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Der Quantenkühlschrank

Quantum field refrigerator: similar to canonical ideas employed in ordinary thermal machines, we consider for a quantum many-body system a cycle consisting of a small set of control operations on quantum working fluids, concatenated in order to cool

Quantum field refrigerator: similar to canonical ideas employed in ordinary thermal machines, we consider for a quantum many-body system a cycle consisting of a small set of control operations on quantum working fluids, concatenated in order to cool
Bildquelle: AG Eisert

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Freien Universität Berlin hat ein völlig neues Kühlkonzept erfunden: Computersimulationen zeigen, wie man Quantenfelder verwenden könnte, um Tieftemperatur-Rekorde zu brechen.

News vom 16.08.2021

Forschende der TU Wien, der Freien Universität Berlin und weiterer wissenschaftlichen Einrichtungen in Singapur, Lissabon und Wien haben ein neues, auf der Quantenphysik basierendes Kühlkonzept erfunden. Ihren Bauplan für Quantenfeldmaschinen stellten sie in der Zeitschrift "PRX Quantum" vor.

Das Forschungsteam machte einen detaillierten Vorschlag, wie eine Quantenmaschine in eindimensionalen ultrakalten atomaren Gasen mit einer Reihe von modularen Operationen, die einen Kolben ergeben, realisiert werden kann. Diese können nacheinander an Thermalbäder gekoppelt werden, wobei die Innovation darin besteht, dass ein Quantenfeld die Rolle der Arbeitsflüssigkeit übernimmt. Die Autoren schlugen Modelle für die Kompression des Systems vor, um es als Kolben zu verwenden sowie mit einem Bad zu koppeln, das ein Ventil zur Steuerung des Wärmeflusses erzeugt.

Durch die Zusammenstellung der numerisch modellierten Funktionsprinzipien hat das Forschungsteam vollständige quanten-thermodynamische Zyklen entworfen, die nachweislich eine Kühlung ermöglichen und somit zu einem Quantenfeld-Kühlschrank führen. Die auf diese Weise erreichte aktive Kühlung kann in Bereichen funktionieren, in denen bestehende Kühlmethoden unwirksam werden.

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