Предложен рефрижератор на основе одной-двух квантовых частиц
Физики из Бристольского университета (Англия) продемонстрировали, как возможно выстроить рефрижератор на базе одной либо двух квантовых частиц.
направляться сходу подметить, что предложенные рефрижераторы независимы, чем и выделяются на фоне в далеком прошлом известных способов охлаждения, в которых над микроскопической совокупностью совершается работа. К таким методам относится, например, лазерное охлаждение.
Авторы разглядывают совокупность из трёх частиц — кубитов с главным и возбуждённым состояниями. Первый кубит представляет собой тот объект, что нужно охладить; энергия его возбуждённого состояния обозначается как Е1. Второй и третий кубит совместно составляют рефрижератор, а их энергии равны Е2 (её значение должно быть больше Е1) и Е3, причём Е3 = Е2 – Е1.
У таковой совокупности имеется две конфигурации с однообразной полной энергией: первая, |101>, соответствует переводу первого и третьего кубитов в возбуждённое состояние, а вторая имеет форму |010> и реализуется при возбуждении второго кубита.
Рис. 1. Схема энергетических уровней трёх кубитов (сверху) и кубита и кутрита, составляющих различные варианты совокупности. Первая частица охлаждается. (Иллюстрация из издания Physical Review Letters).
Если бы все кубиты пребывали при одной температуре, возможность переходов |101> &светло синий; |010> и |010> > |101> была бы однообразна, а сама совокупность была бы ненужна. Чтобы добиться нужного результата, учёные вводят в совокупность узнаваемые по хорошему циклу Карно «нагреватель» и «холодильник» с температурами Тх < Тн.
Первые два кубита находятся в контакте с «холодильником», а третья частица контактирует с «нагревателем», благодаря чего возможность состояния |101> (и перехода |101> > |010>) увеличивается. Следовательно, первый кубит будет чаще выясняться по большей части состоянии, что и создаёт эффект охлаждения.
«Размер» рефрижератора соответствует количеству квантовых состояний совокупности; при трёх кубитов число вероятных состояний равняется восьми. Согласно мнению ученых, это число возможно уменьшить до шести, выстроив рефрижератор на базе одного кутрита — частицы с главным (|0>) и двумя возбуждёнными (|1> и |2>) состояниями. Тут, но, нужно обеспечить различные температурные условия переходов |0> > |1> и |1> > |2>. «Это число состояний представляется нам минимально вероятным», — говорит участник работ Ноа Линден (Noah Linden).
Физики кроме этого продемонстрировали, что их схема разрешает приближаться на сколь угодно малое расстояние к полному нулю. Согласно точки зрения Ханса Бригеля (Hans Briegel) из Инсбрукского университета (Австрия), квантовые рефрижераторы в полной мере смогут наблюдаться в природе: схожий механизм, например, даёт теоретическую возможность одной части какой-нибудь биомолекулы охлаждать другую. Более детально данный вопрос разбирается тут.
Данные исследований представлены в статье Physical Review Letters.
По данным: