Ученые из России разрубили на части демона Максвелла

18 Декабря 2018

МОСКВА, 18 декабря. Ученые из МФТИ выяснили, что демона Максвелла – устройство, локально нарушающее второй закон термодинамики – можно разделить на несколько частей. Это позволяет создать идеальную систему охлаждения для квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.

Обычный холодильник воздействует на весь свой объём, а такой кубитный нанохолодильник будет охлаждать конкретную точку. В ряде случаев это может быть эффективнее. Например, можно в коде главной квантовой программы написать подпрограмму, которая будет прицельно охлаждать любые горячие кубиты, — разъясняет Гордей Лесовик из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Одна из основ современной ядерщики и космологии — концепция так называемой стрелы времени. Она гласит, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из минувшего в будущее. Иными словами, мы движемся сквозь четырехмерное пространство исключительно в одном направлении по оси времени, и перемотать время назад невозможно.

С точки зрения физики это проявляется в том, что со временем сумбурность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. В частности, данный процесс является в том, как обменивается состояние энергии Вселенной.

Этот принцип, какой ученые часто называют вторым законом термодинамики, считается нерушимым обыкновением, управляющим жизнью всей Вселенной на всех уровнях. Он же является причиной того, почему вечный двигатель всегда будет лишь мечтой фантастов и никогда не станет реальностью.

Два года назад Лесовик и его коллеги обнаружили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне, фактически пытаясь доказать обратное. Это открыло дорогу для создания квантового аналога знаменитого демона Максвелла – гипотетического существа, классифицирующего быстрые и медленные молекулы.

Год назад расейские физики успешно реализовали эту мысль на практике. Это побудило их задуматься о том, можно ли воспользоваться удивительными свойствами квантового мира и разбить джинна Максвелла на несколько частей, разнесенных на относительно большие междупутья.

Как передает пресс-служба МФТИ, новая разновидность этой машины представляет собой подбор из сверхпроводящего кубита, основной ячейки квантового компьютера, и специального коаксиального кабеля, какой может проводить микроволны.

Если этот кабель подцепить к другому кубиту, то тогда их можно будет спознать друг с другом на квантовом уровне и заставить обмениваться виртуальными частицами света. Перед этой операцией первый кубит обрабатывается этаким образом, что он перебегает в так называемое чистое квантовое состояние. Это означает, что все содержащиеся в нем значения можно описать при помощи законов квантовой механики.

Эти чистые состояния, как заявляют Лесовик и его коллеги, их демон может передавать во вторую ячейку парамнезии, замещая ими так прозываемые грязные состояния, чье значение невозможно точно определить. Подобный прием одновременно позволяет или остудить кубит, а также отдельные атомы и молекулы, или же продлить время работы квантового компьютера, защищая его от нарастания энтропии.

В отличие от прошлых вариантов демона Максвелла, его распределенная версия лишена главного недостатка подобных систем – его работа не нагревает саму систему, где находится кубит, квантовый суперкомпьютер или изучаемая молекула. В ближайшее время российские ученые мыслят создать первую полноценную физическую разновидность этого идеального холодильника.

По текущим расчетам ученых, расстояние между руками и остальной частью их демона Максвелла будет достигать от одного до пяти метров. Эту дистанцию можно будет увеличить, если создать более стабильные версии кубитов или изменить принципы передачи виртуальных фотонов по кабелю.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Ученые из России разрубили на части демона Максвелла

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер бывший музыкант рок-группы "Крематорий"