התרמודינמיקה, החוקרת זרמי חום ועבודה ואת הקשר ביניהם לשינוי אנרגיה, נולדה בתחילת המאה התשע-עשרה מתוך המאמצים לגלות את העקרונות האוניברסליים של מכונות חום – במיוחד אלה של הפיזיקאי והמהנדס הצרפתי סאדי קרנו, המכונה לעיתים "אבי התרמודינמיקה". התיאוריה מוכללת לכמה עקרונות המנוסחים כחוקים: החוק הראשון שעוסק בעקרון שימור האנרגיה; החוק השני, הגורס שאי-הסדר (אנטרופיה) של מערכת תרמודינמית איננו יכול לקטון, ושניתן לנסחו גם כטענה שחום תמיד יזרום ממאגר חם לקר; והחוק השלישי, שמגביל את היכולת להגיע לטמפרטורת האפס המוחלט. האם העקרונות האלה תקפים בעולם המיקרוסקופי הקוונטי? בכדי לתת תשובה לשאלה זו חקרנו מודלים תיאורטיים של מכונות חום ומקררים כאשר עקרון הפעולה שלהם מנוסח ע״י מכניקת הקוונטים. חקרנו מכונות פועמות כגון מנוע של מכונית ומנוע קרנו (מושג תרמודינמי המתאר מנוע חום בעל נצילות מקסימלית) בגבול הקוונטי, כלומר כאשר מכפלת האנרגיה בזמן בכל פעימה היא בתחום קבוע פלנק. כמו כן חקרנו מנועים רציפים כגון טורבינות. בגבול הקוונטי גילינו אוניברסליות בפעולת המנועים, כלומר שהם מצייתים לאותם חוקים תרמודינמיים כמו מנועים מאקרוסקופיים לא-קוונטיים. כמו כן הראינו מתי מותר להגדיר את פעולת המנוע כקוונטית. מנוע קוונטי שיימדד בזמן הפעולה יפסיק לעבוד; זו דוגמה נוספת לכך שבעולם הקוונטי אי-אפשר לבצע מדידה בלי תגובת נגד. הטכנולוגיה הקוונטית מבוססת על קירור המנגנון לטמפרטורות בקרבת האפס המוחלט. לכן יש צורך בביסוס תיאורטי לפעולתם של מקררים קוונטיים בכדי להבין את מנגנון הפעולה ליד האפס המוחלט. המסקנה המפתיעה ממחקרנו היא שהתרמודינמיקה תקפה גם בגבול הקוונטי. המחקר הוביל למימוש ניסיוני של מכונות חום המורכבות מיון בודד או כפגם צבוע בודד ביהלום. המסקנה היא שגם בגבול הקוונטי עקרונות התרמודינמיקה תקפים, גם אם נוספות עליהם תופעות קוונטיות ייחודיות.