想象一下，一个冰箱那么冷也有可能成为原子到他们的量子态，让他们违抗经典物理学规则的独特属性。
发表在物理评论适用安德鲁·乔丹，在罗切斯特大学的物理学教授，他的研究生斯里纳Manikandan，他们从巢因诺琴蒂基金会Nanoscienze-CNR和SCUOLA师范Superiore的意大利同事弗朗西斯贾佐托一起，勾画了一个理想的这样的冰箱，其将原子冷却到接近绝对零度（零下459华氏度）。科学家们可以使用冰箱，这是基于超导量子性质，以促进和加强量子传感器或电路的超快量子计算机的性能。
超导是什么?
一种材料导电的好坏称为导电性。当一种材料具有高导电性时，它很容易让电流通过它。例如，金属是良导体，而木头或包裹在金属线周围的屏蔽层是绝缘体。但是，尽管金属线是良导体，它们仍然会由于摩擦而遇到阻力。
在理想的场景中，材料会导电电力而不会遇到抵抗力;也就是说，它将无限期地携带电流而不会失去任何能量。这正是超导体发生的事情。
“当你将系统冷却到极端温度时，电子进入量子状态，在那里他们的行为更像是一个没有阻力的集体流体，”Manikandan说。“这是通过在超导体形成对中的电子实现的，称为Cooper对，在非常低的温度下。”
研究人员认为，所有的金属可以变成超导体，如果他们取得足够冷，但每种金属都有这在其电阻消失不同的“临界温度”。
“当你到达这片神奇的温度，它不是一个渐进的事情，这是一个突然的事情，突然性下降只是像一块岩石到零，有这种情况发生相变，”乔丹说。“一个实用超导冰箱，据我所知，还没有被执行。”
与传统冰箱相似
超导量子冰箱采用超导性的原则进行操作，并产生一个超冷的环境。寒冷的环境则有利于产生，以提高量子技术所需的量子效应。超导量子冰箱将创建一个环境，使研究人员能够改变材料引入超导状态，类似于改变材料以气体，液体或固体。
乔丹说，虽然超导量子冰箱不能用于个人厨房，但其工作原理与传统冰箱相当相似。“你的厨房冰箱和我们的超导冰箱有一个共同点，那就是它使用相变来获得冷却能量。”
如果你进入你的厨房并站在你的冰箱里，你会注意到里面很冷，但背面温暖。传统的冰箱通过使其内容物冷却，而是通过去除热量来操作。通过将流体 - 制冷剂 - 冷热储存器之间移动，并将其从液体改变为气体来实现这一点。
“冰箱不产生冷无中生有，”乔丹说。“有能量守恒的原理。热是一种能量，所以冰箱从一个空间区域带走热量，它需要到其他区域。”
在传统的冰箱中，在液体状态的制冷剂经过膨胀阀。当液体被膨胀，其压力和温度下降，因为它转变成气态。现在冷的制冷剂通过在冰箱箱的内部的蒸发器线圈，从冰箱的内容吸收热量。它然后通过由电力驱动的压缩机，提高其温度和压力更，并从气体转向至高温液体重新压缩。冷凝的热液体，温度高于外部环境，流经冷凝器盘管上的冰箱的外部，辐射热量到环境中。然后将液体再进入膨胀阀和重复循环。
超导体冰箱与传统冰箱相似，它能在冷热储层之间移动材料。然而，金属中的电子不是由液态变为气态，而是由成对的超导状态变为未成对的正常状态。
“我们正在与传统的冰箱完全相同，但是用超导体，”Manikandan说。
超导量子冰箱的内部工作
在超导量子冰箱中，研究人员在已经冷的低温稀释冰箱中放置了一堆金属金属：
堆栈的底层是一层超导体铌，充当热储层，类似于传统冰箱外的环境
中间层是超导体钽，它是工作物质，类似于传统冰箱中的制冷剂
最上面一层是铜，是冷藏库，类似于传统冰箱的内部
当研究人员缓慢地对铌施加电流时，就会产生一个穿透中间钽层的磁场，导致其超导电子解对，过渡到正常状态，并冷却下来。现在冷的钽层从现在热的铜层吸收热量。然后，研究人员慢慢关闭磁场，使钽中的电子配对并转变回超导状态，钽变得比铌层更热。多余的热量转移到铌上。循环重复，保持顶部铜层的低温。
这类似于在传统的冰箱的制冷剂，从在其中膨胀成气体和热，其中它被压缩到一个流体冷的循环转换。But because the working substance in the quantum superconducting refrigerator is a superconductor, “it’s instead the cooper pairs that unpair and get colder when you apply a magnetic field slowly at very low temperatures, taking the current state-of-the-art refrigerator as a baseline and cooling it even more,” Manikandan says.
当你用你的厨房冰箱存放牛奶和蔬菜，可能会放在一个超导量子冰箱什么的研究员？
“你用厨房的冰箱来冷却食物，”乔丹说。“但这是一台超级超级冷的冰箱。”超导量子冰箱不是用来储存食物，而是用来储存量子计算机的基本单位——量子位元之类的东西，方法是把它们放在金属堆上。研究人员还可以用冰箱来冷却量子传感器，这种传感器测量光线非常有效，在研究恒星和其他星系方面非常有用，还可以用来在核磁共振机器上开发更有效的深层组织成像。
“考虑这项工作真是太棒了，这真是太棒了。这一切都基本上是能量，并将其转化为转化性热量。“
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