g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Termodinamik yasalarını ihlal mi ediyorsunuz? Kuantum ısı motorundaki Maxwell iblisi için, daha azı daha fazladır

Ünlü İskoç bilim adamı James Clark Maxwell'in Maxwell iblisi kavramını ilk kez önermesinden 150 yıldan fazla bir süre sonra, bu kavram hala fizikçiler ve bilgi bilimcilerini rahatsız ediyor. Maxwell'in bir düşünce deneyinde hayal ettiği "iblis" budur .. Maxwell'in iblisi, termodinamiğin ikinci yasasını ihlal ediyor gibi görünen, hızlı ve yavaş parçacıkları kabın farklı taraflarına sınıflandırabilir. Maxwell iblisinin anısını inceleyerek, fizikçiler Maxwell'in iblisini klasik sistemlerin istatistiksel mekaniği yasalarına uygun hale getirebilirler.

Ancak kuantum ısı motoru önerildiğinde, durum yine tartışmalı hale geldi. Termodinamik fizikçiler ve bilgi teorisyenleri uygulanabilir açıklamalar hakkında tartışıyorlar ve fiziksel modellerin son sonuçları farklı argümanları birleştirebilir. Singapur Ulusal Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olan Stella Seah şöyle açıkladı: Bilgi bilimi ve termodinamik arasındaki bağlantıyı göstermek istiyoruz. Seah, Max Planck Optik Bilimler Enstitüsü ve Singapur Ulusal Üniversitesi'nde Stefan Nimmrichter ve Valerio Scarani ile birlikte çalışıyor.

Kuantum tartışması

Fiziksel bir sistemi modellemek için "daha küçük bir Maxwell iblisi" kullanarak, "maxwell iblisi" sisteme sınırlı erişime sahiptir. Böylece entropideki artışın nereden geldiğini ve entropinin sözde kuantum entropisine mi yoksa gerçek işe mi yol açtığını gösterebilir. Bir kuantum sisteminde ölçüm, termodinamiğin ikinci yasasının anlamı olan sistemin durumunu değiştirebilir. Ölçüm bir kuantum sistemiyle uyumlu değilse, yani bir kuantum fizikçisi onu değiştirilemez bir Hamiltoniyen olarak tanımlayacak, o zaman ölçüm enerjiyi getirecektir.

Bu enerji değişiminin "iş" veya "kuantum entropi" olarak tanımlanması hala zor bir sorudur. Bazı insanlar, ölçümü tekrarlayarak, ısının dağıtılacağını, enerjinin pasif olduğunu ve kullanılamayacağını ve her halükarda, ölçümü yalnızca sisteme etki eden ve ölçümü göz ardı eden dağıtıcı bir kanal olarak ele almanın yanlış olduğunu iddia edeceklerdir. enstrüman. Bu konudaki tartışmalar genellikle soyut bilgi teorisi ve termodinamik soyutlama alanlarını işgal etse de, Seah, Nimmrichter ve Scarani daha pragmatik bir yaklaşım geliştirmeye isteklidir. Kübitlerin bir termal rezervuarla temas halinde olduğu ve onları heyecanlı bir duruma yükseltebilecek bir sistem düşündüler.

İki Maxwell iblisinden küçüğü

Kübit, konumu kübitin dahili durumuna göre makroskopik olarak hareket ettiren bir işaretçiye bağlanır. Seah, göstericiyi bir yay veya belki de kuantum kuyusundaki en küçük enerjinin konumunun kübitin durumuna bağlı olarak değişeceği bir kuantum kuyusundaki salınan bir molekül olarak düşünmeyi önerdi. Bu sistem ile Maxwell iblisi tarafından yaygın olarak karşılaşılan senaryolar arasındaki temel fark, Maxwell iblisinin yalnızca işaretçiler hakkındaki bilgilere erişebilmesidir. Bu modeli kullanarak Seah, Nimmrichter ve Scarani, bu daha küçük Maxwell iblisi ile sistemin ölçüm geri bildirimi elde edebileceğini ortaya çıkardı.

Örneğin, yararlı iş olarak tanımlanacak olan bir kübit üzerinde Rabi dönüşü ve entropideki diğer artışlar, kuantum ısıtma olarak tanımlanabilir. Bu model, on yıllardır devam eden bir tartışmada önemli ilerleme kaydetmiş gibi görünüyor, ancak Seah şunları söyledi: Bu sonucu almak gerçekten şaşırtıcı değil. Şaşırtıcı bir şekilde, makro işaretçisini kullanırsanız, mikro işaretçiden farklı davranışlar elde edeceğinizi keşfettiğimde. Modelde ikinci kübiti bir işaretçi olarak kullanmak Otto çevriminin tanıdık termodinamik davranışını üretir:

(Yukarıda resmedilmiştir) Maxwell'in iblisinin yeteneğini sınırlamak, kuantum ısı motorlarını çevreleyen bazı tartışmaları uzlaştırmaya yardımcı olur. Resim: Stella Seah ve diğerleri

Sanayi devriminde ilk mekanik motorlardan bazılarının nasıl çalıştığını anlatıyor. Yalnızca işaretçinin konumu termal dalgalanmadan çok daha yüksek hareket ettiğinde, ölçüm yapılan iş olarak tanımlanan bir şekilde entropiyi artıracaktır. Ayrıca klasik termal motordan farklı olarak farklı vuruşlar yapmaya gerek yoktur. Ölçümler rastgele yapılabilir ve her şey sürekli, iyi ve sorunsuz bir şekilde gerçekleşir. Daha sonra, araştırmacılar şu konularla ilgileniyorlar: belirli bir durumda (dolanıklığın veya hipotezin var olabileceği yerde) ne olduğunu ve orada herhangi bir kuantum avantajı olup olmadığını düşünmek.