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称之为小小的寒意。一群理论物理学家已经绘制出物理框架，用于构建可能是有史以来最小的冰箱。每个设备都将针对一个量子比特（qubit）进行冷却，并且只需要一到两个额外的量子粒子来完成这项工作。
理论物理学家 Noah Linden 和 Sandu Popescu，以及英国布里斯托大学的研究生 Paul Skrzypczyk，在一篇论文中描述了他们的概念，该论文即将发表在 Physical Review Letters 上。如果这项工作能够被实现，那么它可能会在制备量子比特方面找到用途，量子比特通常是单个原子，通过将它们初始化到已知状态，用于量子信息系统。
在某种意义上，该模型仅仅是世界各地厨房中嗡嗡作响的冰箱的缩小版——它有一个引擎量子比特来驱动冷却过程，以及一个热线圈量子比特来将从冰箱内容物（要冷却的量子比特）中吸走的热量排放到外部世界。
就像日常电子设备中的经典比特一样，每个量子比特可以是 0 或 1，由单个量子比特的能级表示。（由于量子力学的基本特性，量子比特也可以处于叠加态，同时以 0 和 1 的状态存在。）每个量子比特都需要一定的能量才能从 0 移动到 1，这被称为其能级间距。（冰箱的一个更小的概念是将引擎和线圈压缩成一个具有三个能级的单个粒子，称为三能级量子比特。）
在布里斯托小组的理论描述中，关键的是，要冷却的量子比特的能级间距和冰箱“引擎”的能级间距加起来正好等于冰箱“热线圈”的能级间距。换句话说，激发（加热）引擎和冰箱内容物所需的能量与单独激发线圈所需的能量相同。由于这个条件，两种状态——激发的线圈或激发的引擎和内容物——可以轻松地交替，在所有条件相同的情况下，每种情况的可能性都相同。
但是如果所有条件都不相同呢？将每个量子比特置于其自身的热浴中，每个热浴处于不同的温度，这会使系统失去平衡。“它们可以在两者之间来回转换，但是我们可以通过将它们置于不同的温度来偏置转换，”Popescu 说。将引擎量子比特置于高温环境中会增加该量子比特处于激发态的概率，这反过来又使得整个系统更有可能达到引擎和内容物都被激发的状态，而不是只有线圈被激发的状态。
起始条件的这种转变意味着，当系统在等能量状态之间转换时，它更可能将冷藏量子比特从其激发态转移到其基态（冷却态），而不是反过来。同样的转换将热线圈量子比特从其基态转移到其激发态；实际上，系统将激发从冷藏量子比特转移到线圈量子比特，线圈量子比特将能量耗散到其自身温热的热浴中。
尽管该提议是用量子物理学的语言，即基态和激发态来表达的，但研究人员表示，用更经典的冷热热力学术语来思考结果是完全合适的。“更冷意味着能量更低，”Popescu 说；因为冰箱降低了冷藏量子比特的能量，所以量子比特的温度也随之降低。Linden 指出，“一旦冷却量子比特的温度低于其环境温度，它就会从周围环境中吸走热量。”“我们如何知道这在正常意义上像冰箱一样工作？冰箱确实从其冷浴中吸走了热量，”他说。
只要引擎的热浴保持比线圈的温热浴更热，这个过程就会重复进行，将冷藏量子比特拉到更低的温度。“关键在于，当您必须在这两种能量状态之间做出选择时，您会将系统偏向其中一种状态，这就是逐渐冷却量子比特的原因，”Popescu 说。原则上，冰箱可以冷却到任意接近绝对零度的温度。
加州理工学院计算机科学教授 Leonard Schulman 说，其他人已经设计甚至建造了这种小型冷却系统，但这项新工作的区别在于它是自包含的——量子比特不需要接收来自系统外部的指令。“所有外部环境需要维护的只是两个不同温度的合适热浴，”Schulman 说，“它就会在那里‘烹饪’，或者更确切地说，‘冷却’，永无止境。”
两位物理学家已经实验性地实现了 一种使用外部射频脉冲 来驱动冷却过程的三量子比特冷却器，他们表示这种新方法很有前景。滑铁卢大学量子计算研究所 (IQC) 的博士后研究员 Osama Moussa 说：“这是一个很棒的理论想法。”“该系统有许多参数，如果您将它们设置得恰到好处，那么系统就会自行演化。”
滑铁卢大学物理学家、IQC 主任 Raymond Laflamme 补充说：“从技术上讲，可能很难找到一个系统——或者设计一个系统——具有那些精确的参数，例如彼此完美平衡的能级间距，以及连接三个量子比特能级的相互作用。”“只有在非常非常罕见的系统中，您才能获得这种三体相互作用。”但这并不是说实验学家会被新的理论研究中提出的挑战吓倒。“一旦您知道某件事是可能的，那么去寻找它就容易得多，”Laflamme 说。