Який найкрихітніший холодильник вам доводилося бачити? Вчені запропонували спосіб побудувати «рефрижератор», який складається всього з декількох частинок, але при цьому здатний створювати температури, близькі до абсолютного нуля.
Нове дослідження, проведене вченими з Брістольського університету (Великобританія), демонструє теоретичні межі того, наскільки малим може бути діючий охолоджуючий пристрій. "На зорі термодинаміки вона застосовувалася до великих об'єктів, на зразок парового двигуна, - коментує фізик Тоні Шорт (Tony Short) з Кембриджу, який не брав участі в дослідженні. - Те, що всі основні принципи термодинаміки можна перенести на крихітні системи, аж до квантових, і ці принципи все ще будуть працювати - просто чудово ".
Фізики Ноа Лінден (Noah Linden), Санду Попеску (Sandu Popescu) і Пол Скшипчик (Paul Skrzypczyk) запропонували систему охолодження на основі трьох пов'язаних кубітів - частинок, які можуть існувати в одному з двох станів. Перший кубіт відіграє роль охолоджуваного об'єкта. Два інших кубіти становлять «холодильник». Один з них буде знаходитися при температурі, близькій до кімнатної, а інший - при високій температурі.
Квантові зв'язки між частинками дозволяють їм впливати один на одного. «Гарячий» кубить поглинає енергію навколишнього середовища, і «тягне» за собою «теплий» кубіт, який в свою чергу відбирає енергію у «холодного», охолоджуючи останній до вельми низьких температур. Надлишкова енергія розсіюється «теплим» кубітом подібно до того, як трубка-конденсатор на задній стінці кухонного холодильника передає тепло довкіллю.
За розрахунками фізиків, чим «гарячіше» третій кубіт - тим більше охолоджуюча здатність установки. І поки підтримується висока температура, система буде працювати безперервно.
Ідеї малих систем охолодження пропонувалися і раніше, але розробка вчених з Брістоля - перша не залежна від зовнішніх впливів (наприклад, лазерів). Група Ліндена також запропонувала ще меншу систему, що складається всього з однієї частинки - кутриту. Кутрит, на відміну від кубіту, може перебувати не в двох, а в трьох станах. «Ми вважаємо, що це найменша з можливих систем, яку можна назвати холодильником», - говорить Лінден.
Дослідники планують реалізувати свої ідеї на практиці, побудувавши діючий «квантовий холодильник». Такий пристрій можна буде використовувати для регулювання швидкості біохімічних реакцій шляхом охолодження окремих ділянок молекули білка; або для підтримки низької температури окремих елементів квантових комп'ютерів.
Фізик Ніколас Гісін (Nicolas Gisin) з Женевського університету припустив, що подібні «квантові холодильники» можуть існувати в живій природі. Наприклад, молекули з одного боку аркуша рослини, що нагрівається сонцем, можуть бути пов'язані з охолоджуваною часткою на іншому боці аркуша... Лінден назвав думку «захоплюючою», але поспішив підкреслити, що це всього лише ідея. Втім, він визнає, що був би «дуже щасливий», якби подібне припущення підтвердилося.
За повідомленням ScienceNews