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來自代爾夫特理工大學、蘇黎世聯(lián)邦理工學院和蒂賓根大學的物理學家建造了一個由光粒子制成的量子尺度熱泵。該設(shè)備使科學家更接近測量射頻信號的量子極限，這可能有助于尋找暗物質(zhì)。他們的作品于8月在《科學進步》上作為開放獲取文章發(fā)表。

如果你將兩個不同溫度的物體放在一起，例如將一瓶溫暖的白葡萄酒放入冷藏箱中，熱量通常朝一個方向流動，從熱（葡萄酒）到冷（冷藏包）。如果你等得足夠長，兩者將達到相同的溫度，這一過程在物理學中被稱為達到平衡：熱流以一種方式和另一種方式之間的平衡。

如果你愿意做一些工作，你可以打破這種平衡，讓熱量以“錯誤”的方式流動。這是冰箱中用來保持食物涼爽的原理，也是高效的熱泵中用來從外面的冷空氣中偷取熱量來溫暖你的房子。在他們的出版物中，加里·斯蒂爾和他的合著者展示了熱泵的量子模擬，導致被稱為光子的基本量子粒子“逆流”從熱物體移動到冷物體。

暗物質(zhì)信號

雖然研究人員在之前的一項研究中已經(jīng)將他們的設(shè)備用作熱射頻光子的冷水浴，但他們現(xiàn)在設(shè)法同時將其轉(zhuǎn)換為放大器。使用內(nèi)置放大器，該設(shè)備對射頻信號更敏感，就像超導量子處理器發(fā)出的放大微波信號一樣。

“我們可以接近測量射頻信號的量子極限，否則很難測量的頻率。這個新的測量工具可能有很多應用，其中之一是尋找暗物質(zhì)?！?/p>

量子熱泵

該設(shè)備被稱為光子壓力電路，由硅片上的超導電感和電容器制成，冷卻到絕對零溫度僅幾毫度。雖然這聽起來很冷，但對于電路中的一些光子來說，這個溫度非常熱，它們被熱能激發(fā)。使用光子壓力，研究人員可以將這些激發(fā)的光子與高頻冷光子耦合，這允許他們在之前的實驗中將熱光子冷卻到量子基態(tài)。

在這部新作品中，作者增加了一個新的轉(zhuǎn)折：通過向冷回路發(fā)送額外的信號，他們能夠創(chuàng)建一個電機來放大冷光子并加熱它們。同時，額外的信號優(yōu)先將光子“泵”在兩個電路之間的一個方向上。通過將光子向一個方向比另一個方向更用力地推，研究人員能夠?qū)㈦娐芬徊糠值墓庾永鋮s到比另一部分更冷的溫度，為超導電路中的光子創(chuàng)建熱泵的量子版本。

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