یخچال مولکولی برای سرمایش مولکول‌ها تا ۲۰۰ میلیاردیم کلوین

یخچال جدیدی ساخته شده که می‌تواند مولکول‌ها را تا دمای نانوکلوین سرد کند، از این فناوری می‌توان در سامانه‌های محاسبات کوانتومی استفاده کرد.

سال‌هاست که دانشمندان به دنبال راه‌های خنک‌کردن مولکول‌ها تا دما‌های بسیار پایین هستند، دما‌هایی که در آن حرکت مولکول‌ها آهسته شده و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا رفتار‌های کوانتومی آن‌ها را با دقت بالاتری کنترل کنند. با این کار محققان قادر خواهند بود تا از مولکول‌ها به‌عنوان بیت‌های پیچیده برای محاسبات کوانتومی استفاده کنند.

هر چند که دانشمندان، اتم‌ها را به مرحله بسیار سرد می‌رسانند، اما انجام این کار برای مولکول‌ها به دلیل پیچیدگی در ساختار و رفتار، بسیار چالش برانگیز است.

به تازگی محققان موسسه فناوری ماساچوست روشی برای خنک کردن مولکول‌های لیتیم سدیم تا ۲۰۰ میلیاردیم کلوین ارائه کردند. آن‌ها این کار را با استفاده از روشی به نام خنک‌کننده‌های برخوردی انجام دادند، در این فناوری مولکول‌های لیتیم سدیم سرد را در ابری از اتم‌های سدیم خنک‌تر قرار می‌دهند. اتم‌های بسیار سرد، نقش یخچال را ایفا کرده و موجب سرد شدن بیشتر مولکول‌ها می‌شوند.

خنک‌کردن برخوردی روشی استاندارد برای سرد کردن اتم‌ها با استفاده از دیگر اتم‌های سرد بوده که بیش از یک دهه قدمت دارد. پژوهشگران این پروژه در آزمایش‌های خود دریافته‌اند که اگر مولکول‌های لیتیم سدیم و اتم‌های سدیم در یک جهت بچرخند، می‌توانند از تخریب خود جلوگیری کنند و در عین حال مشمول برخورد «خوب» شوند، جایی که اتم‌ها می‌توانند انرژی مولکول‌ها را در قالب گرما جذب کنند.

این گروه تحقیقاتی از میدان مغناطیسی و لیزر برای کنترل چرخش مولکول‌ها استفاده کردند و در نتیجه ترکیب مولکول و اتم با نسبت بالای برخورد خود، سرد شده و به دمای ۲ میکروکلوین تا ۲۲۰ نانوکلوین می‌رسد.

ولفگانگ کاترل، برنده جایزه نوبل، می‌گوید: «من خیلی متقاعد نشده بودم که این روش کار کند و تا پیش از انجام آن خیلی مطمئن نبودم که به نتیجه برسیم. اما نتایج نشان داد که مولکول لیتیم سدیم با روش سرمایش برخوردی سرد شد. هر چند هنوز شواهدی برای امکان استفاده از این روش برای دیگر مولکول‌ها وجود ندارد.»