รูปภาพวิคตอเรียลอนดอน แต่ท้องฟ้าเต็มไปด้วยเรือบิน หุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำฝูงชนไปตามถนนผสมผสานกับผู้คนในหมวกและกระโปรงชั้นใน รูปแบบของการผสม retrofuturistic mash-up เป็นอาณาจักรแฟนตาซีของ Steampunk ประเภทของวรรณกรรมภาพยนตร์และสื่อสร้างสรรค์อื่น ๆ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Nicole Yunger Halpern เห็นความพิเศษของเธอสนามอุณหพลศาสตร์ควอนตัมเป็นเวอร์ชั่นจริงของ Steampunk
ใน Steampunk“ มีการตีข่าวแปลก ๆ ของการตั้งค่าเก่าและเทคโนโลยีแห่งอนาคต” Yunger Halpern กล่าว “ นั่นคือสิ่งที่เราทำในอุณหพลศาสตร์ควอนตัม”
อุณหพลศาสตร์พัฒนาขึ้นในปี 1800 ในบริบทของการปฏิวัติอุตสาหกรรมอธิบาย-SN: 6/12/24- สนามเกิดจากความพยายามทางวิทยาศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจเครื่องยนต์ไอน้ำ ตรงกันข้ามกับเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่ส่งเสียงดังและการต่อสู้ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายปรากฏการณ์ในระดับอะตอมอิเล็กตรอนและสิ่งที่คล้ายกันและได้ผลักดันการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทันสมัยเช่น-SN: 6/28/23)-
ในอดีตนักฟิสิกส์บางคนไม่คิดว่าความคิดของอุณหพลศาสตร์ควอนตัมนั้นสมเหตุสมผล “ พวกเขาเห็นว่ามันเป็น Oxymoron” Yunger Halpern กล่าว
แม้ว่าตอนนี้แนวคิดทั้งสองจะชนกันในเครื่องยนต์ควอนตัมและอุปกรณ์ขนาดเล็กอื่น ๆ นักวิจัยควอนตัมอุณหพลศาสตร์ตั้งเป้าหมายที่จะพัฒนาเครื่องมือในการอธิบายความร้อนการทำงานการระบายความร้อนและประสิทธิภาพในระบบควอนตัมและกำหนดขีด จำกัด ของประสิทธิภาพของอุปกรณ์ควอนตัม Yunger Halpern สถาบันมาตรฐานและนักฟิสิกส์แห่งชาติที่ศูนย์ข้อมูลควอนตัมและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ในวิทยาลัยคอลเลจ, Md. อยู่ในระดับแนวหน้าของความพยายามเหล่านั้น
“ เธอมีวิสัยทัศน์และเธอก็ติดตามมัน” Aram Harrow นักฟิสิกส์ควอนตัมกล่าว “ เธอเป็นคนดีนอกจากนี้ในการสรรหาคนอื่น ๆ ในวิสัยทัศน์ของเธอ”
หนึ่งในผลงานที่สำคัญของ Yunger Halpern คือการสำรวจว่าแนวคิดควอนตัมที่อยู่เบื้องหลังหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กอาจมีความหมายต่ออุณหพลศาสตร์
ถ่ายรูปชาร้อนสักถ้วย อุณหพลศาสตร์อธิบายว่าพลังงานเคลื่อนที่จากชาไปสู่อากาศโดยรอบหรือวิธีการระเหยของโมเลกุลของน้ำ ปริมาณทั้งสอง - โมเลกุลพลังงานและน้ำ - ได้รับการอนุรักษ์ในสถานการณ์นี้ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง แต่ปริมาณทั้งหมดได้รับการแก้ไข ปัญหาของการอธิบายว่าการแลกเปลี่ยนปริมาณอนุรักษ์นั้นปรากฏขึ้นซ้ำ ๆ ในอุณหพลศาสตร์
ทีนี้ถ้าชาไม่ได้ทั้งถ้วย แต่เป็นมัดของอะตอมเพียงไม่กี่ตัว? Yunger Halpern ต้องการทราบว่าการแลกเปลี่ยนจะแตกต่างกันอย่างไร ในวิชาฟิสิกส์ควอนตัมปริมาณที่อนุรักษ์ไว้สามารถเข้ากันไม่ได้ นั่นหมายความว่าพวกเขาไม่สามารถวัดได้พร้อมกันซึ่งระบุว่ายิ่งคุณรู้ตำแหน่งของวัตถุควอนตัมได้ดีเท่าไหร่คุณก็ยิ่งรู้ว่าโมเมนตัมของมันแย่ลงและในทางกลับกัน-เป็นตัวอย่างที่มีชื่อเสียง (SN: 1/12/22-
“ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่แทบไม่มีใครคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณมีระบบและสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณการแลกเปลี่ยนที่เข้ากันไม่ได้” Yunger Halpern กล่าว ปรากฎว่าความไม่ลงรอยกันอาจมีผลกระทบที่แท้จริงเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบเธอและเพื่อนร่วมงานกล่าวในการสำรวจหัวข้อที่เผยแพร่ในปี 2023 ในรีวิวธรรมชาติฟิสิกส์- ตัวอย่างเช่นความเข้ากันไม่ได้สามารถลดปริมาณเอนโทรปีหรือความผิดปกติที่เกิดขึ้นในการแลกเปลี่ยนดังกล่าว เนื่องจากเอนโทรปีทั้งหมดของระบบแยกมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปนักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าเอนโทรปีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับที่แยกแยะอนาคตจากอดีต (SN: 7/10/15- ในบางแง่มุม Yunger Halpern กล่าวว่านั่นหมายความว่าปริมาณที่เข้ากันไม่ได้อาจขัดขวางความสามารถของระบบในการสัมผัสกับลูกศรของเวลา
ควอนตัมอุณหพลศาสตร์นำไปสู่การสาธิตในห้องปฏิบัติการที่เรียบร้อย ตัวอย่างเช่นเดียวที่แปลงความร้อนเป็นงาน (SN: 4/14/16- ตอนนี้ Yunger Halpern มีจุดมุ่งหมายที่จะนำอุณหพลศาสตร์ควอนตัมไปใช้ในทางปฏิบัติผ่านเครื่องควอนตัมอัตโนมัติ
อุปกรณ์ควอนตัมทั่วไปเช่นเครื่องยนต์อะตอมเดี่ยวนาฬิกาอะตอมหรือบิตควอนตัมที่ทำขึ้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องใช้การแพร่กระจายอย่างต่อเนื่องจากผู้ทดลองเพื่อทำงาน อุปกรณ์อิสระจะทำงานโดยอัตโนมัติ
Yunger Halpern ร่วมมือกับเพื่อนร่วมงานเพื่อนำความคิดนี้มาสู่ความเป็นจริง ผลที่ได้คือไฟล์ตู้เย็นควอนตัมอิสระซึ่งสามารถทำให้บิตควอนตัมเย็นลงโดยอัตโนมัติทีมรายงานในเดือนพฤษภาคม 2566 ที่ arxiv.org
และในกระดาษอาร์กซิฟเดือนกรกฎาคม 2566 เธอและเพื่อนร่วมงานได้วางไว้เกณฑ์ที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อสร้างเครื่องควอนตัมอิสระ- ตัวอย่างเช่นเครื่องเหล่านี้จะต้องมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างและสถานะควอนตัมบริสุทธิ์เพียงพอ นอกจากนี้เอาต์พุตของพวกเขาจะต้องคุ้มค่ากับอินพุตที่จำเป็นในการเรียกใช้ ซึ่งหมายความว่าเครื่องยนต์ควอนตัมไม่สามารถใช้พลังงานได้มากกว่าการควบคุมมากกว่าเอาต์พุต นักฟิสิกส์ควอนตัม Marcus Huber ทำงานร่วมกับ Yunger Halpern ในการพัฒนาเกณฑ์เหล่านั้น “ ฉันพบว่าเธอยอดเยี่ยม แต่ก็มีความเข้มข้นและมีสมาธิ” ฮูเบอร์จาก Tu Wien ในเวียนนากล่าว “ เธอจะโจมตีคุณด้วยคำถามที่เกี่ยวข้องและดี”
มันไม่ใช่แค่วิทยาศาสตร์ของเธอที่อยู่ในสปอตไลท์ - งานเขียนของเธอก็เช่นกัน หนังสือของ Yunger Halpern 2022ควอนตัม steampunk: ฟิสิกส์ของเมื่อวานวันพรุ่งนี้ดึงความสนใจของสาธารณชนไปยังสนาม นอกจากนี้เธอยังเป็นบล็อกเกอร์วิทยาศาสตร์ที่เว็บไซต์ควอนตัมพรมแดน- การเขียน Yunger Halpern กล่าวว่าช่วยให้เธอสำรวจความคิดใหม่ ๆ โดยไม่มีข้อ จำกัด ของสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ (การเก็งกำไรที่เพ้อฝันและความคิด "นอก" ไม่น่าจะผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อน) “ การคิดอย่างกว้างขวางและดุเดือดและสร้างสรรค์อย่างที่คุณรู้สึกอยากคิดในวันใดก็ตามของเดือนนั้นมีประโยชน์สำหรับการรักษาความคิดสร้างสรรค์ในฟิสิกส์”
และเช่นเดียวกับงานของเธอที่วางตัวเก่าและใหม่ Yunger Halpern มักจะเป็นตัวอย่างของความแตกต่าง Shayan Majidy จาก University of Waterloo ในแคนาดากล่าวและในไม่ช้าก็เข้าร่วม Harvard University ซึ่งเพิ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก เธอถือนักเรียนของเธอให้อยู่ในมาตรฐานระดับสูง แต่อบอุ่นและห่วงใยในฐานะที่ปรึกษา Majidy กล่าวว่าเมื่อเขาแต่งงานแล้ว Yunger Halpern ก็คิดหาไอศกรีมในท้องถิ่นที่เขาโปรดปราน - Kawartha Dairy - และส่งบัตรของขวัญให้เขา
งานอดิเรกของเธอมีแนวโน้มไปสู่การแสวงหาความรู้ที่เงียบสงบช้า: ไปเดินเล่นไปเยี่ยมพิพิธภัณฑ์ แต่เธอก็ฉีดความหลงใหลในงานของเธอ “ เธอมีความสนใจและรสนิยมที่ล้าสมัยมาก” Majidy กล่าว“ แต่นักวิจัยที่อายุน้อยมากและมีพลังมาก”
