Kvantová kouzla: Kvantové měření může chladit  
Měření je v kvantové mechanice velmi ožehavou záležitostí. Dokonce až tak ožehavou, že může pohánět chladící stroj. Tvůrci kvantových počítačů by to mohli využít třeba při konstrukci chlazení pro kvantové čipy.
Kvantové měření dokáže chladit. Kredit: Campisi et al. (2019).
Kvantové měření dokáže chladit. Kredit: Campisi et al. (2019).

Pro fanoušky kvantové fyziky není tajemstvím, že kvantová mechanika má problém s měřením. Není to totiž jako v klasické fyzice, kde prostě vezmete přístroj a naměříte potřebnou veličinu. Samotné měření totiž podle všeho zasahuje do kvantových dějů a kvantoví fyzici se navíc neshodnou v tom, jak by takové ovlivnění mělo fungovat. Navzdory tomu vědci kvantové měření zkoumají a přicházejí na podivuhodné věci.

 

Michele Campisi. Kredit: M. Campisi.
Michele Campisi. Kredit: M. Campisi.

Michele Campisi z italské Univerzity ve Florencii a jeho kolegové nedávno prokázali, že kvantové měření nemusí být tak invazivní, za jaké bývá obvykle považováno. Nebo přesněji řečeno, že jeho invazivnost může být užitečná. V rámci kvantové termodynamiky se zabývali tím, jak kvantové fenomény ovlivňují termodynamiku zařízení na nanoskopické úrovni. Přišli na to, že povaha kvantového měření může být zužitkována, a to tak, že kvantové měření může svým působením pohánět chladící stroj. Jde o to, že kvantová měření, vzhledem k jejich invazivní povaze, doprovázejí výměny energie. A proto je možné kvantová měření použít k pohonu strojů.

 

Oblíbený druhý termodynamický zákon říká, že teplo přirozeně proudí z teplejších těles na ty studenější. Dosavadní výzkumy ukázaly, že takový spontánní proud tepla je možné zvrátit dvěma různými způsoby. Buď je možné využít práci, kterou vykonává vnější síla anebo je možné zavést Maxwellova démona, který řídí proudění tepla.

 

Università degli Studi di Firenze.
Università degli Studi di Firenze.

Camisi a spol. vlastně vymysleli třetí možnost, s níž možné zvrátit přirozené proudění tepla díky kvantové mechanice. Použili invazivní kvantové měření jako pohon pro chlazení a říkají tomu chlazení kvantovým měřením (QMC, anglicky quantum measurement cooling). Spočítali si to ve standardní kvantové mechanice, následně své výpočty vyladili mixem pokročilých numerických a analytických metod a výsledky analyzovali a zobrazili pomocí šikovné umělé inteligence.

 

Badatelé vyvinuli 2-qubitový termální stroj, který by bylo možné snadno předělat na chladící zařízení. To by se mohlo uplatnit v řadě různých aplikací, jako třeba při konstrukci čipů pro kvantové počítače, které je nutné udržet v nízké provozní teplotě. Campisi a jeho kolegové teď hledají partnery mezi dalšími experimentálními skupinami, s nimiž by mohli postavit funkční chlazení na kvantová měření. Podle Campisiho je momentálně velká poptávka po úplném pochopení a zvládnutí energetických dějů kvantových systémů a kvantových zařízení, která jsou z těchto systémů odvozená. Široká mezinárodní spolupráce v tomto směru by podle něj mohla urychlit vývoj nových zajímavých technologií.

Video:  Quantum Measurement & Observables


Literatura
Phys.org 11. 3. 2019, Physical Review Letters 122: 070603.

Datum: 17.03.2019
Tisk článku

Související články:

Kvantové počítače budou potřebovat k provozu nanochladič     Autor: Stanislav Mihulka (19.05.2017)
Umělé inteligence přebírají výzkum kvantových systémů     Autor: Stanislav Mihulka (03.03.2018)
Společnost IBM představila světu kvantový počítač Q System One     Autor: Stanislav Mihulka (12.01.2019)



Diskuze:

Měřili až uměřili

Mintaka Earthian,2019-03-18 06:44:44

Jak by mohlo vypadat takové extrémní měření/chlazení?
Mohli by tím uchladit až k absolutní nule?
A co další měření, když by to na té nule bylo?

Odpovědět


Re: Měřili až uměřili

Michal Mayer,2019-03-19 08:38:53

Jsou teorie, že se dá jít i za absolutní nulu, tedy do absolutního mínusu. Zkuste Google, jestli vás zajímá víc.

Odpovědět


Re: Re: Měřili až uměřili

Mintaka Earthian,2019-03-19 23:43:57

Děkuji za nasměrování. Skutečně se toho dá o "teplotě pod ""absolutní"" nulou" najít hodně.

http://vtm.e15.cz/vedci-dosahli-teploty-pod-absolutni-nulou

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace