Isı ve soğuk, ilk bakışta kuantum fiziğiyle pek alakalı görünmeyebilir. Tek bir atom ne soğuk, ne de sıcaktır. Sıcaklık genelsel olarak sadece, birçok parçacıktan meydana gelen cisimler için tanımlanabilir. Fakat Viyana Teknik Üniversitesi, Berlin Özgür Üniversitesi, Singapur’daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi ve Lisbon Üniversitesi’nde çalışan araştırmacılar, termodinamik ve kuantum fiziği bir araya geldiğinde hangi olasılıkların ortaya çıktığını göstermeyi başarmışlar: Kuantum etkilerinin kullanılmasıyla, ultrasoğuk atomlardan meydana gelen bir bulut daha da fazla soğutulabilir.
Daha önce ne kadar karmaşık soğutma yöntemleri kullanılırsa kullanılsın; Physical Review X-Quantum bülteninde sunulan bu teknikle birlikte mutlak sıfıra biraz daha yaklaşmak mümkün. Bu yeni soğutma kavramının gerçek bir kuantum buzdolabına dönüştürülmesi için halen büyük miktarda çalışma yapılması gerekiyor fakat ilk deneyler, gereken adımların prensipte mümkün olduğunu gösteriyor.
Berlin Özgür Üniversitesi’nde çalışan Profesör Eisert şöyle aktarıyor: “Termodinamik, klasik mekanik makinelerde uzun bir süre önemli bir rol oynamıştı; mesela buhar makinelerini veya yanmalı motorları düşünün. Günümüzde ise kuantum makineleri ufak bir ölçekte geliştiriliyor. Bu noktada termodinamik, şimdiye kadar pek bir rol oynamış değil”
Viyana Teknik Üniversitesi’nde çalışan Prof. Marcus Huber, “Eğer bir kuantum ısı makinesi yapmak istiyorsanız, temelde birbiriyle çelişen iki gereksinimi karşılamanız gerekiyor” diyor. “Sistemin, her detayı bütünüyle kontrol edemediğiniz pek çok parçacıktan oluşması gerekiyor. Diğer türlü ısıdan bahsedemeyiz. Aynı zamanda sistemin, kuantum etkilerinin yok olmaması için yeterince basit olması ve yeteri kadar hassas şekilde kontrol edilebilmesi de gerekiyor. Yoksa bir kuantum makinesinden bahsedemeyiz.”
Viyana Teknik Üniversitesi’nde çalışan Prof. Jörg Schmiedmayer ise şöyle aktarıyor: “2018 yılında çok cisimli kuantum sistemlerinin kuantum alanı tariflerini kullanarak, termal makinelerin temel ilkelerini kuantum sistemlerine aktarma fikrini ortaya sürdük.” Şimdiyse Viyana Teknik Üniversitesi ile Berlin Özgür Üniversitesi’nde çalışan araştırma takımı, bu gibi kuantum ısı makinelerinin nasıl tasarlanabileceğini detaylı şekilde incelemişler. Sıradan bir buzdolabının çalışma prensibi, araştırmacılara yön vermiş: Başlangıçta, her şey aynı sıcaklığa sahip (buzdolabının içi, ortam ve soğutucu). Fakat buzdolabının içindeki soğutucuyu buharlaştırdığınız zaman, ısı oraya çıkarılıyor. Bu ısı, soğutucu tekrar sıvılaştırıldığında dışarı yayılıyor. Bu yüzden basıncın artırılması ve düşürülmesiyle içeriyi soğutup ısıyı ortama aktarmak mümkün oluyor.
Mesele, böyle bir işlemin kuantum versiyonunun da bulunup bulunmadığıymış. “Görüşümüz, bunun için maddenin son derece soğuk bir hali olan Bose-Einstein yoğunlaşması kullanmak yönündeydi” diyor Schmiedmayer. “Son yıllarda, elektromanyetik alanlar ile lazer ışınlarının yardmıyla böylesi yoğunlaşmaları kontrol ve manipüle etmede epey deneyim kazanarak, kuantum fiziği ile termodinamiğin sınırındaki bu temel olgunun bazı yönlerini araştırdık. Bir sonraki mantıksal adım, kuantum ısı makinesiydi.”
Viyana Teknik Üniversitesi. Ç: O.
