یک نسخه حرارتی از ترانزیستور، می‌تواند به کنترل جریان گرما در سیستم‌های کوانتومی برودتی کمک کند.

بسیاری از فناوری‌های کوانتومی فقط در دماهای خیلی پایین کار می‌کنند. مدیریت جریان گرما در این سیستم‌ها برای محافظت از اجزای حساس آنها بسیار مهم است. اکنون ماتئو پیولدی Matteo Pioldi و همکارانش در موسسه علوم نانو CNR و Scuola Normale Superiore، هر دو در پیزا، ایتالیا، یک مشابه حرارتی از ترانزیستور ابداع کرده‌اند که می‌تواند این مدیریت گرما را تسهیل کند [1]. همانطور که یک ترانزیستور می‌تواند جریان‌های الکتریکی را کنترل کند، این دستگاه جدید پتانسیل کنترل جریان‌های حرارتی در سیستم‌های کوانتومی برودتی را دارد.

رایج‌ترین نوع ترانزیستور دارای سه پایانه الکتریکی است: منبع، درگاه (gate) و تخلیه کننده (drain). تنظیم ولتاژ اعمال شده به درگاه، قدرت جریان الکتریکی جاری از منبع به تخلیه کننده را تغییر می‌دهد. در دستگاه پیشنهادی، یک مخزن حرارتی مبتنی بر نیمه‌رسانا به عنوان منبع و مخازن حرارتی فلزی به عنوان درگاه و تخلیه کننده عمل می‌کنند. مخزن نیمه‌رسانای دوم، گرما را از طریق فوتون‌ها با منبع و از طریق الکترون‌ها با درگاه و تخلیه کننده تبادل می‌کند. تغییر دمای گیت بر میزان سهولت جریان گرما در دستگاه تأثیر می‌گذارد و به نوبه خود، قدرت جریان گرمای جاری از منبع به تخلیه کننده را تغییر می‌دهد.

پیولدی و همکارانش شبیه‌سازی‌های عددی دستگاه خود را در یک چیدمان واقع‌گرایانه در دماهای بسیار پایین انجام دادند. آن‌ها دریافتند که تغییر کوچکی در قدرت جریان گرمایی ورودی از درگاه، می‌تواند باعث شود که قدرت جریان بین منبع و تخلیه کننده به میزان ۱۵ برابر افزایش یابد. آن‌ها می‌گویند که دستگاه آن‌ها می‌تواند مدیریت گرما را در مدارهای کوانتومی بهبود بخشد و در نتیجه به بهینه‌سازی حسگرهای کوانتومی، رایانه‌های کوانتومی و سایر سیستم‌های کوانتومی حساس به دما کمک کند.

-1 M. Pioldi et al., “Photonic heat amplifier based on a disordered semiconductor,” Phys. Rev. Appl. 24, 014055 (2025).

منبع:

Taming Heat in Quantum Tech

ترجمه خبر: شهره کرمی