«

»

Июл 07

Ученые заставили работать квантовый вариант демона Максвелла

Международная исследовательская группа, возглавляемая доктором Джанет Андерс (Dr Janet Anders) из университета Эксетера (University of Exeter), используя сложные сверхпроводящие схемы, «вдохнула жизнь» в квантовый вариант так называемого демона Максвелла. Данная работа предоставляет ученым возможность детального изучения работы одного из наиболее необычных явлений, которое до недавнего времени существовало лишь в виде мысленного эксперимента.

Демон Максвелла получил свое название в честь Джеймса Клерка Максвелла, величайшего ученого, который в 1867 году предложил идею, позволяющую извлечь полезную энергию из недр термодинамической системы, находящейся в состоянии равновесия, что является нарушением второго закона термодинамики.

Согласно этой идее, крошечное гипотетическое существо, которое и является демоном Максвелла, сортирует молекулы газа, отправляя в одну емкость молекулы с более высокой энергией и оставляя низкоэнергетические молекулы в другой емкости. В результате действий демона в одной емкости скапливается большое количество высокоэнергетических молекул, из-за чего возникает перепад давления, который можно использовать для извлечения полезной энергии в обход второго закона термодинамики.

«В 1980-х годах ученые выяснили, что исходный эксперимент с демоном Максвелла является не полным» — рассказывает доктор Андерс, — «В некоторых случаях информация о свойствах молекул остается сохраненной в «памяти демона», в виде его состояния. И обладание большим количеством такой информации может свести к нулю энергетическую эффективность демона».

В качестве квантового демона Максвелла в данном случае выступала впадина микроволнового резонатора, вытягивающая энергию из находящегося по соседству сверхпроводящего квантового бита, кубита. Благодаря такому соседству ученые смогли не только зарегистрировать отбор энергии демоном Максвелла, но и считать его «память», в которой хранились данные о предыдущих состояниях квантового бита.

«В данном случае мы используем особенность квантово-механической системы, которая определяет, что частица может обладать одновременно и высокой и низкой энергией одновременно» — рассказывает доктор Андерс, — «Однако, частица приобретает определенный энергетический уровень в тот же самый момент, когда на нее обращает свое внимание демон Максвелла».

И в заключение следует заметить, что данный эксперимент является захватывающей демонстрацией взаимодействия между термодинамикой, квантовой физикой и информатикой. Вполне вероятно, что благодаря именно этому эксперименту будут разработаны новые теории, касающиеся работы наноразмерных термодинамических систем и процессов.

Источник: dailytechinfo.org

Добавить комментарий