. Дубна: 11 oC
Дата 24.09.2020
Иллюстрация. «Пространственно-разнесённый демон». Дизайнер: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ
Иллюстрация. «Пространственно-разнесённый демон». Дизайнер: @tsarcyanide, пресс-служба МФТИ

Учёные из МФТИ с коллегами из США и Швейцарии описали пространственно-разнесённого квантового демона Максвелла — устройство, локально нарушающее второе начало термодинамики в системе, которая находится на расстоянии 1–5 метров от демона.

Устройство может найти применение в квантовых компьютерах и микроскопических холодильниках точечного действия. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.

Демон локально нарушает следующий закон: энтропия, то есть неупорядоченность, энергетически изолированной системы не может самопроизвольно уменьшаться.

«Наш демон делает так, что устройство, которое называется кубитом, переходит из менее упорядоченного состояния в более упорядоченное, — поясняет сотрудник МФТИ и ETH Zurich Андрей Лебедев, ведущий автор статьи  — Важно, что кубит при этом не изменяет свою энергию». Это первое устройство такого рода с макроскопическим радиусом действия.

Речь идёт лишь о локальном нарушении закона физики в системе кубита. Дело в том, что демона нужно особым образом готовить перед каждым взаимодействием с кубитом, а на это уходит энергия, поэтому полную систему «кубит — демон» нельзя считать энергетически изолированной.

Что такое кубит?

Роль кубита в исследовании выполняет сверхпроводящий искусственный атом —  микроскопическое устройство из тонких плёнок алюминия, нанесённых на кремниевый чип. Эта система называется искусственным атомом потому, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, она ведёт себя как атом с двумя базисными состояниями: основным и возбуждённым.

Что значит «понизить энтропию»?

Цель описанного в работе эксперимента, над реализацией которого учёные уже работают, — перевести кубит в так называемое «чистое» состояние. Кубит может пребывать не только в двух базисных, но и в разных промежуточных состояниях, которые описываются законами квантовой физики. В частности, возможны два состояния с одинаковой энергией — смешанное и чистое. Хотя их энергия равна, для последнего характерна большая упорядоченность, то есть низкая энтропия.

Что такое демон?

Демон представляет собой такой же кубит. Он присоединяется к рабочему кубиту волноводом — особым кабелем. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, оказавшись связанными, кубиты начинают самопроизвольно обмениваться виртуальными фотонами — порциями микроволнового излучения. Посредством фотонов кубиты меняются состояниями. При этом демон нарочно снабжается чистым состоянием, которое он передаёт рабочему кубиту.

Квантовый нанохолодильник

Ценность чистого состояния в том, что его можно относительно легко и предсказуемо перевести в основное состояние при помощи электромагнитного поля. При этом кубит охладится.

«Обычный холодильник воздействует на весь свой объём, а такой кубитный нанохолодильник будет охлаждать конкретную точку, — объясняет соавтор исследования, заведующий лабораторией физики квантовых информационных технологий МФТИ Гордей Лесовик. — Это может быть полезно, например, для алгоритмического охлаждения квантового компьютера: можно в коде основной „квантовой“ программы написать подпрограмму, которая будет прицельно охлаждать самые горячие кубиты».

В работе также приняли участие Валерий Винокур из Аргоннской национальной лаборатории (США) и Джанни Блаттер из ETH Zurich. Ранее учёные предложили сделать из кубита квантовый магнитометр.

Пресс-служба МФТИ

 
 

Комментарии   

#1 PROrok 19.12.2018 12:36
Можно использовать для точного разреза любого физического объекта... Или суперточного оружия... Сталось только увеличить расстояние между кубитами без снижения эффективность...
Понижаешь энтропию по линии... например у летящего самолёта... И получаешь два полсамолёта))
Цитировать

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить