과학자들이 세계 최초의 초전도 양자 열기관을 개발했다 – 절대영도에 가까운 온도의 열을 유용한 일로 변환한다

핀란드 알토 대학교(Aalto University) 연구진이 초전도 회로 내에서 세계 최초의 순환형 양자 열기관(cyclic quantum heat engine)이라고 명명한 장치를 구현했습니다. 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표된 이 실험은 자속 조절이 가능한 트랜스몬(transmon) 큐비트를 작동 물질로, 양자 회로 냉동기(quantum-circuit refrigerator)를 제어 가능한 열 저장소로 활용하는 초전도 회로를 사용했습니다.

연구진은 양자 시스템의 에너지 준위를 변화시키면서 가열과 냉각을 반복하는 양자 오토 사이클(quantum Otto cycles)을 여러 차례 수행했습니다. 그 결과 이론적 시뮬레이션과 일치하는 양(+)의 출력과 효율을 측정함으로써, 미시적 양자 시스템이 실제 열기관으로 작동할 수 있음을 입증했습니다.

물론 이 장치는 가정용 전력을 생산하는 냉장고 크기의 기계가 아닙니다. 출력은 극히 미미하며, 시스템은 절대영도에 가까운 극저온 상태에서 작동합니다. 이 연구의 진정한 의의는 기초 과학적 측면에 있습니다. 양자 열기관은 향후 연구자들이 양자 규모에서의 열역학을 이해하는 데 도움을 주고, 더 크고 정교한 양자 컴퓨터에 필요한 기술을 발전시키는 데 기여할 수 있기 때문입니다.

출처: Nature Communications / Aalto University

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