Kuantum mekaniği harika! Motoru soğutmak için yakıt sağlamak için kuantum ölçümü kullanın!
Floransa Üniversitesi ve İtalya'daki Sistemi Complessi Enstitüsündeki araştırmacılar, kuantum ölçümlerinin istilasının her zaman zararlı olmayabileceğini son zamanlarda gösterdiler. Physical Review Letters'da yayınlanan bir çalışmada, bu müdahaleci kütle, soğutma motorları için yakıt sağlamak için kuantum ölçümleri kullanılarak aslında kullanılabilir.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Michele Campisi, bu araştırmaya katılan araştırmacılardan biridir ve uzun yıllardır kuantum fenomeni üzerinde çalışmaktadır. Son çalışmasında, kuantum fenomenlerinin, kuantum bilgisayarlarda kullanılanlar gibi nano ölçekli cihazların termodinamiğini etkileyip etkilemediğini araştırdı.
Bu alandaki çoğu meslektaş tutarlılık ve dolanıklık üzerine çalışıyor, ancak sadece birkaçı başka bir gerçek kuantum fenomeni, yani kuantum mekaniği üzerinde çalışıyor. Bu çalışmalar, potansiyellerini geliştirmek için geri bildirim kontrolünün, Maxwell iblisindeki gibi ölçümle aynı zamanda yapılması gerektiğini göstermektedir. Bu yüzden bu soruyu düşünmeye başladım ve cevabı buldum - çünkü kuantum ölçümü çok istilacıdır, buna aynı zamanda enerji alışverişi de eşlik eder, bu nedenle geri bildirim kontrolü olmadan motora güç sağlamak için kullanılabilir. Termodinamiğin ikinci yasası, ısının doğal olarak sıcak nesnelerden soğuk nesnelere aktığını belirtir. Geçmiş çalışmalar, bu doğal ısı akışını tersine çevirmenin iki yolu olduğunu bulmuştur: harici, zamanla ilgili bir itici güç tarafından sağlanan işi kullanmak veya ısıyı bir geribildirim kontrol döngüsü aracılığıyla kontrol eden Maxwell'in şeytanı elde etmek.
Çalışmada Campisi ve meslektaşları, aslında, kuantum mekaniğine dayanan ısı akışını tersine çevirmek için üçüncü bir yöntem olduğunu gösterdi. Bu teknoloji, herhangi bir geri besleme kontrolü olmadan soğutmayı sürmek için yakıt olarak müdahaleci kuantum ölçümlerinin kullanılmasını gerektirir. Araştırmacılar bu mekanizmaya Kuantum Ölçümü Soğutma (QMC) adını veriyor. Genel matematiksel çerçeve standart kuantum mekaniğidir, ancak kuantum ölçüm soğutmasının tüm yönlerini incelemek için gelişmiş sayısal ve analitik yöntemler kullanılmalıdır.Araştırmacılar, deneysel gürültüye karşı sağlamlığını değerlendirmek için olası ölçüm projektörleri üzerinde yüksek boyutlu ölçümler yaptılar. Kapsamlı Monte Carlo örneklemesini kullanır ve verileri analiz etmek ve görselleştirmek için makine öğrenimi tekniklerini kullanır. Campici ve meslektaşları, QMC'yi tipik bir iki zamanlı iki kübitli motorla gösterdi.
- Kuantum ölçümü temelinde soğutma ısıtma akımı, enerji kaynağı tarafından müdahaleci ölçüm fjkig uygun ölçüm esasına göre sağlanır, uygulama-geri bildirim kontrolü yoktur, kesintisiz ok enerji akışını gösterir. Resim: Campisi ve diğerleri
Bu motor, araştırmacılar tarafından kullanılan ölçüm cihazı ve farklı sıcaklıklara ayarlanmış iki ısı kaynağı ile etkileşime girer. Bu araştırmayı yürüten bir başka araştırmacı Andrea Sofanelli (Andrea Sofanelli) şunları söyledi: Çok zorlayıcı olan optimal termodinamik özellikleri bulmak için analitik yöntemler kullanma görevine de başladık. Birkhoff teoremini kullanarak, sözde dönüşüm matrisi (problemdeki enerji değişimi ile ilgili tüm bilgileri içeren) bir düzenleme olarak ifade edilir ve böylelikle problemi basitleştirir. Ancak 1990'ların başına kadar uzanan ve sonunda bir çözüm bulan, az bilinen bir doğrusal cebir teoremini keşfedene kadar bu görüşte ısrar ettik.
Campisi, Buffoni, Cuccoli, Solfanelli ve meslektaşı Paola Verrucchi, kuantum ölçüm müdahalesinin, rapor ettikleri QMC mekanizması aracılığıyla soğutma motorları için yakıt sağlamak için kullanılabileceğini gösterdi. QMC, geribildirim kontrolü gerektirmez, ancak ölçüm projektöründe dolaşma olması gerekir. Araştırmacılar, ölçüm kıyaslaması rastgele seçildiğinde QMC'nin ortaya çıkma olasılığını hesapladılar. Bu olasılığın çok büyük bir enerji çıkarma olasılığı (yani bir ısı motoru çalıştırma) olabileceğini, ancak en az önemli operasyon olasılığından (yani iki banyoya ısı boşaltma) daha düşük olduğunu bulmuşlardır. Bu araştırmaya katılan bir başka araştırmacı, Alessandro Cuccoli (Alessandro Cuccoli) şunları söyledi: İki kübitten oluşan bir kuantum sistemini ölçmenin kendi başına yararlı termodinamik etkiler üretebileceğini (yani, geribildirimle kontrol edilmediğini) gösteriyor. Bu şüphesiz araştırmanın en anlamlı sonucudur.
Bu, kuantum ölçüm sürecine daha geniş bir perspektiften bakmaktır Bu süreçte, sistem ve çevresi ile ölçüme eşlik eden enerji alışverişi dikkate alınır. Araştırmacılar tarafından geliştirilen çift kübit ısı motoru, kolaylıkla bir soğutma cihazı olarak tasarlanabilir. Bu, kuantum bilgisayar işlem birimlerinin üretimini ve bunları gerekli düşük sıcaklıkta tutabilecek yardımcı ekipmanların entegrasyonunu sağlayacak, çünkü her ikisi de kübit kullanılarak elde edilebilir. Bir başka gözlem de, yararlı termodinamik etkiler elde etmek için, ölçüm işleminin "dolaşık durumu", yani bilgi ve enerji alışverişi arasındaki yakın bağlantıyı ortaya çıkaran iki kübitin özel kuantumla ilgili durumunu içermesi gerektiğidir. Motordaki bu ilişkiye dair anlayışımızı derinleştirmek, kuantum termodinamiği alanındaki mevcut ve gelecekteki araştırmamızı teşvik eden ana zorluklardan biridir.
Campisi, Buffoni, Cuccoli, Solfanelli ve Verrucchi tarafından yürütülen araştırma, doğal ısı akışını tersine çeviren ve geri besleme kontrolü olmaksızın termodinamiğin ikinci yasasına müdahale edebilen tamamen yeni bir mekanizma ortaya koydu. Gelecekte, keşiflerinin, kuantum bilgisayarları soğutmak için ekipman geliştirmeye yardımcı olacak birçok uygulaması olabilir. Bu çalışmaya katılan araştırmacılar ekibi, sekiz AB ülkesinden deneyciler ve teorisyenler de dahil olmak üzere dünya çapında 12 araştırma grubunu içeren bir kooperatif ittifakının parçasıdır. Şu anda, önümüzdeki yıllarda çalışmalarını desteklemek için gerekli kaynakları arıyorlar. Campici şunları söyledi: İyi işleyen bir kuantum ölçüm soğutucusu inşa etmekle ilgilenebilecek deneysel gruplarla çalışmayı dört gözle bekliyoruz. Kuantum sistemlerinin ve cihazlarının enerjisini tam olarak anlamaya ve bu konuda uzmanlaşmaya ve uluslararası toplumu teknolojik gelişmeyi hızlandırmak için birlikte çalışmaya çağırmaya acil bir ihtiyaç var.
-Bilimin Popülerleştirilmesi Telif Hakkı Science X Network / Ingrid Fadelli / Phys
Referans Dergi Literatürü: "Physics Review Letters"
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.070603
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)
