Dunyodagi Eng Kichik Issiqlik Dvigatellari

Sizga bir narsa haqida aytmoqchiman — bu mening tasavvurimni butunlay ag'darib tashladi. Tasavvur qiling: ikkita oynaning orasida qo'lga olingan atom, doimiy ravishda yorug'lik zarralarini yutib chiqarib turibdi. Oddiy tuyuladi, to'g'rimi?

Ammo fiziklarning aytishicha, shu kichkina atomchalar tizimi aslida mini dyvigatel kabi ishlayapti.

Mana bu yerda esa voqealar chindan ham qiziqarli bo'lib qoladi.

Nima Uchun Bu Muhim?

Bir oz orqaga qaytaylik. Termodinamika — issiqlik va energiya fizikasi — asosan bug 'dvigatellarini va boshqa katta mashinalarni tushuntirish uchun yaratilgan. U bizga energiya qanday oqishini va uning bir qismi nima uchun muqarrar ravishda "yo'qolish"ini aytadi.

Kvant fizikasi esa aksincha — atom va zarrachalar kabi kichik dunyoga oid fan. Bu ikki soha butunlay alohida rivojlangan va aslida ular har doim ham yaxshi "ko'rishmaydi".

Lekin muammo shundaki: endilikda biz bir necha atom va yorug'lik zarrachalaridan iborat mashinalarni yasayapmiz. Va shu paytda eski qoidalar kutgandek ishlamay qoladi.

Kutilmagan Kashfiyot

Bazel universitetidagi tadqiqotchilar guruhi atomni kvant sistemasi sifatida o'rganishgan, yorug'likni esa klassik fizika orqali — ya'ni uning g'alati kvant xususiyatlarini e'tiborsiz qoldirgan holda. Ular bilmoqchi edilar: bu g'alati "oraliq" holatda "foydali ish" qayerda tugaydi va "chiqindi issiqlik" qayerda boshlanadi?

Vaziyatni puxta o'rganishganda, ular muhim narsani topishdi. Ba'zi chiqib ketayotgan fotonlar — odatda hamma uni "chiqindi" deb ataydigan — aslida boshqa kvant sistemalarga foydali ish qilishga qodir ekan. An'anaviy nazariya buni kutmas edi.

Boshqacha qilib aytganda: tasavvur qiling, siz kichkina kvant qurilmasini quvvatlamoqchisiz va hamma sizga "kechirasiz, bu issiqlik yo'qolgan, undan foydalanib bo'lmaydi" deydi. Lekin aslida to'g'ri sharoitda shu "chiqindi" hali ham ishga yaraydi. Bu shunday narsaki, go'yo siz butun vaqt axlatni tashlab kelganingizda, uni qayta ishlash mumkin ekanini bilmasligingiz kabi.

Eng qiziqarlisi shundaki: ularning matematik modeli kvant effektlari chiqayotgan yorug'likdagi tebranishlarni kamaytirishini ko'rsatadi. Ya'ni kamroq tartibsizlik, ko'proq barqarorlik. Kvant kompyuterlar yoki o'ta aniq datchiklar yasamoqchi bo'lganlar uchun bu katta yangilik.

Bu Nima Ma'nodagi?

Kvant metrologiya — kvant effektlaridan foydalanib o'ta aniqlikdagi o'lchashlar olish — ni tasavvur qiling. Mayli, gravitatsion to'lqinlarni aniqlash yoki dunyodagi eng sezgir detektor yasashga harakat qilyapsiz. Bunday sistemalar juda zaif bo'ladi; issiqlik shovqini ularni buzib yuborishi mumkin.

Lekin agar to'g'ri sharoitda issiqlik yordam bermasa, balki zarar yetkazmaydi-chi? Agar shu "shovqin"ning bir qismi aslida vaziyatni yaxshilasa-chi?

Bazel jamoasi bizga ko'rsatayaptiki, issiqlik bilan foydali ish o'rtasidagi chegara biz o'ylagandan ancha moslanuvchan bo'lishi mumkin — ayniqsa kvant miqyosida. Agar bu chegara moslashuvchan bo'lsa, biz kvant mashinalarni loyihalashimiz mumkin — ular har bir so'nggi energiya tomchisini sarflab, ko'pini behuda ketkazmasdan.

Kattaroq Manzara

Bu narsalar menga qiziqarli, chunki u bizga eslatadi: fizika haqidagi sezgilarimiz — katta, klassik ob'ektlar dunyosida yashab olgan umrimiz davomida shakllangan — ob'ektlar haqiqatan kichkina bo'lib qolganda ko'pincha ishlamaydi.

Issiqlik har doim ham chiqindi emas. Tartib har doim ham yo'qolmaydi. Biz realnlikni tartibga solish uchun ishlatadigan kategoriyalar inson ixtirolari xolos va ba'zan tabiat boshqacha fikr yuritadi.

Ushbu kichkina kvant dvigatellari yaqin orada mashinangizni haydab ketmaydi. Ammo ular bizga energiya, axborat va koinotning eng kichik burchaklarida hukmronlik qiladigan g'alati qoidalar haqida chuqur saboq bermoqda. Va bu haqiqatan ham qiziq.