量子冰箱：打造世界上最小冰箱的探索

物理学家设计了世界上最小的冰箱，小到无法存放任何食物。该冰箱由三个量子比特组成——量子比特是作为开关的量子粒子。这些量子粒子可以是离子、原子或亚原子粒子。

尽管已经创造出其他小型系统，但这是第一个不依赖于外部机制（如复杂激光器）的系统。“冰箱的所有核心部件，都得到了考虑，并没有隐藏在某个真正起作用的宏观物体中，”[合著者]诺亚·林登说。[Science News]

家用冰箱的工作原理是将热量从一个区域（储存食物的地方）移走，然后将其排放到另一个地方（后面的盘管）。这种转移并不新鲜。自十九世纪以来，热力学爱好者已经制造出将热量从一个源头吸走并排放到另一个地方的设备。在一篇将发表在《物理评论快报》上的论文中提出的设备使用了相同的基本技术，但规模要小得多——相当于三个量子比特，连接到两个“浴”，一个冷（或接近室温）浴，一个热浴。你可以将一个被激发的量子比特表示为1，一个未被激发的量子比特表示为0。三者可能一开始处于“101”状态，表示“激发未激发激发”，或者“010”状态，表示“未激发激发未激发”。由于这三个量子比特是相互关联的，系统可以在这两种设置之间切换。你可以想象被激发的量子比特将其激发，或能量，传递给未被激发的量子比特——直到被激发的量子比特变得未激发，未被激发的量子比特变得被激发。如果它们温度相同，它们可以一整天都在101和010之间来回切换。但当加入热浴和冷浴时，这种均等的切换就会改变。

诀窍是将前两个量子比特与冷浴接触，并将第三个量子比特与热浴接触。较高的温度使得第三个量子比特处于其激发态的可能性更大——因此，三者更有可能处于(101)状态而不是(010)状态。但这表示系统更有可能从(101)状态切换到(010)状态，而不是反过来。因此，平均而言，切换将第一个量子比特从其激发态转变为其基态，并从第一个量子比特中吸取能量。一次切换后，量子比特通过与浴相互作用而重置，从而使循环重新开始。[ScienceNOW]

研究人员表示，他们可以就这样放着这个系统，只要热浴保持高温，它就会一直从第一个量子比特中吸取能量。除了作为量子尺度热力学的一个有趣观察点外，研究人员认为，该装置在建成后，可能会在量子计算中找到应用。尽管一种实际构建微型冰箱的可能性是捕获离子作为量子比特，但《ScienceNOW》报道，一个更小的假想冰箱使用了一个具有三个能级而不是两个的粒子。