耦合量子位系统中的光子热整流

      量子技术的发展使得人们对纳米尺度热传输的实验和理论研究越来越感兴趣。在这种情况下，相位相干和纠缠等现象受到极大关注，因为它们可能在改进热机和设备性能方面带来量子优势，包括冰箱、热开关、热机，以及热加速器，以及产生纠缠的真正量子热机。这其中的关键便是热整流，即在两个热储层之间建立的温度梯度的反转下，热流缺乏反转对称性。有限整流意味着热功率的大小随着热流方向的改变而改变。超导混合器件在电子热整流方面具有优异的性能，在由不同超导体和正常金属之间的隧道结、拓扑绝缘体和铁磁绝缘体组成的系统中，整流值最高。虽然通常认为电子热传导是在低温下进行的，但在某些设计中，辐射通道也很重要，甚至占主导地位。例如，当将电路量子电动力学（cQED）方案应用于热状态时，光子热流非常重要，能够以显著的控制度和精度研究量子热传输。

       近日，意大利比萨纳米科学研究所的A. Iorio教授和瑞士日内瓦大学应用物理系的G. Haack教授团队研究了由两个相互作用的磁通量量子位不对称耦合到两个RLC谐振器上组成的热浴系统的整流特性。该系统作为一个高效的光子热二极管，在两个热环境之间的热电流发生整流。他们利用两个量子位之间的量子关联来提高整流因子，以打破整流因子受到槽耦合和温度的限制。整流比高达R∼ 3.5，可用于实际系统，与非相互作用情况相比，可提高约230%。该系统的特点是可以控制整流幅度和方向。超导装置中热流的定向操纵可用于有效的散热或快速量子比特初始化。标准纳米制造技术可用于类似器件的实验实现。该分析适用于其他种类的超导量子位以及不同的耦合方案。相关研究成果发表在《Physical Review Applied》上。（钟雨豪）

       文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054050