作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 研究者实验装置的扫描电子显微镜图像
信用:Dutta等
虽然世界各地的许多研究团队正在努力开发高性能的量子计算机，但有些团队正在开发工具来控制计算机内部的热流
事实上，就像传统计算机一样，量子计算机在运行时会显著发热，最终会损坏设备及其周围环境
法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学和芬兰量子技术卓越中心的一组研究人员最近开发了一种单量子点热阀，这种装置可以帮助控制单量子点结中的热流
发表在《物理评论快报》上的一篇论文中提出的这种热阀可以帮助防止量子计算机过热
开展这项研究的研究人员之一尼古拉·洛·古洛告诉《物理》杂志说:“随着电子元件的小型化，在纳米尺度上处理过多的热量已经成为一个越来越重要的问题。”
（同organic）有机
“当一个人想要保持一个装置的量子性质时，这一点尤其正确；温度的升高通常会导致量子特性的退化
另一个研究小组最近实现了光子热阀，最终激发我们创造了基于固态量子点的热阀
" 罗古洛和他的同事最近进行的研究的一个关键目标是证明控制流经量子点结的热量的可行性，同时也使一定量的电流能够流动
为了设计他们的单量子点热阀，研究人员在两个金属触点之间放置了一个金纳米粒子，用它作为一个连接点
这种纳米粒子非常小，可以用来干涉单个能级，就像一个更大的人造原子可以干涉几个能级一样
“通过适当调整外部参数，有可能允许一个接触中的电子只流过这个人造原子的一个能级，然后到达另一个接触，”罗古洛解释说
因此，单能级量子点充当了两个金属触点之间的桥梁
" 在正常情况下，只有当量子点的能级与触点中电子的能量共振时，能量交换才是可能的
然而，在罗古洛和他的同事开发的装置中，触点的存在通过拓宽人造原子的能级改变了它的性质
“这种效应是我们研究的热阀效应的核心，”罗古洛补充道
“这种加宽相当于创造了一种虚拟态，这种虚拟态不是经典意义上可达到的，它通过携带能量和产生我们报道的热阀效应，允许电子从一个触点流向另一个触点
" 在较大的(宏观的)导体中，研究人员已经确定了它们传导电荷的能力和传导热量的能力之间简单而普遍的关系
这种关系是由一个被称为威德曼-弗朗茨定律的理论结构来描述的
研究人员创建的单能级量子点热阀的3D图形表示
信用:大卫·旺达
然而，在量子设备中，比如罗古洛和他的同事开发的那种，事情就不那么简单了
这是由于电荷和能量的量子化，导致偏离了威德曼-弗兰茨定律
“使用最基本的量子力学图像(称为半经典)，人们会认为量子点结根本不导热，”参与研究的另一位研究员克莱门斯·温克尔曼告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“然而，我们的测量表明，这不是真的，理论解释与量子波动有关，就像海森堡测不准原理一样，它部分地恢复了能量，从而恢复了热流
" 当研究人员开发他们的设备时，他们必须克服许多技术挑战
例如，他们必须确定一种策略来测量量子设备内部的局部温度(和温差)
最终，他们研究的最大成就之一是，他们能够收集这些测量结果，从而更好地理解量子设备内部的热量是如何管理的
温克尔曼说:“电子设备在处理信息时会产生耗散，这导致了在经典处理器中观察到的众所周知的过热问题，这也发生在量子世界。”
“过热会干扰设备的逻辑操作，导致错误
我们的工作提供了一个更好的理解如何产生热量，并可以在这样一个设备中排出
" 通过引入一种策略来实现对流经量子器件中最小结的热量的控制，罗古洛、温克尔曼和他们的同事最近的论文可以为固态热电子学这一新兴研究领域带来有趣的新可能性
固态热电子学研究探索通过温度梯度控制热流的可能性，其方式类似于在现有设备中控制电流和电压的方式
“固态热电子是一个相对较新的领域，但已经取得了重要进展，如实现了热阀、热二极管和晶体管、能量采集器，甚至热逻辑门的提议，”罗古洛说
“我们提供了另一个在固态设备中控制和测量热流和温度的可行性示例
" 在未来，这个研究小组开发的热阀可以提高量子设备的可靠性和安全性，降低过热的风险
在他们的下一项研究中，罗古洛和温克尔曼想设计策略来测量随时间的消散
换句话说，他们计划研究单个基本量子耗散过程，比如单个电子的隧穿或量子力学相位的单个2π滑移，而不是专注于量子器件的稳态加热
“未来的研究有许多可能的方向，”罗古洛补充道
“我们目前正在寻找结构更复杂的连接，看看它们在可操作性方面是否有一些优势
另一个吸引人的可能性是实现对热流的时间分辨控制，从而考虑到热电子学的应用，允许实时操作
"
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