ตู้เย็นขนาดเล็กที่น่ารำคาญอาจไม่ถูกจำกัดไว้เฉพาะในโรงแรมหรือห้องพักในหอพักอีกต่อไป การศึกษาใหม่เสนอวิธีสร้างตู้เย็นที่เล็กที่สุดโดยอิงจากอนุภาคเพียงไม่กี่ตัวและสามารถทำความเย็นให้ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ได้ การศึกษาซึ่งจะปรากฏในฉบับPhysical Review Letters ฉบับต่อไป ผลักดันขีดจำกัดว่าอุปกรณ์ทำความเย็นจะมีขนาดเล็กเพียงใดและยังคงทำงานได้นักฟิสิกส์ Tony Short แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในอังกฤษกล่าวว่า “เมื่อเทอร์โมไดนามิกส์ถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรก มันถูกนำไปใช้กับเครื่องจักรไอน้ำขนาดใหญ่ “ความจริงที่ว่าคุณสามารถนำแนวคิดไปสู่ระบบควอนตัมแต่ละระบบที่มีขนาดเล็กได้ และแนวคิดพื้นฐานแบบเดียวกันยังคงใช้ได้ผลดีทีเดียว”
ผู้ร่วมวิจัย Noah Linden, Sandu Popescu และ Paul Skrzypczyk
ซึ่งเป็นมหาวิทยาลัยบริสตอลในอังกฤษทั้งหมด เสนอแผนการทำความเย็นที่อาศัยอนุภาค qubits ที่เชื่อมโยงกัน 3 ตัว ซึ่งอาจมีอยู่ในหนึ่งในสองสถานะ คิวบิตสองตัวเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นตู้เย็นและจะถูกเก็บไว้ในอ่างความร้อนสองอ่าง: ห้องหนึ่งร้อนมากและอีกห้องหนึ่งใกล้อุณหภูมิห้อง qubit ที่สามคือวัตถุที่จะเย็นลง เนื่องจาก qubits เหล่านี้มีความเชื่อมโยงของควอนตัม พวกมันจึงสามารถมีอิทธิพลต่อกันและกันได้ ดังนั้น ในขณะที่ควิบิตที่ร้อนที่สุดดูดซับพลังงานจากอ่างที่ร้อนจัด มันกระตุ้นคิวบิตที่อุ่นเพื่อดูดพลังงานออกจากคบิตที่สาม และทำให้เย็นลง พลังงานพิเศษนี้จะกระจายออกจาก qubit ที่สองในลักษณะเดียวกับที่ขดลวดที่อยู่ด้านหลังตู้เย็นในห้องครัวจะปล่อยความร้อน
ในการคำนวณ นักฟิสิกส์พบว่าเมื่ออ่างคิวบิตที่ร้อนที่สุดนั้นร้อนขึ้น ความสามารถในการทำความเย็นของตู้เย็นก็ดีขึ้น และโดยหลักการแล้ว ตราบใดที่อ่างความร้อนยังร้อนอยู่ ระบบก็จะสามารถทำงานได้ตลอดไป “เมื่อคุณตั้งค่าแล้ว มันก็นั่งอยู่ที่นั่น ค่อยๆ เย็นลง” ลินเดนกล่าว
มีการสร้างระบบขนาดเล็กอื่นๆ ขึ้น แต่นี่เป็นระบบแรกที่ไม่ต้องอาศัยกลไกภายนอก
เช่น เลเซอร์ที่ซับซ้อน Linden กล่าวว่า “ความกล้าทั้งหมดของตู้เย็น ทั้งหมดนี้ไม่ได้ซ่อนอยู่ในวัตถุขนาดมหึมาซึ่งกำลังทำงานอยู่”
ลินเดนและทีมของเขายังเสนอระบบที่เล็กกว่านั้นอีก ซึ่งอนุภาคเดี่ยวที่มีข้อมูลควอนตัมที่แตกต่างกันสามระดับ เรียกว่า ควอทริท ทำหน้าที่เป็นตู้เย็น “เราเชื่อว่านี่เป็นสิ่งที่เล็กที่สุดที่คุณสามารถเรียกว่าตู้เย็นได้” ลินเดนกล่าว
นักฟิสิกส์ Nicolas Gisin จากมหาวิทยาลัยเจนีวากล่าวว่าการศึกษาใหม่นี้ “สง่างามมาก เป็นการเปิดช่องทางใหม่โดยสิ้นเชิงสำหรับคำถามที่น่าสนใจ โดยผสมผสานเทอร์โมไดนามิกส์และวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัมในลักษณะที่แปลกใหม่”
นักวิจัยวางแผนที่จะร่วมมือกับกลุ่มอื่น ๆ เพื่อกำหนดพิมพ์เขียวที่แน่นอนสำหรับตู้เย็นขนาดเล็กและสร้างมันขึ้นมา ในอนาคต ตู้เย็นขนาดเล็กอาจถูกใช้เพื่อชะลอหรือเร่งปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนในเซลล์ โดยการทำความเย็นชิ้นส่วนที่แม่นยำ หรือเพื่อให้ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนในคอมพิวเตอร์ควอนตัมเย็นจัด
คำถามที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือตู้เย็นดังกล่าวอาจมีอยู่แล้วในธรรมชาติหรือไม่ Gisin กล่าว ตัวอย่างเช่น พืชที่โดนแสงแดดอาจมีโมเลกุลโดยที่ปลายด้านหนึ่งนั่งโดยตรงในอ่างน้ำร้อนตามธรรมชาติ ทำให้ตู้เย็นขนาดเล็กสามารถระบายความร้อนที่ปลายอีกด้านหนึ่งได้
ลินเดนและเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่าความคิดนั้นน่าตื่นเต้น แต่เขาระมัดระวังที่จะชี้ให้เห็นว่าจนถึงตอนนี้ มันเป็นแค่ความคิด “เราไม่ต้องการที่จะอ้างว่าเรารู้จักสถานที่ที่สิ่งนี้เกิดขึ้น” เขากล่าว “แต่คงจะดีถ้ามีคนคิดโมเลกุลขึ้นมาแล้วพูดว่า ‘ดูนี่สิ มันมีคุณสมบัติที่คุณต้องการไม่ใช่หรือ?’ เราจะมีความสุขมากถ้าเกิดขึ้น”
แนะนำ : เคล็ดลับต่างๆ | เว็บรวมวิธีต่างๆ How to | จัดอันดับซีรีย์ | รีวิวครีม
