Souhrn
Fyzici z Technické univerzity v Dánsku vyvinuli metodu pro detekci kvantových jevů, jako je superpozice a provázání (entanglement), která tyto křehké stavy neničí. Metoda využívá anomální tok tepla z chladnějšího tělesa na teplejší, který je možný pouze v kvantových systémech a zdánlivě porušuje druhý termodynamický zákon.
Klíčové body
- Klasický druhý termodynamický zákon říká, že teplo spontánně proudí z teplejších těles na chladnější, ale kvantová mechanika umožňuje za určitých podmínek opačný tok
- Anomální tok tepla z chladného na teplé těleso může sloužit jako indikátor přítomnosti kvantových jevů
- Metoda umožňuje detekovat kvantovou superpozici a provázání bez destrukce těchto stavů, což je zásadní výhoda oproti běžným měřicím technikám
- Diagnostický nástroj by mohl najít uplatnění při vývoji a testování kvantových počítačů a dalších kvantových technologií
- Druhý termodynamický zákon ve skutečnosti neselhal - klasická formulace Rudolfa Clausia z roku 1850 je pouze zjednodušenou verzí komplexnější kvantové reality
Podrobnosti
Alexssandre de Oliveira Jr., postdoktorand z Technické univerzity v Dánsku, a jeho kolegové publikovali výzkum, který nabízí elegantní řešení dlouhodobého problému kvantové fyziky. Měření kvantových stavů tradičně tyto stavy ničí - jev známý jako kolaps vlnové funkce. To představuje zásadní překážku při vývoji a testování kvantových technologií.
Vědci více než dvě dekády zkoumají kvantově mechanickou verzi druhého termodynamického zákona. Zjistili, že v kvantových systémech může za specifických podmínek docházet k toku tepla z chladnějšího objektu na teplejší, což by v klasické fyzice bylo nemožné. Tento jev nevyvrací druhý termodynamický zákon - pouze ukazuje, že Clausiova formulace z 19. století je “klasickou limitou” komplexnější kvantové reality.
Klíčový objev spočívá v tom, že tento anomální tok tepla se vyskytuje pouze v přítomnosti kvantových jevů, jako je superpozice (kdy se objekt nachází současně ve více stavech) nebo provázání (kdy jsou stavy dvou objektů vzájemně závislé). Tok tepla tak může sloužit jako “teploměr kvantovosti” - nástroj, který detekuje přítomnost kvantových vlastností bez nutnosti přímého měření, které by tyto vlastnosti zničilo.
Metoda funguje na principu pozorování směru a charakteru tepelného toku mezi systémy. Pokud se teplo chová anomálně a proudí proti klasickému gradientu, indikuje to přítomnost kvantových korelací v systému.
Proč je to důležité
Objev má potenciálně zásadní dopady na vývoj kvantových technologií. Kvantové počítače a další kvantová zařízení jsou extrémně citlivé na vnější vlivy a měření. Schopnost detekovat a ověřovat kvantové stavy bez jejich destrukce by mohla výrazně zjednodušit testování a ladění kvantových systémů.
Metoda také prohlubuje naše chápání vztahu mezi termodynamikou a kvantovou mechanikou, dvěma fundamentálními pilíři moderní fyziky. Ukazuje, že i zdánlivě jednoduchý a intuitivní zákon, jako je druhý termodynamický zákon, má v kvantovém světě překvapivé a užitečné nuance. Pro praktické aplikace v oblasti kvantových výpočtů a kvantové komunikace by takový diagnostický nástroj mohl urychlit vývoj a zvýšit spolehlivost těchto vznikajících technologií.
Zdroj: 🔧 Wired
| 