Her şey ısı yayar, ancak kuantum nesneleri bunu yaptığında, bu süreçte yok olmadan tespit edilmesi zor olan özellikleri ortaya çıkarabilirler. Bu, bir nesnenin kuantumluğunu nasıl ısındığını veya soğuduğunu gözlemleyerek teşhis edebileceğimiz anlamına gelir.
Isının nesneler arasında nasıl aktığını inceleyen termodinamik, motorları daha iyi anlamak için geliştirildi, ancak İsviçre'deki Cenevre Üniversitesi'nden Patryk Lipka-Bartosik ve meslektaşları bunu kuantum alemindeki küçük nesnelere uygulamak istedi.
Bir kuantum nesnesinin iki kuantum özelliğinden birine sahip olup olmadığını belirlemek için bir yöntem geliştirdiler: dolanıklık — kuantum nesneleri arasında özel bir korelasyon — ve bir kuantum nesnesinin ne kadar dalga benzeri olduğunu ölçen tutarlılık. Bu özelliklerden birine sahip olan ya da olmayan bir nesnenin diğeriyle temas halinde olduğu ve ısının daha sıcak olandan daha soğuk olana doğru aktığı teorik bir model kurdular.
Hesaplamaları, bu ısı akışını incelemenin, ilk nesnenin kuantum olup olmadığını ve tutarlılık veya dolaşıklığa sahip olup olmadığını teşhis etmek için yeterli olduğunu gösterdi. Örneğin, bu süreçte aktarılabilecek en büyük ısı miktarı, ilk nesne kuantum olduğunda, kuantum özelliklere sahip olmadığında olduğundan daha fazlaydı, diyor çalışmada çalışan Danimarka Teknik Üniversitesi'nden Alexssandre de Oliveira Junior. Pratikte bu, klasik bir nesnenin asla sürdüremeyeceği ısı akışları olduğu anlamına gelir, bu nedenle bunlar ölçülürse, ekibin çalışması nesnenin kuantum olması gerektiği anlamına gelir.
"Bu prensipte bazı somut cihazlara yol açabilir. Bunu sadece sıcaklığı ya da yayılan ısıyı ölçmekle kalmayan, aynı zamanda kuantum sistemi hakkında yapısal bilgiler de veren akıllı bir termometre olarak düşünün" diyor İngiltere'deki Nottingham Üniversitesi'nden Gerardo Adesso. Bu, bir parçacığın çevresiyle temas halinde olması nedeniyle doğal olarak kaybettiği ısıya dayanarak ne kadar dalga benzeri — ne kadar kuantum — olduğunu çıkarabileceğimiz anlamına geliyor; bu daha önce kaçınılmaz ama mutlaka yararlı olmayan bir süreç olarak yazılmış olabilir, diyor.
Böyle bir termometre yapmak için kullandıkları matematiksel tarif çok genel olsa da, araştırmacılar denklemlerini deneysel olarak uygulanabilir iki kuantum sistemi için uyarlamayı denediler. Özellikle, bir kuantum bilgisayarda olduğu gibi iki kuantum bitten oluşan bir sistemde dolaşıklığı tespit etmek ve bir mıknatısta olduğu gibi spine sahip birkaç parçacığın tutarlılığını onaylamak için bir protokolün ana hatlarını çizdiler.
Danimarka Teknik Üniversitesi'nden ve aynı zamanda projenin bir parçası olan Jonatan Bohr Brask, bu çalışmanın gelecekte kuantum ısı motorlarını daha iyi anlamamıza ve kullanmamıza olanak sağlayabileceğini söylüyor. Bu tür küçük makineler, iyi çalışması için soğuk olması gereken bilgisayarlar gibi diğer kuantum cihazlarının soğutulmasında rol oynayabilir.
Source: DOI: 10.48550/arXiv.2408.06418