انقلاب بزرگ در انتقال حرارت با یک کشف شگرف

به‌تازگی دانشمندان موفق به یک کشف بزرگ در فیزیک شدند. آنها به‌طور موثر موفق به انتقال حرارت به میزان ده‌هزار برابر دورتر از آزمایش‌های پیشین شدند. انتظار می‌رود این کشف منجر به یک جهش بزرگ در توسعه و گسترش کامپیوترهای کوانتومی ‌شود.

کد خبر: ۱۲۰۴۲۱۶

تاریخ: ۰۷ اسفند ۱۳۹۴ - ۱۰:۴۹

به گزارش خبرگزاری دانا، هدایت گرمایی یک پدیده فیزیکی اساسی مورد استفاده در پوشاک، خانه‌سازی، صنعت ماشین‌سازی و الکترونیک است. بنابراین زندگی روزمره ما با شوک‌های اساسی در این زمینه به‌صورت اجتناب‌ ناپذیری تاثیر می‌پذیرد. به تازگی یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه آلتو فنلاند با هدایت فیزیکدان کوانتومی، موتونِن ، به یکی از این کشف‌های شگرف دست یافته‌اند. این ابداع جدید سبب تحول و انقلاب در هدایت گرمایی محدود کوانتومی می‌شود. این خبر بخصوص برای سازندگان کامپیوترهای کوانتومی بسیار مهم و امیدبخش است.

فناوری کوانتومی هنوز یک زمینه تحقیقاتی در حال گسترش است، اما نویدبخش‌ترین کاربرد آن، کامپیوتر کوانتومی است. در آینده، این کامپیوتر می‌تواند مشکلاتی را که یک کامپیوتر معمولی قادر به حل آنها نیست، برطرف نماید. انجام عملیات مناسب توسط یک کامپیوتر کوانتومی مستلزم سرد کردن موثر آن است. همچنین یک کامپیوتر کوانتومی به دلیل نویزهای خارجی مستعد اشتباهات بسیار است. از این ابداع جدید می‌توان برای سرد کردن پردازنده‌های کوانتومی به صورت کاملاً موثر استفاده کرد.

موتونِن می‌گوید: «تحقیقات ما درسال 2011 آغاز شد و به آرامی پیش رفت. دست‌یابی به یک کشف علمی بنیادی که کاربردهای عملی واقعی دارد، احساس خیلی خوبی است.»

در آزمایشگاه‌های QCD در فنلاند، این گروه تحقیقاتی موفق به اندازه‌گیری انتقال حرارت محدود کوانتومی در فواصلی حداکثر تا یک متر شدند. یک متر در ابتدا بسیار بلند به‌نظر نمی‌رسد، اما دانشمندان قبلی تا کنون قادر به اندازه‌گیری چنین انتقال حرارتی تنها تا فواصلی به ضخامت یک تار موی انسان شده‌اند. موتونن می‌افزاید:« برای پردازنده‌های کامپیوتری، یک متر یک فاصله بسیار بلند است. هیچ‌کس نمی‌خواهد یک پردازنده‌ی به این بزرگی بسازد.»

این کشف آنچنان بزرگ و شگرف است که نتایج آن در مجله Nature Physics که معتبرترین مجله علمی در فیزیک است ، چاپ شده است.

ایده کلیدی در این تحقیقات، استفاده از فوتون‌ها برای انتقال حرارت است. فوتون‌ها ذراتی هستند که ( به عنوان مثال) نور مرئی را تشکیل می‌دهند. دانشمندان قبلی (به عنوان مثال) از الکترون‌ها به عنوان حامل‌های حرارت استفاده می‌کردند. موتونن می‌گوید:« ما می‌دانیم که فوتون‌ها می‌توانند حرارت را تا فواصل دور انتقال دهند. در حقیقت، آنها حرارت را از خورشید به زمین می‌آورند.»

این دانشمندان از یک خط انتقال بدون مقاومت الکتریکی برای انتقال فوتون‌ها استفاده کردند. این خط ابررسانا بر روی یک تراشه سیلیکونی با اندازه یک سانتیمتر مربع ساخته شد. مقاومت‌های کوچک در دو انتهای این خط انتقال تعبیه شدند. با اندازه‌گیری تغییرات القایی در دمای این مقاومت‌ها، نتایج تحقیق تهیه شدند.

گروه محاسبات و ابزارهای کوانتومی (QCD) تحت هدایت موتونن نشان دادند که انتقال حرارت محدود کوانتومی در فواصل بلند نیز امکان‌پذیر است. این نتایج امکان کاربرد این پدیده در خارج از آزمایشگاه‌ها را نیز امکان‌پذیر می‌سازد.