(Phys.org) - Les physiciens ont montré que les circuits supraconducteurs - des circuits qui n'ont aucune résistance électrique - peuvent fonctionner comme des moteurs quantiques mécaniques de type piston. La nouvelle perspective peut aider les chercheurs à concevoir des ordinateurs quantiques et d'autres dispositifs avec une efficacité améliorée.

Les physiciens, Kewin Sachtleben, Kahio T. Mazon, et Luis G. C. Rego à l'Université fédérale de Santa Catarina à Florianópolis, Brésil, ont publié un article sur leurs travaux sur les qubits supraconducteurs dans un récent numéro de Lettres d'examen physique.

Dans leur étude, les physiciens expliquent que les circuits supraconducteurs sont fonctionnellement équivalents aux systèmes quantiques dans lesquels les particules quantiques creusent un tunnel dans un double puits quantique. Ces puits ont la capacité d'osciller, ce qui signifie que la largeur du puits change à plusieurs reprises. Quand cela arrive, le système se comporte un peu comme un piston qui monte et descend dans un cylindre, qui modifie le volume du cylindre. Ce comportement oscillatoire permet d'effectuer des travaux sur le système. Les chercheurs montrent que, dans le puits quantique double, une partie de ce travail provient de la dynamique cohérente quantique, ce qui crée des frictions qui diminuent le rendement du travail. Ces résultats permettent de mieux comprendre le lien entre le travail thermodynamique quantique et classique.

"La distinction entre le travail thermodynamique 'classique', responsable du transfert de population, et une composante quantique, chargé de créer des cohérences, est un résultat important, " Mazon a dit Phys.org . « La création de cohérences, à son tour, génère un effet similaire au frottement, provoquant un fonctionnement non totalement réversible du moteur. Dans nos travaux nous avons pu calculer la force de réaction provoquée sur la paroi du piston quantique due à la création de cohérences. En principe, cette force peut être mesurée, constituant ainsi la possibilité expérimentale d'observer l'émergence de cohérences lors du fonctionnement du moteur quantique."

L'un des avantages potentiels de considérer les qubits supraconducteurs comme des moteurs quantiques est qu'il peut permettre aux chercheurs d'intégrer la dynamique cohérente quantique dans les technologies futures, en particulier les ordinateurs quantiques. Les physiciens expliquent qu'un comportement similaire peut être observé dans la nature, où les cohérences quantiques améliorent l'efficacité de processus tels que la photosynthèse, détection de la lumière, et d'autres processus naturels.

"Les machines quantiques peuvent avoir des applications dans le domaine de l'information quantique, où l'énergie des cohérences quantiques est utilisée pour effectuer la manipulation de l'information dans le régime quantique, " a déclaré Mazon. " Il convient de rappeler que même la photosynthèse peut être décrite selon les principes de fonctionnement d'une machine quantique, ainsi percer les mystères de la thermodynamique quantique peut nous aider à mieux comprendre et interpréter divers processus naturels. »

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