Θα περιμέναμε ότι η χαμηλότερη θερμοκρασία που έχει καταγραφεί στο σύμπαν θα ήταν σε διάστημα, για πάραδειγμα, στον Δία, τον μεγαλύτερο πλανήτη με μέση θερμοκρασία περίπου -110°C ή τον Ποσειδώνα που είναι ο πιο απομακρυσμένος από τον Ήλιο πλανήτη, εκεί όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται γύρω στους -214°C.
Η πραγματικότητα όμως είναι διαφορετική, γιατί το πιο ψυχρό μέρος του σύμπαντος βρίσκεται στη Γη και συγκεκριμένα στη Νέα Υόρκη.
Τι είναι το «απόλυτο μηδέν»
Κάθε ερευνητικό εργαστήριο που πραγματοποιεί έρευνες για εξαιρετικά ψυχρά άτομα (δηλαδή νέφη ατόμων που έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν) αποτελεί ένα από τα πιο παγωμένα σημεία όχι μόνο του πλανήτη, αλλά και του σύμπαντος.
Αυτό συμβαίνει καθώς πραγματοποιούνται πειράματα για να μελετηθεί πώς αντιδρά η ύλη σε θερμοκρασίες που απέχουν μόλις λίγους βαθμούς από το απόλυτο μηδέν. Στο λεγόμενο «απόλυτο μηδέν», δηλαδή στους 0 Kelvin (−273,15°C), κάθε κίνηση σταματά, καθώς η ενέργεια των ατόμων αγγίζει την ελάχιστη δυνατή τιμή της.
Οι επιστημόνες επιστρατεύουν εξειδικευμένο εξοπλισμό για να επιτύχουν ακραίες συνθήκες που δεν συναντώνται πουθενά στη φύση.
Το απόλυτο ρεκόρ χαμηλότερης θερμοκρασίας στην ιστορία καταγράφηκε το 2018 σε εργαστήριο της Βρέμης στη Γερμανία από την ερευνητική ομάδα QUANTUS, φτάνοντας τα 38 picoKelvin (pΚ) —δηλαδή μόλις 38 τρισεκατομμυριοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Το ρεκόρ αυτό ξεπέρασε πρόσφατα η εταιρεία IBM που ανακοίνωσε ότι έθεσε σε λειτουργία ένα νέο κβαντικό «ψυγείο», ικανό να μειώσει τη θερμοκρασία στους 15 millikelvin (μονάδα μέτρησης θερμοκρασίας που ισούται με το ένα χιλιοστό του Κέλβιν). Το επιτυχές πείραμα σημειώθηκε στο εργαστήριο της στο Yorktown Heights, στη Νέα Υόρκη.
Μπορεί να πλησιάσει θερμοκρασία όσο χαμηλή είναι τα 10 millikelvins (- 459,65 βαθμοί Φαρενάιτ, ή -273,14 βαθμοί Κελσίου), δηλαδή πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν, τη χαμηλότερη θεωρητικά δυνατή θερμοκρασία που είναι πάνω από 180 φορές πιο κρύα από το βαθύ διάστημα. Αυτές οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία των κβαντικών τσιπ της IBM.
Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία της νέας γενιάς υπερυπολογιστών, αποδεικνύοντας ότι τα ανθρώπινα εργαστήρια μπορούν να προσομοιώνουν ακραίες και ασυνήθιστες για τα ανθρώπινα δεδομένα θερμοκρασίες.
Ο στόχος του 2029
Παράλληλα, αυξάνονται οι δυνατότητες κατασκευής έως τα τέλη αυτής της δεκαετίας του πρώτου κβαντικού υπολογιστή με αντοχή στα σφάλματα. Πρόκειται για ένα μηχάνημα που θα έχει τη δυνατότητα να διορθώνει μόνο του τα λάθη που προκύπτουν κατά τη λειτουργία του.
Όσο μεγαλύτερος γίνεται ένας κβαντικός υπολογιστής, τόσο αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης τέτοιων σφαλμάτων. Επομένως, ένα σύστημα ανθεκτικό σε σφάλματα είναι απαραίτητο, εάν θέλουμε ο υπολογιστής να γίνει αρκετά μεγάλος ώστε να εκτελεί υπολογισμούς που ξεπερνούν τις δυνατότητες ακόμη και των πιο ισχυρών κλασικών υπερυπολογιστών.
Προκλήσεις και προοπτικές
Η επίτευξη εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών είναι απαραίτητη συνθήκη. Στο πολικό ψύχος, η ενέργεια μειώνεται και το περιβάλλον γίνεται πιο «σταθερό». Αυτό προστατεύει τις εύθραυστες κβαντικές καταστάσεις και μειώνει τις απρόβλεπτες διαταραχές που προκαλούν λάθη.
Οι δύο πρώτες κρυογονικές μονάδες αυτού του «κβαντικού» ψυγείου έχουν πλέον συναρμολογηθεί και συνδεθεί μεταξύ τους. Αρχικά ψύχθηκαν στους 4 βαθμούς Kelvin (τη θερμοκρασία του υγρού ηλίου) σε λιγότερο από 5 ημέρες, πριν το σύστημα ψυχθεί περαιτέρω, φτάνοντας στα millikelvin. Το σύστημα είναι δομοστοιχειωτό (modular), ώστε να μπορεί να επεκταθεί στο μέλλον για να φιλοξενήσει περισσότερα κβαντικά τσιπ για έναν ακόμα πιο ισχυρό υπολογιστή.
Χάρη σε αυτό το επίτευγμα, οι επιστήμονες της IBM ξεπέρασαν το ρεκός των ερευνητών της ομάδας QUANTUS, διατηρώντας τις αναγκαίες θερμοκρασίες ώστε να λειτουργεί κανονικά ο κβαντικός υπολογιστής.
«Η μεταφορά αυτών των προηγμένων κβαντικών υπολογιστών στην αγορά εξαρτάται από μια σειρά από σημαντικές ανακαλύψεις», δήλωσε ο Τζέι Γκαμπέτα, διευθυντής του τμήματος IBM Research. «Η επιτυχής λειτουργία αυτών των μονάδων ψύξης αποτελεί ένα μεγάλο άλμα προς αυτή την κατεύθυνση».
Η κβαντική φυσική παραμένει στο επίκεντρο της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας, καθώς δύναται να φέρει νέα δεδομένα στην τεχνολογία. Τα εμπόδια που μένουν να ξεπεραστούν είναι ακόμη πολλά. Ωστόσο, η επίτευξη ακραίων και χαμηλών θερμοκρασιακών τιμών ίσως αποτελεί μία δυνατότητα που ανοίγει ενδιαφέρουσες προοπτικές εξερεύνησης.
Διαβάστε περισσότερες πληροφορίες για το «κβαντικό ψυγείο» στην επίσημη ιστοσελίδα της IBM
Πηγή: IFLSCIENCE
