คุณกำหนดตำแหน่งของบางสิ่งที่จะไม่อยู่นิ่งได้อย่างไร? นี่คือปัญหาที่นักฟิสิกส์ต้องเผชิญเมื่อพยายามวัดคุณสมบัติของระบบด้วยความแม่นยำที่เอฟเฟกต์ควอนตัมมีส่วนทำให้เกิดความไม่แน่นอนที่สำคัญ ไม่ว่าตัวแปรจะเป็นอย่างไร และเครื่องมือที่ได้รับการขัดเกลาอย่างไร มีจุดที่สัญญาณหายไปในเสียงนั้นมา
เครื่องวัดควอนตัมแคลอรีมิเตอร์ที่พัฒนาโดยนักวิจัยจากโรงเรียนวิทยาศาสตร์
ได้กำหนดขีดจำกัดนี้สำหรับเทอร์โมมิเตอร์ในอุดมคติ
โดยการตรวจวัดความผันผวนของอุณหภูมิอิเล็กตรอนของลวดนาโนทองแดง ทีมงานพบว่าเสียงความร้อนภายในสายไฟมีขนาดเล็กพอที่จะตรวจจับโฟตอนไมโครเวฟได้เพียงตัวเดียว เช่นเดียวกับการเปิดใช้งานการทดลองใหม่ในอุณหพลศาสตร์ควอนตัม อุปกรณ์ดังกล่าวยังสามารถนำมาใช้ในการวัดระบบควอนตัมแบบไม่รุกล้ำ เช่น คิวบิตในคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวด
เพื่อหาว่าขีด จำกัด การวัดอยู่ที่ใดสำหรับเทอร์โมมิเตอร์Bayan Karimiและเพื่อนร่วมงานได้สร้างเครื่องวัดความร้อนที่ไวต่อความร้อนมากพอที่จะวัดความผันผวนของพลังงานเพียงเล็กน้อย แต่หลีกเลี่ยงไม่ได้ซึ่งส่งผลต่อทุกระบบที่อุ่นกว่าศูนย์สัมบูรณ์ อุปกรณ์ของทีมประกอบด้วยลวดนาโนทองแดงยาว 1 µm และกว้าง 35 นาโนเมตร วางบนซับสเตรตที่เป็นฉนวน ทางแยกอุโมงค์ที่ปลายด้านหนึ่งของลวดทองแดง และการสัมผัสโดยตรง 50 นาโนเมตรตามความยาว ช่วยให้กระแสไหลเข้าสู่วงจรอะลูมิเนียมที่กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ช่วงอุณหภูมิที่ศึกษา (ประมาณ 10–250 mK) ที่ปลายอีกด้านของเส้นลวด ทางแยกอุโมงค์ที่สองช่วยให้นักวิจัยฉีดอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงเพื่อให้พวกเขาสามารถศึกษาระบบในสภาวะที่ไม่สมดุล
เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าของทางแยกอุโมงค์จะแตกต่างกันไปตามการกระจายพลังงานของอิเล็กตรอน นักวิจัยจึงวัดแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งวงจรเพื่อหาอุณหภูมิของอิเล็กตรอน 10 8หรือมากกว่านั้นในลวดทองแดง โดยเฉลี่ยเมื่อเวลาผ่านไป พล็อตของอุณหภูมินี้จะเป็นเส้นเรียบ – ราบเรียบสำหรับระบบที่อยู่ในสมดุล และลาดสำหรับระบบที่ไม่อยู่ในสมดุล
ความผันผวนประเภทต่างๆ
มองให้ละเอียดยิ่งขึ้นและภาพที่แตกต่างก็ปรากฏขึ้น แม้ว่าพลังงานในระบบอาจยังคงเหมือนเดิม แต่ก็มีการแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างอิเล็กตรอนในลวดทองแดงกับการสั่นของโครงตาข่ายแบบสุ่มในลวดและซับสเตรตที่อยู่ข้างใต้ ที่อัตราการสุ่มตัวอย่าง 10 kHz ที่ Karimi และเพื่อนร่วมงานทำได้โดยใช้อุปกรณ์ของพวกเขา ส่วนแบ่งของพลังงานที่ไม่คงที่โดยอิเล็กตรอนจะแปลเป็นอุณหภูมิของอิเล็กตรอนที่ผันผวน ในการทดลองที่ไม่อยู่ในสภาวะสมดุล แหล่งที่มาของความผันผวนเพิ่มเติมเกิดขึ้นจากการสุ่มเวลาที่มาถึงและพลังงานของอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไปในเส้นลวดนาโน
ความผันผวนเหล่านี้แตกต่างจากเสียงเครื่องดนตรีที่นักมาตรวิทยาที่มีความทะเยอทะยานรับมือทุกวัน นักวิจัยยืนยันว่าความผันผวนของพลังงานอิเล็กตรอนที่วัดได้นั้นเป็นขีดจำกัดพื้นฐานและหลีกเลี่ยงไม่ได้ของอุณหภูมิโดยการแยกและกำหนดลักษณะการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ทดลอง สิ่งเหล่านี้มีอยู่ในระบบและปิดบังการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เล็กกว่าขนาดที่กำหนด
ข่าวดีที่ทีมค้นพบก็คือ แม้จะต้องเผชิญกับข้อจำกัดที่เข้มงวดในเรื่องความไว ระดับเสียงก็ต่ำเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่มีขนาดเล็กเท่ากับโฟตอนไมโครเวฟเพียงตัวเดียวที่จะตรวจจับได้ โดยไม่รบกวนระบบในกระบวนการ เนื่องจากนี่คือปริมาณพลังงานที่แยกสถานะ qubit ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวด นักวิจัยจึงคิดว่าเครื่องวัดความร้อนของพวกมันสามารถให้วิธีการตรวจสอบการผ่อนคลายและการถอดรหัสที่ไม่รุกรานได้
การออกแบบที่ชาญฉลาด
เซบาสเตียน เดฟฟ์เนอร์จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ บัลติมอร์เคาน์ตี้ (UMBC) ในสหรัฐอเมริกากล่าวว่า “ปัญหาคือเทอร์โมมิเตอร์ส่วนใหญ่ที่ระดับนาโนจะให้ความร้อนกับระบบ ดังนั้นการกำหนดอุณหภูมิอาจทำลายคุณลักษณะของควอนตัมที่ละเอียดอ่อน ได้ โครงการ. “ผู้เขียนบทความนี้ดูเหมือนจะพบการออกแบบที่ชาญฉลาดซึ่งแก้ปัญหานี้ได้ หากผู้อื่นใช้เทอร์โมมิเตอร์นี้ (หากกลายเป็นไอโฟนของเทอร์โมมิเตอร์ควอนตัม) นี่อาจเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญมาก”
ความสามารถในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเล็กๆ น้อยๆ ดังกล่าวอาจช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในฟิสิกส์พื้นฐานมากขึ้น เนื่องจากยังมีช่องว่างที่สำคัญในความเข้าใจของเราว่าพลังงานเกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ควอนตัมอย่างไร
“อุณหพลศาสตร์เป็นสิ่งที่ส่วนใหญ่หายไปจากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกควอนตัม” Jukka Pekolaผู้นำทีมที่ Aalto กล่าว “เครื่องตรวจจับของเราสามารถพิจารณาการเปลี่ยนแปลงความร้อนและอุณหภูมิที่กำหนดโดยการเพิ่มขึ้นทีละน้อย: ควอนตัมที่เป็นสื่อกลางในการแลกเปลี่ยนพลังงาน แนวทางเช่นเทอร์โมไดนามิกสุ่มสามารถนำมาใช้ในระบบควอนตัมได้เป็นครั้งแรกโดยการวัดความร้อนโดยตรง”
นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้รวมปัญญาประดิษฐ์ (AI) กับเทคนิคการถ่ายภาพด้วยเลเซอร์ขั้นสูงเพื่อสร้างระบบที่สามารถระบุมะเร็งสมองประเภทต่างๆ จากตัวอย่างการผ่าตัดที่มีความแม่นยำใกล้เคียงกับนักพยาธิวิทยา แต่เร็วกว่ามาก การทดสอบนี้ช่วยให้ศัลยแพทย์สามารถหลีกเลี่ยงห้องปฏิบัติการทางพยาธิวิทยาและรับข้อมูลการวินิจฉัยแบบเรียลไทม์ระหว่างการผ่าตัด เพื่อแจ้งการตัดสินใจของพวกเขา ( Nature Med. 10.1038/s41591-019-0715-9 )
ทุกๆ ปี ผู้คนประมาณ 15.2 ล้านคนทั่วโลกได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นมะเร็ง มากกว่า 80% ของผู้นั้นจะเข้ารับการผ่าตัด และในหลายกรณี การดำเนินการนี้เกี่ยวข้องกับการกำจัดและวิเคราะห์สัดส่วนของเนื้องอกระหว่างการผ่าตัด สิ่งนี้ให้การวินิจฉัยเบื้องต้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสิ่งส่งตรวจนั้นเพียงพอสำหรับการวินิจฉัยทางคลินิกขั้นสุดท้ายในภายหลัง และช่วยแนะนำการจัดการการผ่าตัด
ในสหรัฐอเมริกาประเทศเดียว มีการตรวจชิ้นเนื้อมากกว่า 1.1 ล้านชิ้นต่อปี โดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้จะได้รับการวิเคราะห์โดยใช้เวิร์กโฟลว์ทางเนื้อเยื่อวิทยาที่มีอายุมากกว่าศตวรรษ ตัวอย่างเนื้อเยื่อจะถูกนำไปที่ห้องปฏิบัติการ ประมวลผลและเตรียมโดยช่างเทคนิคที่มีทักษะ จากนั้นจึงตีความโดยนักพยาธิวิทยา ทั้งหมดนี้ในขณะที่ผู้ป่วยและทีมผ่าตัดรออยู่ในห้องผ่าตัด แต่ทั้งทั่วโลกและในสหรัฐอเมริกามีปัญหาการขาดแคลนนักพยาธิวิทยาในการวินิจฉัยระหว่างการผ่าตัดดังกล่าว
Credit : cateringiperque.com cdmasternow.com cheaplinksoflondonshop.com conviviosfraternos.com cookwatchus.net craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com edmontonwarhammerleague.com
