sabit enerji səviyyəsinə malik kvant sistemi) və qubit (iki sabit enerji səviyyəsinə malik sistem) arasındakı qarşılıqlı əlaqəyə əsaslanan kvant termal diodu bir istiqamətli istilik ötürülməsinə yeni bir yanaşma təqdim edir.

Bu sistem, temperatur gradientindən asılı olaraq təbii olaraq bir istiqamətdə istilik axınına üstünlük verən asimmetrik enerji mənzərəsi yaratmaq üçün kvant mexanikasının xas xüsusiyyətlərindən istifadə edir. Bu istiqamətli davranış, elektron diodun terminallarındakı potensial fərqə əsaslanaraq bir istiqamətli cərəyan axını asanlaşdırdığına bənzəyir.

Bu termal diodun açarı qubit və qutritin enerji səviyyələrinin necə uyğunlaşdığı və qarşılıqlı təsirindədir. Birləşdirilmiş enerji səviyyələrini diqqətlə konfiqurasiya etməklə, biz istənilən temperatur qradiyenti boyunca istilik ötürülməsini asanlaşdıra və əks istiqamətdə effektiv şəkildə bloklaya bilərik. Bu istiqamətli nəzarət, istilik axınında asimmetriya üçün lazımi şərait yaratmaq üçün kubit və qutrit arasında xüsusi paylaşılan enerji səviyyələrindən istifadə edən dəqiq kvant qarşılıqlı əlaqəsi vasitəsilə əldə edilir.

Bu sistemi xüsusilə əsaslı edən onun geniş temperatur diapazonunda demək olar ki, mükəmməl termal diod kimi işləmək qabiliyyətidir. Klassik istilik sistemlərindən fərqli olaraq, bu cihazın kvant təbiəti onun xassələrini, o cümlədən enerji səviyyələri arasındakı məsafəni və qubit və qutrit arasındakı birləşmə güclərini dəqiq tənzimləməyə imkan verir. Bu tənzimləmə istilik ötürmə prosesinə misli görünməmiş nəzarət imkanı verir və cihazı müxtəlif tətbiqlərə yüksək dərəcədə uyğunlaşır.

İstər nanoölçülü cihazların istilik idarəçiliyini təkmilləşdirmək, istərsə də yeni nəsil termotronik sistemləri inkişaf etdirmək, biz inanırıq ki, bu arxitektura istilik idarəetmə texnologiyalarında irəliyə doğru böyük bir addımdır. Qutrit və qubiti vahid sistemdə birləşdirərək, bu dizayn təkcə istiqamətli istilik axınına nail olmaqla yanaşı, həm də səmərəliliyi artırır və qabaqcıl termotronika üçün praktiki və miqyaslana bilən həll təklif edir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Gələcək texnologiyaların formalaşdırılması: Kvant istilik diodlarının transformasiya potensialı

Kvant istilik diodunun inkişafı kvant termodinamikası və nanoölçülü mühəndislik üçün əhəmiyyətli təsirləri olan transformativ bir irəliləyişdir. Kvant səviyyəsində istilik axınına dəqiq nəzarəti təmin etməklə, bu yenilik ənənəvi soyutma üsullarının, xüsusən də kvant sxemlərində və qabaqcıl nanoölçülü cihazlarda həll edə bilmədiyi problemləri həll edir.

Məsələn, kvant termal diodları kvant prosessorlarında istilik yayılmasını tənzimləyə bilər, sabit və optimal performansı təmin edə bilər, belə ki, cüzi həddindən artıq istiləşmə belə fasilələrə səbəb ola bilər. Bundan əlavə, onlar kvant sistemlərində yaranan tullantı istiliyi tutaraq və istifadə edilə bilən enerjiyə çevirməklə enerji yığımı üçün yeni imkanlar açır. Bu qabiliyyət çoxsaylı tətbiqlərdə davamlı enerji həllərini idarə etmək potensialına malikdir.

Enerji səmərəliliyindən başqa , biz inanırıq ki, kvant termal diodları elektrik cərəyanından çox istilik axını ilə hesablamaların aparılmasına imkan verən termal məntiq cihazları – elektron diodların termal analoqları üçün yol aça bilər. Belə bir inkişaf enerji və istilik idarəçiliyi üçün unikal arxitektura tələb edən sahələrdə tətbiqlərlə hesablamada tamamilə yeni bir paradiqmanı təmsil edəcək .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1735363954&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-12-advancing-unidirectional-era-quantum-thermal.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yMDUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjA1Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1735363896870&bpp=1&bdt=71&idt=236&shv=r20241212&mjsv=m202412090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1735363708%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C728x90&nras=2&correlator=8123133793411&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4308&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=533&eid=42533202%2C95345966%2C95347432&oid=2&psts=AOrYGskRmRMWSj5Aakdg47SNFyTbK0nq5yVnM66JejVlZYdWmgPBbIkNFGrydvWF1vRTCeSrLQ2jVMTJ2Smyn-pTETX05Gof&pvsid=1155913607461412&tmod=1690496839&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=57349

Bundan əlavə, bu cihazlar həssas kvant sensorlarının işini qorumaq üçün dəqiq istilik tənzimlənməsinin vacib olduğu biotibbi texnologiyalar kimi ixtisaslaşdırılmış sahələrdə əhəmiyyətli vədlər verir. Onlar həmçinin ekstremal mühitlərdə həssas kvant alətlərinin temperaturunun idarə edilməsinin vacib olduğu kosmosun tədqiqində də həyati əhəmiyyət kəsb edə bilər.

Kvant istilik diodları istilik yayılmasının səmərəliliyini artırmaqla və istiqamətli idarəetməni təmin etməklə, yalnız nanoölçülü cihazların funksionallığını artırmaqla yanaşı, yeni nəsil texnologiyalar üçün zəmin yaradır.

Kvant termal tranzistorlarını və digər qabaqcıl termotronik cihazları inkişaf etdirmək potensialı ilə biz inanırıq ki, bu yenilik kvantla idarə olunan dünyada istilik idarəçiliyinə və enerjidən istifadəyə necə yanaşdığımızı yenidən müəyyən etmək gücünə malikdir. Nanoölçülü mühəndislikdən tutmuş kosmos tədqiqatlarına qədər kvant termal diodlarının transformasiya potensialı sabahın texnologiyalarını formalaşdırmağı vəd edir.

Bu hekayə Elm X Dialoqunun bir hissəsidir , burada tədqiqatçılar dərc olunmuş tədqiqat məqalələrinin nəticələrini bildirə bilərlər. Science X Dialoq və necə iştirak etmək barədə məlumat üçün bu səhifəyə daxil olun .