芬兰研制出基于超导电路的循环量子热机_微电子

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2026-07-21 17:04:47

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新华社赫尔辛基7月20日电（记者朱昊晨徐谦）芬兰阿尔托大学研究人员新研制出一种基于超导电路的循环量子热机，并通过实验证明，在量子尺度上微弱的热量也可以转化为可测量的能量输出。该研究成果已发表在英国《自然－通讯》杂志上。

阿尔托大学日前发布的新闻公报说，热机是将热能转化为可利用能量的装置，蒸汽机、汽车发动机和许多发电设备都依据这一原理运行。近年来，随着量子技术发展，科学家开始探索热力学定律在量子尺度下如何发挥作用，以及能否利用量子系统中的微小热量完成能量转换。

此次研制的量子热机仅有数毫米大小，由超导量子比特、谐振器和量子制冷设备组成，工作原理是将冷却到接近绝对零度的量子系统损失的少量热能转化为可用能量。实验结果显示，在接近绝对零度的环境中，量子系统中的微弱热量能够转化为可测量的能量输出。

研究人员说，这是循环量子热机首次在超导电路中得到实验演示。这项成果一方面有助于研究热力学定律在量子尺度下如何发挥作用，深化对热量和能量转换关系的认识，另一方面也可能为大型量子计算机的设计提供新思路。

目前，超导量子计算机芯片需要在极低温环境下运行，但芯片产生的信号通常还要传送至室温设备处理。随着量子比特数量增加，连接芯片和外部设备的线路会越来越多，不仅增加量子计算机的成本和复杂程度，还可能影响其稳定运行。

研究团队下一步将尝试研制可自主运行的量子热机，使量子比特的部分信号读取工作无需提升至室温条件即可完成，从而减少量子计算机对外部线路和室温设备的依赖，降低大型量子计算机的成本并简化系统结构。

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