Maxwellův démon může vytěžit práci z kvantové informace  
Kvantový tepelný stroj je variantou Szilardova stroje, což je zase vyladěná verze slavného Maxwellova démona. Jak si vede démon dávného světa ve kvantových lovištích?

 

Zvětšit obrázek
Maxwellův démon při chuti. Kredit: Peter Macdonald, Edmonds UK.


Lechtivě strašidelný koncept Maxwellova démona se zřejmě poprvé objevil v dopisech Jamese Clerka Maxwella v letech 1867 a 1871, veřejnost s ním byla konfrontována v Maxwellově knize Theory of Heat roku 1872. Výraz „démon“ ovšem v souvislosti s ním poprvé použil nejspíš lord Kelvin, v časopisu Nature roku 1874. Původně to prý nemyslel tak úplně v ďábelských souvislostech, jména mají ale velkou moc sama o sobě a Maxwellův démon nám od té doby pěkně zvlčel. Milovníci vědeckého fantasy ho znají například jako elegantního šviháka z Pana Tompkinse v říši divů George Gamowa, zajímavou roli má i v příbězích úžasně kyber pitoreskní Lemovy Kyberiády (musím si ji zase přečíst). Zato mnozí fyzici dodnes určitě mají z Maxwellova démona nepříjemné pocity.

 

Zvětšit obrázek
Kyberiáda.   Kredit:
Československý spisovatel.


Maxwell původně vyvolal svého démona, aby dokázal, že nelze zlomit ducha Druhého termodynamického zákona. Kdyby takový démon seděl u dveří mezi dvěma nádobami s plynem původně o stejné teplotě a na jednu stranu pouštěl molekuly rychlé a na druhou pomalé, tak mezi nádobami vznikne rozdíl v teplotách a entropie celého systému se sníží. V roce 1929 si Leo Szilard na Maxwellově démonovi vystavěl vlastní myšlenkový experiment. Říká se mu Szilardův tepelný stroj a těží energii z informace. Až doposud Szilardovy stroje těžily klasickou informaci. Teď se objevuje koncept Szilardova tepelného stroje, který vytěží energii čistě z kvantové informace.

 

Zvětšit obrázek
Jak funguje termodynamický démon. Kredit: Htkym, Wikimedia Commons.


Přišli s ním Jung Jun Park z korejské Národní univerzity v Pusanu a jeho kolegové. Vymysleli kvantový tepelný stroj, který je v mnoha ohledech podobný Szilardovu tepelnému stroji. Oba stroje začínají pracovat v termodynamické rovnováze a v obou případech je tvoří dva prostory oddělené přepážkou. Kvantový tepelný stroj je vlastně dvouatomová verze Szilardova stroje s polopropustnou přepážkou, která pomocí mechanismu kvantového rozkolu (quantum discord) těží energii z kvantové informace.

 

James Clerk Maxwell. Kredit: volně dostupné, Wikimedia Commons.


Stejně jako Szilardův stroj, se ani kvantový tepelný stroj neprotiví Druhému zákonu termodynamiky, protože se v obou těchto systémech nesnižuje výsledná entropie. Park a spol. také podotýkají, že jejich kvantový stroj není cyklický. Vždy se musí vracet do výchozího stavu a k tomu je nutné vynaložit energii. Badatelé si vyzkoušeli důkladný myšlenkový experiment a zjistili, že by realizace takového pokusu v reálu byla nestydatě obtížná. Pak se raději zaobírali kvantovým tepelným strojem, který byl výrazně vychýlen od rovnovážného stavu, s nímž to podle všeho bylo o něco snazší. Zatím to jsou všechno jen takové hodně teoretické hrátky, ale s rozvojem nanotechnologií, kdo ví, jakých překvapení se nadějeme.

 

 


 

 

Literatura

Phys Org 18. 12. 2013, Physical Review Letters 111: 230402, Wikipedia (Maxwell"s demon, Szilard"s engine, Quatum discord).


 

Datum: 26.12.2013 17:30
Tisk článku

Démon - Lowly Daniel
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 105 Kč
cena: 98 Kč
Démon
Lowly Daniel

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



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