การได้รับข้อมูลโดยมีส่วนลดอาจทำให้เทคโนโลยีสามารถบิดเบือนกฎข้อที่สองและให้ประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องยนต์ขนาดเท่าจริงได้ดีที่สุด “สิ่งที่เราหวังได้คือเครื่องจักรที่ทำงานเร็วขึ้น ตู้เย็นที่เย็นลง หรือแบตเตอรี่ที่เก็บได้มากขึ้นหรือชาร์จเร็วขึ้น” Huber นักทฤษฎีข้อมูลควอนตัมจากมหาวิทยาลัยเจนีวากล่าวHuber เปรียบเทียบความท้าทายข้างหน้ากับการเล่นเกม เหมือนกับที่ Carnot เล่นในศตวรรษที่ 19 คาร์โนต์หมุนแป้นหมุนเพื่อควบคุมตัวแปรต่างๆ เช่น อุณหภูมิและความดัน จนกว่าเขาจะบีบประสิทธิภาพสูงสุดออกจากเครื่องยนต์ไอน้ำ นักฟิสิกส์ในปัจจุบันมีเป้าหมายที่แตกต่างกัน — บางทีอาจสร้างตู้เย็นขนาดเล็กจิ๋วเพื่อทำให้เครื่องมือเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำจนยากจะเข้าใจ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายดังกล่าว นักฟิสิกส์วางแผนที่จะหมุนแป้นหมุนเพื่อหาตัวแปร เช่น การพัวพันและดูว่าเกิดอะไรขึ้น
ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์อาจสามารถเริ่มเล่นเกมเหล่า
นั้นด้วยเอ็นจิ้นที่ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ควอนตัมในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยชาวเยอรมันได้ก้าวไปสู่เป้าหมายดังกล่าวในเดือนตุลาคมโดยการสร้างเครื่องยนต์ความร้อนที่ประกอบด้วยอะตอมเดียว Johannes Roßnagel นักฟิสิกส์ควอนตัมจาก University of Mainz และเพื่อนร่วมงานได้สร้างเปลือกรูปกรวยรอบแคลเซียมไอออน หลังจากใช้เลเซอร์และสนามไฟฟ้าเพื่อทำให้ไอออนร้อนขึ้นเหนือศูนย์สัมบูรณ์ประมาณหนึ่งองศา นักวิจัยได้วัดงานที่ดำเนินการโดยไอออนในขณะที่มันออกแรงกดเบาๆ ไปที่ด้านบนของกรวย
เรื่องราวดำเนินต่อไปด้านล่างกราฟิก
เครื่องยนต์หดตัวอย่างไม่น่าเชื่อ
เครื่องยนต์ทั่วไป (ซ้าย) ใช้พลังงานจากความร้อนเพื่อขับเคลื่อนกังหันหรือทำงานอื่น ลดขนาดเครื่องยนต์ให้เพียงพอ และสามารถขับอะตอมเดี่ยว (จุดขวา จุดสีเขียว) ให้สั่นสะเทือนและทำงานเพียงเล็กน้อย
ภาพประกอบ: เจ. เฮิร์ชเฟลด์; ที่มา: RACHEL CASIDAY และ REGINA FREY/WASHINGTON UNIVERSITY ในเซนต์หลุยส์; J. ROSSNAGEL, ET AL/ARXIV.ORG ต.ค. 201
นักวิจัยรายงานในบทความที่โพสต์ออนไลน์ที่ arXiv.org เครื่องยนต์นาโนสโคปิกทำงานเหมือนกับกฎของเท อร์โมไดนามิกส์ Roßnagel กล่าวว่า การปรับให้มีน้ำหนักเพียงเล็กน้อยของไอออน มีกำลังเทียบเท่ากับเครื่องยนต์ในรถยนต์ “มันค่อนข้างน่าสนใจที่จะเห็นว่าคุณสามารถขับเคลื่อนเครื่องทำความร้อนด้วยอะตอมเดียวได้” เขากล่าว
แม้จะมีเอาต์พุตกำลังที่วัดได้ของเครื่องยนต์ไอออนเดี่ยว แต่ Roßnagel เตือนว่าเครื่องยนต์ขนาดนาโนสำหรับการใช้งานจริงนั้นอยู่ห่างออกไปหลายสิบปี แต่ประโยชน์ของควอนตัมเทอร์โมไดนามิกส์อาจเกิดขึ้นภายใต้ประทุนของเทคโนโลยีอื่นๆ
นักวิจัยบางคนจับตาดูอุตสาหกรรมชิปคอมพิวเตอร์มูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ ในไดรฟ์เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้น วิศวกรคอยลดขนาดทรานซิสเตอร์เพื่อบรรจุลงในชิปมากขึ้นเรื่อยๆ ทรานซิสเตอร์ซึ่งมีความกว้างเพียงสิบนาโนเมตรมีแนวโน้มที่จะรั่วอิเล็กตรอนและทำให้ร้อนขึ้น ความร้อนนั้นทำลายประสิทธิภาพการใช้พลังงานของคอมพิวเตอร์และทำให้ส่วนประกอบเสียหาย อุณหพลศาสตร์ควอนตัมสามารถช่วยนักฟิสิกส์เรียนรู้เทคนิคในการลดปริมาณความร้อนที่สูญเสียไป หรือแม้แต่เก็บเกี่ยวด้วยอุปกรณ์ขนาดเล็กภายในคอมพิวเตอร์
การจัดการความร้อนมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับนักฟิสิกส์ที่ต้องการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริง อุปกรณ์ดังกล่าวต้องทำงานที่อุณหภูมิต่ำมากเพื่อใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ควอนตัมและอาจมีประสิทธิภาพเหนือกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป
ต่อไป Roßnagel และเพื่อนร่วมงานของเขาวางแผนที่จะทำให้อะตอมเดี่ยวเย็นลงจนกว่าจะสามารถรักษาสถานะควอนตัมที่ละเอียดอ่อนได้ รวมถึงการซ้อนทับและการพัวพัน การทดลองดังกล่าวจะนำผลทางทฤษฎีของฮูเบอร์ไปทดสอบและเผยให้เห็นศักยภาพในการปรับปุ่ม “ควอนตัม” เหล่านั้นเพื่อใช้ประโยชน์จากความร้อนในการทำงานได้ดีขึ้น
ผู้คัดค้านบางคนในชุมชนฟิสิกส์กล่าวว่าการทดลองดังกล่าวอาจละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่โอ้อวดได้ในที่สุด แต่อย่าเดิมพันกับมัน อาร์เธอร์ เอดดิงตัน นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวอังกฤษช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ยังคงดูดีกับคำทำนายของเขาที่ว่าทฤษฎีใดๆ ที่พยายามท้าทายกฎข้อที่สองจะ “ล่มสลายลงด้วยความอัปยศอย่างสุดซึ้ง” แต่เขาไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับการขยับเสาประตูสักหน่อย
credit : echocolatenyc.com echotheatrecompany.org faithbaptistchurchny.org familytaxpayers.net felhotarhely.net
