Professor für Physik an der Universität von Rochester Andrew Jordan und sein Team habe einen Kühlschrank konzipiert, der Atome auf unter 459 Grad Fahrenheit abkühlen kann. Das ist kalt, sehr kalt.
Wenn nicht zur Aufbewahrung von Lebensmitteln, wofür könnte ein Kühlschrank möglicherweise verwendet werden?
Dieser spezielle Kühlschrank, der auf der Eigenschaft der Supraleitung basiert, würde die Leistung von Quantensensoren oder -schaltungen für ultraschnelle Quantencomputer erleichtern und verbessern.
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Lassen Sie es uns zuerst aufschlüsseln.
Was ist Supraleitung und wofür ist sie nützlich?
Leitfähigkeit gibt an, wie gut ein Material Elektrizität leitet. Materialien mit hoher Leitfähigkeit sind solche, durch die elektrischer Strom fließen kann, z. B. Metalle. Selbst gute Leiter wie Metalle stoßen aufgrund von Reibung immer noch auf Widerstand.
Ein Supraleiter hingegen ist, wenn ein Material Elektrizität leitet, ohne auf Widerstand zu stoßen, ohne Energie zu verlieren.
Forscher glauben, dass alle Metalle zu Supraleitern werden, wenn ihre Temperaturen ausreichend gesenkt werden können. Der schwierige Teil besteht darin, das genaue zu kennen. 'kritische Temperatur' für jedes Metall, da diese alle unterschiedlich sind.
"Wenn Sie diese magische Temperatur erreichen - und es ist keine allmähliche Sache, es ist eine abrupte Sache -, fällt der Widerstand plötzlich wie ein Stein auf Null und es kommt zu einem Phasenübergang", sagt Jordan. "Ein praktischer supraleitender KühlschrankSoweit ich weiß, wurde das überhaupt nicht gemacht. "
Was ist der Unterschied zwischen einem supraleitenden Quantenkühlschrank und dem in unserer Küche?
Der supraleitende Quantenkühlschrank verwendet die Prinzipien der Supraleitung, um eine ultrakalte Umgebung zu schaffen. Diese kalte Umgebung wird dann verwendet, um die gewünschten und erforderlichen Quanteneffekte zur Verbesserung der Quantentechnologien zu erzeugen.
Anders als bei unseren Küchenkühlschränken würde dieser supraleitende Quantenkühlschrank eine Umgebung schaffen, in der Forscher Materialien in einen supraleitenden Zustand versetzen könnten - beispielsweise ein Material in ein Gas oder eine Flüssigkeit umwandeln.
Während supraleitende Quantenkühlschränke nicht für die Verwendung in der Küche einer Person geeignet sind, sind die Funktionsprinzipien herkömmlichen Kühlschränken sehr ähnlich, sagt Jordan.
"Was Ihr Küchenkühlschrank mit unseren supraleitenden Kühlschränken gemeinsam hat, ist, dass er einen Phasenübergang verwendet, um eine Kühlleistung zu erhalten."
Ähnlich wie bei einem supraleitenden Quantenkühlschrank arbeitet ein herkömmlicher Kühlschrank durch Wärmeabfuhr und nicht durch Kälte des Inhalts. Er bewegt eine Flüssigkeit - die Kältemittel - zwischen heißen und kalten Behältern, die von einer Flüssigkeit in ein Gas umgewandelt werden.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Kühlschränken besteht darin, dass sich das Kältemittel eines Supraleiterkühlschranks nicht von einem flüssigen Zustand in ein Gas ändert, sondern dass sich seine Elektronen vom gepaarten supraleitenden Zustand in einen ungepaarten Normalzustand ändern.
Wenn Milch und Gemüse nicht gelagert werden, was werden die Forscher in den Supraleiterkühlschrank stellen?
Anstelle der Lagerung von Lebensmitteln könnten im supraleitenden Quantenkühlschrank Qubits, die Grundeinheiten von Quantencomputern, gespeichert werden. Sie könnten auch zur Kühlung von Quantensensoren verwendet werden, die Licht äußerst effizient messen und zur Untersuchung von Sternen und anderen Galaxien verwendet werdenSie könnten auch verwendet werden, um eine bessere Bildgebung zu entwickeln. MRT-Geräte .
"Es ist wirklich erstaunlich, darüber nachzudenken, wie das funktioniert. Im Grunde genommen nimmt alles Energie auf und wandelt sie in transformative Wärme um", sagt Jordan.
Nicht das, was Jack und Jill normalerweise in ihrem Kühlschrank aufbewahren, aber möglicherweise sehr nützlich für den Fortschritt der Wissenschaft.