論文の概要: Experimental realization of a quantum heat engine based on dissipation-engineered superconducting circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.20143v1
• Date: Thu, 27 Feb 2025 14:34:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-28 14:56:59.812056
• Title: Experimental realization of a quantum heat engine based on dissipation-engineered superconducting circuits
• Title（参考訳）: 散逸駆動型超伝導回路を用いた量子熱エンジンの実験的実現
• Authors: Tuomas Uusnäkki, Timm Mörstedt, Wallace Teixeira, Miika Rasola, Mikko Möttönen,
• Abstract要約: 超伝導回路に基づく量子熱エンジンの実験実験を行った。 我々はQCR上の調整駆動により量子オットーサイクルを実装し,冷却と加熱を逐次誘導する。 量子進化のシミュレーションと一致する正の出力パワーと効率を測定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Quantum heat engines (QHEs) have attracted long-standing scientific interest, especially inspired by considerations of the interplay between heat and work with the quantization of energy levels, quantum superposition, and entanglement. Operating QHEs calls for effective control of the thermal reservoirs and the eigenenergies of the quantum working medium of the engine. Although superconducting circuits enable accurate engineering of controlled quantum systems, beneficial in quantum computing, this framework has not yet been employed to experimentally realize a cyclic QHE. Here, we experimentally demonstrate a quantum heat engine based on superconducting circuits, using a single-junction quantum-circuit refrigerator (QCR) as a two-way tunable heat reservoir coupled to a flux-tunable transmon qubit acting as the working medium of the engine. We implement a quantum Otto cycle by a tailored drive on the QCR to sequentially induce cooling and heating, interleaved with flux ramps that control the qubit frequency. Utilizing single-shot qubit readout, we monitor the evolution of the qubit state during several cycles of the heat engine and measure positive output powers and efficiencies that agree with our simulations of the quantum evolution. Our results verify theoretical models on the thermodynamics of quantum heat engines and advance the control of dissipation-engineered thermal environments. These proof-of-concept results pave the way for explorations on possible advantages of QHEs with respect to classical heat engines.
• Abstract（参考訳）: 量子熱エンジン(QHE)は、特に熱と仕事の間の相互作用、エネルギー準位、量子重畳、絡み合いの量子化に関する考察から着想を得て、長年の科学的な関心を集めてきた。 運用中のQHEは、サーマル貯水池とエンジンの量子ワーキング媒体のエジネネネギーを効果的に制御することを要求する。 超伝導回路は、制御された量子システムの正確なエンジニアリングを可能にするが、量子コンピューティングにおいて有益であるが、このフレームワークは循環型QHEを実験的に実現するためにまだ使われていない。 本稿では, 超伝導回路をベースとした量子熱エンジンを, 単一接合型量子回路冷凍機 (QCR) を, 作動媒体として機能するフラックス可変トランスモンキュービットに結合した2方向調整可能な熱貯留体として使用して実験的に実証した。 量子オットーサイクルをQCRに調整したドライブで実装し、キュービット周波数を制御するフラックスランプとインターリーブした冷却と加熱を逐次誘導する。 単発量子ビットの読み出しを利用して、熱エンジンのいくつかのサイクルにおける量子状態の進化を監視し、量子進化のシミュレーションに一致する正の出力パワーと効率を測定する。 本研究は, 量子熱機関の熱力学に関する理論モデルを検証し, 放散熱環境の制御を推し進めるものである。 これらの概念実証結果は、古典的な熱機関に対するQHEの利点の可能性を探究する道を開いた。

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