Квантовое наноустройство действует как холодильник и обогреватель одновременно
Logo
Cover

Многозадачная наномашина, действующая как нагреватель и как рефрижератор одновременно, была создана японскими инженерами. Устройство предназначается для проверки квантовых эффектов, управляющих поведением мельчайших частиц, но однажды с его помощью можно будет также повысить производительность нанотехнологий.

Обычные тепловые машины и рефрижераторы состоят из двух баков с жидкостью. Давление в одном из них вызывает нагрев жидкости, а быстрое расширение в другом — охлаждение. Если эти операции выполнять в последовательном цикле, баки будут обмениваться энергией, и систему можно использовать либо как нагреватель, либо как холодильник.

В макромире создать устройство, одновременно выполняющее обе этих задачи, невозможно и бессмысленно. Другое дело — если уменьшить его. Физики постоянно экспериментируют со все более маленькими машинами, иногда состоящими из нескольких атомов. В таком масштабе им приходится полагаться на законы квантового мира, пишет Phys.org.

Квантовая версия теплового двигателя использует электрон в транзисторе. У электрона два возможных энергетических состояния. Ученые могут увеличить или уменьшить щель между этими состояниями, применив электрическое поле и микроволны. Это напоминает периодическое расширение и сжатие жидкости в баке. Также устройство излучает микроволны, когда электрон переходит от высокоэнергетического уровня к более низкому.

Изучая работу этого устройства, ученые обнаружили нечто необычное: оно не только действовало как рефрижератор или нагреватель попеременно, но и выступало в этих двух качествах разом, в соответствии с чисто квантовым эффектом.

«Мы наблюдали практически идеальное совпадение между экспериментальной интерференционной картиной и тем, что предсказывала теория», — сказал Кейджи Оно, исследователь из Института RIKEN. — Это позволяет быстро переключаться между двумя режимами. В будущем такая способность поможет создать новые варианты применения этих систем».

Новую странность квантового мира обнаружили ирландские физики. Проанализировав принцип Ландауэра с точки зрения квантовых вычислений, группа ученых пришла к выводу, что квантовая природа стираемой информации может приводить к значительно большему выделению тепла, чем допускают законы вычислительной термодинамики.