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物理 重点:冷却与温暖的光芒

重点:冷却与温暖的光芒

发布时间2012年3月23日|  物理 36(2012年)  DOI:10.1103/Physics.5.36
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A.真理和J. Eisert,。牧师快报。(2012年)

当非相干光束与频率ω浸泡的能量。b(来自LED或其他源)取得反射镜,在频率ω振荡?,的相互作用可以在频率ω从反射镜的光的形式除去热量,总和其他两个频率。

激光冷却原子的部分,因为他们是“一致的”,这意味着它们是同步的,有序的光子。两个理论在“ 物理评论快报“的论文,明确地表明如何使用无序,非相干光冷却的小物件。论文采用不同的原则:于一体,带走的热量是由电子,而在另一方面,热辐射远光。但是,两种制冷方案使用量身定制的量子系统的能量水平。这是越来越多的工作表明,量子计算机应该有更好的表现比他们的经典类似物。新的计划可能是个好消息,研究人员试图降温高精度力米或位的量子计算机。

冷却与热是不是新的。吸收式冷冻机使用热从一个小的燃烧器或其它信号源的驱动是类似于在一个正常的冰箱压缩机中的一项的蒸发冷凝循环。灯可以用来作为热源,但冷却功率是不是很强。使用激光冷却原子和其他小物体接近绝对零度的云时获得更好的性能。理想的情况下,研究人员希望冷却一个小的,固体的对象,如一个原子力显微镜的尖端,其量子基态时,可能的最低的温度下。这些系统可用于研究量子引力的宏观物体的量子波函数。

大量研究的最新理论工作的热力学原理的应用,如热和工作在量子水平上[ 1 ]。据了解,量子引擎和冰箱可能有一个经典的优势,因为量子粒子可以发生在明确界定的能量状态。优化的量子系统,因此可以在一个特定的能源。但很少有已建成但这些量子计算机,所以有力地推动变现设计[ 234 ]。

的巴特Cleuren和他的同事们在Diepenbeek,比利时哈瑟尔特大学的,提出了一个冷却系统,可以想见,与阳光。待冷却的固体对象说的金属电极电连接到一个温暖的对象(另一个电极)。电流可以流过电极间的,通过对量子点,这可能是不导电的表面上的半导体小岛上。每个点的作用就像一个可以接受一个单一的电子的原子在两个能级之一。

团队想象调整的两个点,这样的能量水平的冷电子流从温暖的电极的冷一热电子,而在相反的方向流动。为了使这一通道,在温暖的电极冷电子跳跃到较低的能量电平的第一个点,它必须在其中为了跳转到第二个点的较低的能量水平的吸收一个光子。一到那里,冷电子跳进寒冷的电极,帮助降温。热电子使在其他方向上的一次类似的旅行,跳频跨越点的上能级和吸收的光子一路上。一个强大的光源,如太阳需要,推动反对的电流。

Cleuren说,可以想见的电子被“蒸发”掉的冷对象和“冷凝”在温暖的对象,有点像一个吸收式制冷机。的净热流可能会是相当小的,但Cleuren想象的点阵列可以被放置在之间的热和冷的对象,以增加热交换。

在柏林自由大学的安德烈马里和Jens Eisert提出了不同的冷却机制。以前的实验已经表明,激光可以冷却是一个所谓的光学机械的移动设备的一部分的一个小的反射镜。在这些实验中,反射镜,这是允许的振动,是对面的第二,固定的,半透明反射镜。通过固定反射镜,激光的光流和光子它们之间来回弹跳可以建立与第一反射镜有较强的相互作用。这种相互作用可以导致大多数反射镜的振动能量被转换为光,这是相当于冷却镜子。但是,真理和Eisert认为他们可以放弃的激光。可用于冷却量子系统,语无伦次,廉价的光源,如LED,说:“Eisert。

他们设想一个三模式的交互中,反射镜或类似的物体在一个频率上振动,同时也与两个单独的频率的光相互作用。将被选择的光的频率,使它们之间的差值等于反射镜的振动频率。当两个反射镜之间的空间被填充有非相干光的下部光频率,振动镜吸收部分能量,并加热。但的计算的Mari和Eisert的显示,这光驱动的机械能转换成光在更高的光的频率。他们所描述的晶体管般的效果,在光泵浦在“连接”放大在另一个“连接发出的光。”研究小组发现,有一个最佳的更高频率的光量,以获得最大的冷却,与哪一个可以想见,冷却室温对象下降到大约70开尔文。该系统需要非常低的热噪声的的极为敏感力探测器,可能是有用的,Eisert说。

从斯图加特大学,德国的君特·马勒认为,有很多以前在量子热力学的研究奠定了理论基础。“什么是新的在这些最新的论文是实现的类型,这不应该被低估,”马勒说。他认为,设计是可行的,不久可能会出现一些初步的实验室尝试。但是,“未来的技术是什么还为时过早,现在,”他说。

迈克尔·Schirber

迈克尔·Schirber是一个自由科学作家在法国里昂。



参考文献

  1. 请参阅参考资料中A.利维和R. Kosloff的,“量子吸收冰箱,” arXiv:1109.0728(2011)。
  2. ,S. N.林登·波佩斯库和体育Skrzypczyk,“有多小热机?尽可能最小的冰箱,“ 物理学评论。快报。 105,130401(2010)
  3. Y.-X. 陈和S.-W. 李,“量子冰箱驱动电流噪声,Europhys。快报 97,40003(2012年)
  4. JT Peltonen,M.海勒·吉莫弗耶夫AV,体育Solinas,FW Hekking,JP Pekola,的“布朗制冷的复合隧道结,” 物理。版本B 84,144505(2011)
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