Russische wetenschappers hebben een manier gevonden om een kwantumapparaat te maken dat in strijd is met de tweede wet van de thermodynamica en een efficiëntie heeft van bijna 100%, volgens een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Physics Review A.
“Elke warmtemotor bestaat uit een verwarming, die in feite een energiebron is, en een koelkast, die tot taak heeft de werkvloeistof van de motor te koelen. De koelkast verlaagt de entropie van de motor en verspilt onvermijdelijk een deel van de thermische energie van de verwarmer. Daarom bereikt de efficiëntie van een warmtemotor nooit 100%”, legt Andrey Lebedev uit, een medewerker van de Technische Universiteit van Zürich en MIPT in Dolgoprudny.
Een van de fundamenten van de moderne fysica en kosmologie is het concept van de zogenaamde pijl van tijd - het postulaat dat tijd in ons universum uitsluitend in één richting beweegt, van het verleden naar de toekomst. Met andere woorden, we bewegen ons door de vierdimensionale ruimte in slechts één richting langs de tijdas, en het is onmogelijk om de tijd terug te "terugspoelen".
Vanuit het oogpunt van de fysica komt dit tot uiting in het feit dat in de loop van de tijd de wanorde, chaos van het universum, een toestand die wetenschappers entropie noemen, gestaag groeit. Dit proces manifesteert zich bijvoorbeeld in hoe de toestand van de energie van het heelal verandert. Het principe, dat wetenschappers vaak "de tweede wet van de thermodynamica" noemen, wordt beschouwd als een onbreekbare regel die het leven van het hele universum op alle niveaus beheerst.
Gordey Lesovik en Andrey Lebedev. Foto: MIPT
Een jaar geleden ontdekten wetenschappers van het Moskouse Instituut voor Fysica en Technologie onder leiding van Gordey Lesovik van het Instituut voor Theoretische Fysica van de Russische Academie van Wetenschappen dat de tweede wet van de thermodynamica op kwantumniveau kan worden geschonden. Dit opende de weg voor de creatie van een kwantumanaloog van de beroemde demon Maxwell - een hypothetisch wezen dat snelle en langzame moleculen uitzoekt.
Dit idee zette wetenschappers ertoe aan te denken dat zulke kwantum "demonen" kunnen worden gebruikt om een machine te creëren waarvan de efficiëntie 100% zal zijn. Voor de ontwikkeling ervan stellen wetenschappers voor om twee paar qubits te gebruiken: elementaire computermodules en geheugencellen van kwantumcomputers, onderling verbonden op kwantumniveau.
De qubits in de motor van Lesovik en zijn collega's vervullen twee functies: ze absorberen warmte en laten toe om overtollige entropie uit het systeem te "teleporteren", waarbij ze de rol spelen van Maxwell's demon. Hierdoor kan het apparaat daadwerkelijk een toestand bereiken die equivalent is aan een eeuwigdurende bewegingsmachine van de tweede soort.
Promotie video:
In feite is dit apparaat natuurlijk geen perpetuum mobile - zoals Lesovik uitlegt, voor zijn werking is het noodzakelijk om constant de "demonische" qubits bij te werken, die het systeem van entropie reinigen door ze op een speciale manier te koelen. Aan de andere kant gebeurt dit buiten het apparaat zelf, waardoor we kunnen zeggen dat formeel de tweede wet van de thermodynamica toch binnenin wordt geschonden.
Nu implementeren Lesovik en zijn collega's dit idee in de praktijk en creëren ze een soortgelijke perpetuum mobile-machine op basis van supergeleidende qubits - transmonen.
