( "معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية مراجعة" في إصدار اللغة الإنجليزية من APP هو الآن على الخط، المستخدم الاشتراك السنوي الإنجليزية تكنولوجيا الفصول الدراسية الحية أسبوعيا والعلوم والتكنولوجيا وكذلك المجتمعات تعلم اللغة الإنجليزية يا ~)

كسر القوانين الكلاسيكية للديناميكا الحرارية ليست ضربا من الخيال، وبعض علماء الفيزياء "المتهور" تعمل على. كما تعلمون، ويستند لقوانين الديناميكا الحرارية الكلاسيكية على عدد كبير من جزيئات سلوكنا، مرة واحدة في نطاق الكم، لدينا كل سبب للشك هذه النظريات.

وهكذا، في السنوات الخمس الماضية، من عدد قليل من علماء الفيزياء النظرية لمئات من علماء الفيزياء النظرية والتجريبية الأصلية في جميع أنحاء العالم اليوم، وازدهرت الديناميكا الحرارية الكم، يواصل العلماء استكشاف أغتنم هذه الديناميكا الحرارية الكلاسيكية قانون الحد.

اليوم، العالم الجديد يبدو أقرب وأقرب. مؤخرا، قام العلماء في هذا الصدد بعض التقدم الجديد. في الأسبوع الماضي، أصدر فريق من الباحثين في جامعة أكسفورد تحليل أولي على ورقة موقع arxiv.com، التحقق تجريبيا من آثار الكم (متماسك إضافة) يمكن تحسين كفاءة توليد الناتج الفوتونات الماس، والكفاءة هي خارج نطاق الديناميكا الحرارية الكلاسيكية.

وقد أجرى علماء الفيزياء الكمومية هذه التجربة في جامعة أكسفورد المختبر. بداية، يتم وضع الماس في الألياف وفوضى مرآة، وغير مرئية تقريبا. ولكن عندما فتح الباحثون الليزر الأخضر، كانت مضاءة عيوب الماس تصل، ثم بدأ توهج الماس الأحمر.

وفقا للتغيرات في شعاع، وجد فريق البحث أن الأدلة الأولية النظرية التي طرحت منذ بضع سنوات: قد تكون آثار الكم من هذا القبيل أن مستوى انتاج الطاقة الماس يتجاوز الحد الديناميكا الحرارية الكلاسيكية.

في حقل الكم، ويعتقد أن القوانين الكلاسيكية للديناميكا الحرارية مع نظرية الكم على أساس معظم سلوك الجسيمات مختلفة، العديد من الديناميكا الحرارية الكم أملا في العثور على منزل خارج السلوك الحرارية التقليدية يمكن تطبيقها على الأغراض العملية، بما في ذلك المختبري-تحسين تكنولوجيا التبريد، والحوسبة الكم والتكرير لخلق تكنولوجيا الخلايا لديها القدرة المحسنة. إذا وضعت نتائج هذه التجربة حتى، أنها سوف تصبح دراسة الديناميكا الحرارية الكم من تحقيق تقدم كبير.

وقد جعلت هذه التجربة لأول مرة الماس روني كوسلوف، رام Uzdin وعميكام ليفي، وأيضا من المقترح الجامعة العبرية. ووفقا لمن المتوقع تفرقوا في عيوب الماس الناجمة عن ذرة النيتروجين يمكن استخدامها في حرارة المحرك، في اتصال مع مصدر ارتفاع في درجة الحرارة (الليزر المستخدمة في التجربة)، لتحقيق الإثارات الإلكترونية للافراج عن طاقة الفوتون. عن طريق الليزر وأشعة الميكروويف يمكن أن تثير الفوتونات، ولكن تبحث Kosloff وزملاؤه إلى الأمام إلى أن هذا "المحرك" يمكن أن تعمل في وضع أسفل المعززة، أي من خلال تحسين الخصائص الحرارية من آثار الكم.

في هذه التجربة، والباحثين في جامعة أكسفورد، ومستوحاة من فكرة ما سبق، حرارة الماس الآثار دراسة محرك التجريبية الكم توجد طرق الليزر وأشعة الميكروويف (التماسك) نابض مجتمعة، بواسطة ضوء الليزر نابض بدلا من تراكب المستمر الإلكترون للحصول على بعض مزيج من أشعة الميكروويف قد تكون بلورات أسرع تنبعث الفوتونات.

وهناك نوعان من الدراسات من حرارة المحرك الكم وعدم وجود آثار الكم مقارنة الباحثين آلة حرارة الكلاسيكية باستخدام الماس وجود عيوب النيتروجين الشغور. وأخيرا، وجدوا، قياس انتاج الطاقة انتاج الطاقة مقارنة مع حرارة المحرك العادي فوق الانحراف المعياري الأربعة، وبالتالي كسر القيود المفروضة على النظرية الكلاسيكية .

ولاحظوا أيضا أنه عندما تضعف التماسك، وسيتم خفض انتاج الطاقة إلى حد كلاسيكي أدناه مما يدل على آثار الكم تساعد على تعزيز قوة المحرك الحرارة ثبت أيضا Quantum Effects إن هناك حماسة في التطبيق .

FIG | A: طول السكتة الدماغية وقوة حرارة المحرك (وقت العمل) وFIG. الخضراء يتوافق خط الصلبة إلى الحد الأعلى من انتاج الطاقة في الديناميكا الحرارية الكلاسيكية، الصلبة خط الكم الأحمر التنبؤ النظري للحرارة المحرك، والقياسات نقطة التجريبية الحمراء، وتبين أنه في التماسك السكتة الدماغية قوة المحرك حرارة قصيرة لكسر أغلال الديناميكا الحرارية الكلاسيكية في الكم التماسك.

B: دور زيادة فك الترابط العثور عليها في كل شوط من انتاج الطاقة تنخفض إلى حوالي حد كلاسيكي ثبت من الجانب الآخر، وتأثير الكم التماسك (تراكب) الكم حرارة المحرك قوة.

وعلاوة على ذلك، في وقت قصيرة السكتة الدماغية التماسك، وجدت أن هناك صنفين من قوة المحرك حرارة متساوية، خرج اثنين من المحركات الحرارية أظهرت التكافؤ، والطاقة أي والحرارة في دورة السكتة الدماغية وحدة هي نفسها.

FIG | نوعين مختلفين من دراسة تجريبية للطاقة الكم من حرارة المحرك (تحاك نقطة)، خط الصلبة والخط المنقط هو صالح النظري لهذين النوعين من حرارة المحرك الكم، وجدت في قصيرة السكتة الدماغية، ونوعين من الطاقة ما يعادل حرارة المحرك.

حاليا، لم يكن ورقة لاستعراض الأقران، ولكن إذا كان العمل يمكن أن يكون يمكن الدفاع عنه، ثم مثلما جامعة إكستر في جانيت قال اندرس عالم الفيزياء الكمومية المملكة المتحدة: "إنه إنجاز الرائد . "لكنه وأضافت أنه ليس من الواضح في النهاية ما هو السبب لتحقيق هذا الغرض.

" ويبدو أن وقود مذهلة، لا يزيد من الطاقة، ولكن المحرك بحيث يمكن استخراج الطاقة بسرعة . وقالت الفيزياء النظرية لا تزال بحاجة إلى دراسة كيفية التعامل معها للقيام بذلك ".

وقالت جامعة اوغسبورغ في ألمانيا الكم الفيزيائي بيتر هانجي أيضا أن التركيز على تنشيط التجربة خطوة مهمة المطلوبة في هذا المجال، ولكن هذه التجارب ليست كافية لتقديم رؤى انفراج حقيقي.

وهناك أيضا التحدي، فإن مثل هذا النظام الكم يكون لا رجعة فيه تدخل التفاعلات البيئة القياس. الاختبار الجديد لا يجعل شرحا وافيا لهذه الآثار. وقال: " هذا التأثير من الصعب حساب، ولكن في هذه التجربة هو أكثر صعوبة للتغلب عليها. "

الشكل شو إيان المسلي

حتى رئيس مختبر أكسفورد، وهذا الماس مرتكبي التجربة إيان المسلي أيضا حذرا بشأن المستقبل في مجال الديناميكا الحرارية الكم.

رغم أنه في السنوات الأخيرة هو والمجربون أخرى تنجذب الكم الديناميكا الحرارية المعهد، لكنه يعتقد أن السبب مهتما أنها في جزء كبير منه بسبب "الانتهازية". ووجدوا الفرصة حتى تنضج ومع الأجهزة التجريبية أخرى مجهزة بالفعل لتنفيذ سريعة وتجربة بسيطة نسبيا. على سبيل المثال، وبالفعل تم دراستها على نطاق واسع في الكم الحوسبة التطبيقات مثل الماس ومعدات معيبة الاستشعار.

في الواقع، والتطور المبكر للديناميكا الحرارية الكم مليئة الجدل، والأفكار النظرية ونظريات متضاربة يتوقع أن مصداقية هذا المجال الناشئ تضعف . وقال بيتر هانجي ذات مرة: "أنا حرجة جدا في هذه المنطقة، وذلك لأن الكثير من النظرية والتجريبية ولكن ليس كثيرا."

ومع ذلك، يجري الآن موحدة تدريجيا الديناميكا الحرارية الكم. أحد الأهداف هو استخدام التجارب للكشف عن السلوك الحراري لأنظمة الكم القوانين الكلاسيكية للديناميكا الحرارية لا يمكن أن تكون قابلة للتنبؤ تماما.

الكم الديناميكا الحرارية هي في الواقع باستمرار في العمق، وكثير من الناس لا يزال يتطلع إلى ان يجلب التغير التكنولوجي الجديد. قبل هذا الإنجاز، الديناميكا الحرارية الكم أيضا بعض الأبحاث مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، كان فريق برشلونة دراسة تدفق المعلومات بين التحليل النظري للغرفة الساخنة وغرفة باردة، وجدنا حالة غريبة - ويبدو أن خلايا ساخنة لتصبح تلقائيا الساخنة، وسوف غرفة باردة تصبح أكثر برودة .

الباحثون أدرك سريعا أن هذا قد يكون عائدا لوسوف تتشابك الجزيئات، ولكن من الناحية النظرية، وسيلة لخلق وتدمير الجسيمات يرتبط بها هو نوع من تخزين وإطلاق الطاقة.

ووفقا لهذه الميزة، اقترحت عدة مجموعات بحثية مستقلة، يمكن استخدام هذا التشابك لتخزين الطاقة في "الكم البطارية". جنوة تقع مجموعة من المعهد الإيطالي للتكنولوجيا أيضا تحاول أن تفعل الشيء خلية فائقة التوصيل الكم أكد التنبؤ فريق برشلونة. من حيث المبدأ، مثل هذا الكم شحن البطارية بشكل أسرع يسرع من البطاريات التقليدية.

الكم الفيزياء قال آرنو رييرا: "وبما أن القانون الثاني للديناميكا الحرارية، على الرغم من أنه لا يمكن الحصول على أو تخزين المزيد من الطاقة من البطاريات التقليدية، ولكن يمكنك تسريع هذه العملية."

وعلاوة على ذلك، من أجل تحقيق الحوسبة الكمومية، بعض الباحثين يبحثون عن أسهل طريقة لمعالجة الكم. جامعة واترلو في كندا من الكم الفيزيائي Nayeli أزوسينا رودريغيث بريونس وزملاؤها المصممة لهذه العملية، وهذا هو، عن طريق التلاعب في مستويات الطاقة لو qubit لتعزيز قدرة التبريد اللازمة لحوسبة الكم. حاليا كانوا يخططون في المختبر باستخدام قليلا الكم فائق التوصيل للتحقق من هذه الفكرة.

كما الرواد الأوائل للديناميكا الحرارية الكم، روني كوسلوف من الجامعة العبرية في القدس في إسرائيل تعبير عن العاطفة: "التنمية في هذا المجال هو سريع بحيث كدت قد ترغب في الاستمرار."

اليوم، مجال الديناميكا الحرارية الكم مليء "الطاقة"، ولكن هذا المجال هو مواصلة تألق، مجرد ومضة في عموم، ما زلنا بحاجة إلى المزيد من الوقت للتحقق.