Физичарите го оживеале “демонот” со помош на квантна механика

Изработена е квантно механичка верзија на Максвеловиот демон, мисловен експеримент стар 150 години. Демонот е едноставен и засега покажува добро однесување.

Во 1867 година, големиот физичар Џејмс Клерк Максвел размислувал за неодамна формулираниот втор закон на термодинамиката.

Едно објаснување на тој физички закон е ако се најдат две тела со различна температура, изолирани од остатокот на универзумот, нивната температура ќе се приближува, а само со работа може да го направи едното потопло од другото – со други зборови, не можете да добите енергија од ништо. Законот генерално може да се сумира како ”не постои бесплатен ручек”, и ја исклучува можноста на изумот како постојано подвижна машина (perpetuum mobile).

Максвеловиот мисловен експеримент, хипотетички му противречел на вториот закон. Максвел предложил идеја за мал демон кој кој ќе го сортира гасот кој содржи честички од различни енергии. Честичките кои имаат повеќе од одредената енергија ќе бидат сортирани во една канта, а остатокот во друга. За физичарите, класификацијата не вклучува постоење на механичка работа. Сепак, разликата помеѓу сортираните гасови – еден со голема енергија, па затоа и жежок, а другиот студен, може да се употреби за извршување на онаа работа која ја препознаваат физичарите.

Натаму, ако вториот закон вели дека ентропијата во изолираниот систем може само да се зголеми со времето, а во Максвеловото сценарио со демон вкупната ентропија се намалува, пред нас постои парадокс.

Со текот на времето, физичарите станувале се повеќе убедени дека вториот закон е точен – многу тоа го виделе како една ставка од науката во која би можеле да бидеме апсолутно сигурни. Сепак, иако никој не можел да изгради Максвелов демон, таа идеја се чинела одржлива во теоријата.

Дури во осумдесеттите години проблемот е решен, низ сознание дека трошоците за обработка на информациите кои се вклучени во проценката на честички и одлуките што ќе се направи со нив, ги надмина придобивките од сегрегираните молекули. Натаму, таквиот демон не може да го прекрши вториот закон, но е интересен на други начини.

Во Зборникот на Националната академија на науки, физичарите го опишуваат создавањето на микробрановата празнина која делува како Максвелов демон и го опишува неговиот успех во мерење на неговото производство на енергија и губитокот на истата до нивото на индивидуален фотон.

Едноставни Максвелови демони биле претходно изградени, но во тие случаеви се избегнала комплексноста која квантната механика ја додава на системот. Д-р. Џенет Андерс од Универзитетот Ексетер и научници од пет француски институти отишле малку подалеку.

“Фактот дека системот се однесува квантно-механички значи дека честичките можат да имаат висока и ниска енергија во исто време, а не само еден од овие, како што сметал Максвел,” се вели во изјавата на Андерс.

Авторите создале, суперпроводлив кубит единица за квантните информации, и го вградиле во микробранова празнина која делува како демон. Зависно од енергетската состојба на кубитот демонот се праќа во еден или друг од двата можни отвори. Давајќи му нелинеарна меморија, експериментот му овозможил кодирање на средно ниво на енергија, а не само високо и ниско ниво како што би се случило во класичниот систем.

Тимот ја измерил ентропијата и енергијата на составот, вклучувајќи го демонот. “Ние можеме да покажеме како информациите потхранети во демонската меморија влијаат на посебната работа”, пишуваат авторите.

Системот може да се користи за ладење на суперпроводлив кубит, доколку тоа сакате да го направите, но поважно е дека може да се тестира дали односот помеѓу завршената работа и информациите е еднаков на претпоставките на квантната теорија. До сега, резултатите ги задоволуваат очекувањата, но авторите сметаат дека може да се направат повеќе тестови по пат на сложен систем кој вклучува прилагодливи фреквенции или кубити и шуплини.

Поддржете ја нашата работа: