Ruští vědci našli způsob, jak vytvořit kvantové zařízení, které porušuje druhý zákon termodynamiky a má účinnost téměř 100%, podle článku publikovaného v časopise Physics Review A.
„Každý tepelný motor se skládá z ohřívače, který je ve skutečnosti zdrojem energie, a chladničky, jejímž úkolem je ochlazovat pracovní tekutinu motoru. Chladnička snižuje entropii motoru a nevyhnutelně plýtvá část tepelné energie z ohřívače. Proto účinnost tepelného motoru nikdy nedosáhne 100%, “vysvětluje Andrey Lebedev, zaměstnanec Technické univerzity v Curychu a MIPT v Dolgoprudny.
Jedním ze základů moderní fyziky a kosmologie je koncept tzv. Šipky času - postulát, že čas v našem vesmíru se pohybuje výhradně jedním směrem, od minulosti k budoucnosti. Jinými slovy, pohybujeme se čtyřrozměrným prostorem pouze v jednom směru podél časové osy a je nemožné „přetočit“čas zpět.
Z pohledu fyziky se to projevuje tím, že v průběhu času stále roste nepořádek, chaos vesmíru, stav, který vědci nazývají entropií. Tento proces se například projevuje tím, jak se mění stav energie vesmíru. Princip, který vědci často nazývají „druhým zákonem termodynamiky“, je považován za nerozbitné pravidlo, které řídí život celého vesmíru na všech úrovních.
Gordey Lesovik a Andrey Lebedev. Foto: MIPT
Před rokem vědci z Moskevského fyzikálního a technologického institutu pod vedením Gordeye Lesovika z Ústavu pro teoretickou fyziku Ruské akademie věd objevili, že druhý termodynamický zákon lze na kvantové úrovni porušit. To otevřelo cestu pro vytvoření kvantového analogu slavného démona Maxwella - hypotetického tvora, který třídí rychlé a pomalé molekuly.
Tato myšlenka vedla vědce k názoru, že takové kvantové „démony“lze použít k vytvoření stroje, jehož účinnost bude 100%. Pro svůj vývoj vědci navrhují použití dvou párů qubits - elementárních výpočetních modulů a paměťových buněk kvantových počítačů, propojených na kvantové úrovni.
Qubity v motoru Lesovika a jeho kolegů plní dvě funkce - pohlcují teplo a umožňují „teleportovat“přebytečnou entropii mimo systém a hrají roli Maxwellova démona. To umožňuje zařízení skutečně dosáhnout stavu ekvivalentního stroji s trvalým pohybem druhého druhu.
Propagační video:
Ve skutečnosti samozřejmě toto zařízení není strojem s trvalým pohybem - jak vysvětluje Lesovik, pro jeho provoz je nutné neustále aktualizovat „démonické“qubity, které čistí systém entropie zvláštním chlazením. Na druhé straně se to děje mimo samotné zařízení, což nám umožňuje říci, že formálně je druhý zákon termodynamiky v něm přesto porušen.
Nyní Lesovik a jeho kolegové tuto myšlenku implementují v praxi a vytvářejí podobný stroj s trvalým pohybem založený na supravodivých qubits - transmonech.