芬兰阿尔托大学 Mikko Möttönen 教授领衔的量子技术研究团队取得里程碑式突破，成功研制全球首台可完整循环运行的超导电路量子热机，相关学术成果于 7 月 13 日正式刊发于国际顶级期刊《自然・通讯》。该成果填补了超导体系循环量子热机的实验空白，是量子热力学学科从纯理论推演落地实体实验的关键标志性成果，同时为大规模超导量子计算机低温热控、片上能量调控开辟全新技术路线人民网。

量子热力学聚焦微观量子尺度下热流传递、能量转换规律，长期以来仅存在完善理论模型，缺少适配超导量子芯片的实体实验样机。传统宏观热机依靠独立高温热源、低温冷源实现热能做功，而离子阱、核磁共振等体系的量子热机方案无法兼容主流超导量子计算硬件，难以落地实用化场景。本次研发的超导量子热机彻底解决上述痛点，以超导传输子（Transmon）量子比特为做功工质，搭配片上量子电路制冷器，整套装置运行于接近绝对零度的极低温恒温环境中IT之家科…。

设备核心创新在于单器件双温区调控设计：仅依靠一台量子电路冰箱，即可分时完成对量子比特的加热、制冷切换，无需两套独立冷热源硬件，大幅简化微型量子系统架构。科研团队通过高精度时序微波控制脉冲，驱动量子比特复刻经典内燃机奥托循环，完整走完吸热、膨胀做功、放热、压缩复位四大流程；借助单比特实时态读取技术全程追踪量子演化，精准测得每个循环均可稳定输出可量化的正向功，直接证实量子尺度热量可高效转化为有用能量，完美验证量子热力学核心理论猜想。

论文第一作者 Tuomas Uusnäkki 表示，这套超导量子热机具备超高热流控制精度，可动态调节量子比特换热强度，为研究量子关联、微观熵变、量子效率极限等前沿物理问题提供标准化实验平台。相较于过往其他体系量子热机，超导电路方案优势显著：核心量子比特与现有超导量子计算机硬件完全同源，具备片上集成、规模化拓展潜力河北省科学…。

业内专家评价，本次突破具备双重重大价值：基础物理层面，人类拥有了可反复复现、精准测控的超导量子热力学实验载体，能够定量检验量子尺度下热力学定律修正模型，探索经典卡诺效率之外的量子能量优势；产业应用层面，该热机可集成于多比特超导量子芯片内部，在极低温腔内部直接完成比特驱动、能量回收与热管理，大幅削减传统量子计算机依赖的外部微波线缆数量，降低百万比特级量子计算系统的硬件复杂度、制冷负荷与运行成本，加速通用超导量子计算机落地进程。

下一步，研究团队将优化热机循环输出功率与能量转化效率，拓展多比特耦合量子热机实验，并与全球量子计算机构开展联合测试，推动量子热力学器件从实验室原型走向量子芯片配套核心模块，助力量子传感、量子精密测量、低温量子能源等交叉领域技术革新。