Teoria e re kuantike mbi termodinamiken

Empire

Antarë i Respektuar
Teoria e re kuantike mbi termodinamiken
nga Universiteti i Nottingham

Studiuesit kanë zhvilluar një version të ri kuantik të një eksperimenti teorik ne termodinamiken 150-vjeçar që mund të hapë rrugën për zhvillimin e motorëve të nxehtësisë kuantike.

newquantumth.jpg


Matematikanë nga Universiteti i Nottingham kanë aplikuar teori të re kuantike në paradoksin Gibbs dhe demonstruan një ndryshim thelbësor në rolet e informacionit dhe kontrollit midis termodinamikës klasike dhe kuantike. Kërkimi i tyre është botuar sot në Nature Communications.

Paradoksi klasik i Gibbs çoi në njohuri thelbësore për zhvillimin e termodinamikës së hershme dhe thekson nevojën për të marrë në konsideratë shkallën e kontrollit të një eksperimentuesi mbi një sistem.

Ekipi hulumtues zhvilloi një teori të bazuar në përzierjen e dy gazeve kuantike - për shembull, një të kuq dhe një blu, - të cilat fillojnë të ndahen dhe pastaj përzihen në një kuti. Në përgjithësi, sistemi është bërë më uniform, i cili përcaktohet nga një rritje e entropisë. Nëse vëzhguesi pastaj vendos gota me ngjyrë vjollcë dhe përsërit procesin; gazrat duken njësoj, kështu që duket sikur asgjë nuk ndryshon. Në këtë rast, ndryshimi i entropisë është zero.

Autorët kryesorë në letër, Benjamin Yadin dhe Benjamin Morris, shpjegojnë: "Gjetjet tona duken të çuditshme sepse ne presim që sasitë fizike të tilla si entropia të kenë kuptim të pavarur nga kush i llogarit ato. Për të zgjidhur paradoksin, duhet të kuptojmë që termodinamika tregon ne cilat gjëra të dobishme mund të bëhen nga një eksperimentues i cili ka pajisje me aftësi specifike. Për shembull, një gaz me nxehtësi zgjeruese mund të përdoret për të drejtuar një motor. Për të nxjerrë punë (energji të dobishme) nga procesi i përzierjes, keni nevojë për një pajisje që mund të "shoh" ndryshimin midis gazrave të kuq dhe blu ".
Klasikisht, një eksperimentues "injorant", i cili i sheh gazrat si të padallueshëm, nuk mund të nxjerrë punë nga procesi i përzierjes. Hulumtimi tregon se në rastin kuantik, pavarësisht se nuk është në gjendje të tregojë ndryshimin midis gazrave, eksperimentuesi injorant ende mund të nxjerrë punë duke i përzier ato.

Duke marrë parasysh situatën kur sistemi bëhet i madh, ku sjellja kuantike normalisht do të zhdukej, studiuesit zbuluan se vëzhguesi injorant kuantik mund të nxjerrë aq punë sa të kishin qenë në gjendje të dallonin gazrat. Kontrollimi i këtyre gazrave me një pajisje të madhe kuantike do të sillej krejtësisht ndryshe nga një motor klasik makroskopik i nxehtësisë. Ky fenomen rezulton nga ekzistenca e gjendjeve të veçanta të superpozicionit që kodifikojnë më shumë informacion sesa është në dispozicion klasikisht.

Profesori Gerardo Adesso tha: "Pavarësisht nga një shekull hulumtimi, ka kaq shumë aspekte që nuk i dimë ose nuk i kuptojmë ende në zemër të mekanikës kuantike. Një injorancë e tillë themelore, megjithatë, nuk na pengon të vendosim karakteristikat kuantike për përdorim të mirë, siç zbulon puna jonë. Shpresojmë që studimi ynë teorik të frymëzojë zhvillime interesante në fushën e termodinamikës kuantike dhe të katalizojë përparimin e mëtejshëm në garën e vazhdueshme për teknologjitë e përmirësuara kuantike.

"Motorët kuantë të nxehtësisë janë versione mikroskopike të ngrohësve dhe frigoriferëve tashmë të përditshëm, të cilat mund të realizohen me vetëm një ose disa atome (siç është vërtetuar tashmë eksperimentalisht) dhe performanca e të cilave mund të rritet nga efektet e mirëfillta kuantike të tilla si mbivendosja dhe ngatërresa. Aktualisht, shihni paradoksin tonë kuantik Gibbs të luajtur në një laborator do të kërkonte kontroll të hollë mbi parametrat e sistemit, diçka që mund të jetë e mundur në sistemet e rregulluara mirë "rrjeta optike" ose kondensatat Bose-Einstein - ne jemi aktualisht në punë për të hartuar propozime të tilla në bashkëpunim me grupe eksperimentale ".
 
Top