荷蘭代爾夫特理工大學的物理學家已經建造了一個由光粒子製成的量子規模的“熱泵”。這個裝置使科學家們更接近測量無線電頻率信號的量子極限，這在尋找暗物質的過程中非常有用。
如果你把兩個不同溫度的物體放在一起，比如把一瓶熱的白葡萄酒放入一個冷的冰袋中，熱量通常會朝一個方向流動，從熱的（酒）流向冷的（冰袋）。如果你等待的時間足夠長，兩者都會達到相同的溫度。這是一個在物理學中被稱為達到平衡的過程：熱流的一個方向和另一個方向之間的平衡。
如果你願意做一些工作，你可以打破這種平衡，使熱量以”錯誤”的方式流動。這就是你的冰箱用來保持食物低溫的原理，也是高效熱泵的原理，它可以從外面的冷空氣中獲取熱量來溫暖你的房子。在他們的新研究中，Gary Steele和他的同事展示了一個“熱泵”的量子類似物，使光的基本量子粒子，即光子，從一個熱物體“逆流”到一個冷物體。
這項研究由來自代爾夫特理工大學、蘇黎世聯邦理工學院和圖賓根大學的物理學家們進行。他們的工作於8月26日作為一篇開放性文章發表在《科學進展》雜誌上。
暗物質信號
儘管物理學家們在之前的研究中已經將他們的設備用作熱射頻光子的“冷水浴”，但他們現在已經設法同時將其變成了一個“放大器”。有了內置的“放大器”，該裝置對射頻信號更加敏感。這就像從超導量子處理器出來的放大的微波信號所發生的一樣。“這非常令人興奮，因為我們可以更接近測量射頻信號的量子極限，這些頻率在其他方面很難測量。這種新的測量工具可能有很多應用，其中之一是尋找暗物質，”Steele說。
該裝置被稱為光子壓力電路，由冷卻到只比絕對零度高几毫度的硅芯片上的超導電感和電容構成。雖然這聽起來溫度很低，但對於電路中的一些光子來說，這個溫度是非常熱的，它們被激發出熱能。利用光子壓力，科學家們可以將這些被激發的光子與更高頻率的冷光子耦合，在以前的實驗中，這使得他們能夠將熱光子冷卻到其量子基態。
在這項新工作中，物理學家們增加了一個新的轉折點：通過向冷電路發送一個額外的信號，他們能夠創造一個“馬達”，放大冷光子並將其加熱。同時，額外的信號將光子優先“泵送”到兩個電路之間的一個方向。通過在一個方向比另一個方向更用力地推動光子，研究人員能夠將電路的一部分的光子冷卻到比另一部分更冷的溫度，為超導電路中的光子創造一個量子版的“熱泵”。