Fyzici čtou v mysli Maxwellova démona  
Fyzikální výzkum někdy připomíná scénář divoké vědecké fantastiky. Ale v případě studia mysli kvantového Maxwellova démona je to opravdu jenom zdání.
Kvantový Maxwellův démon. (Kredit: Cottet, LPA)
Kvantový Maxwellův démon. (Kredit: Cottet, LPA)

Když si v 19. století James Clerk Maxwell dal dohromady koncept Maxwellova démona, tak jistě netušil, co vlastně vypustil na tenhle svět. Maxwellův démon si žije vlastním životem, objevuje se v populárních knížkách, a jak se zdá, vědci ho nemohou pustit z hlavy.


Jen pro připomenutí, Maxwellův démon má zvláštní, v mnoha ohledech ďábelskou moc. Může se usadit mezi dvěma spojenými nádobami, v nichž jsou částice o různých energiích. Démon hlídá průchod mezi nádobami a zařídí, že do jedné nádoby procházejí pouze částice s vyšší energií, kdežto do té druhé jenom ty méně energetické částice.

Nathanaël Cottet. Kredit: Ecole Normale Supérieure de Lyon.
Nathanaël Cottet. Kredit: Ecole Normale Supérieure de Lyon.

 

Výsledkem snažení Maxwellova démona je, že se v jedné z nádob soustředí více energie než v té druhé. Vznikne nerovnovážný systém, který by bylo teoreticky možné využít k získání energie, podobně jako to dělá vodní elektrárna usazená na přehradě. Maxwellův démon je na tolik démonický, že dovede z termodynamického systému vytěžit více energie, než kolik povoluje Druhý termodynamický zákon. Říká myšlenkový experiment s démonem.


V osmdesátých letech 20. století se ale ukázalo, že to není celý příběh. Informace o vlastnostech částic totiž zůstává v paměti Maxwellova démona. S touto informací je ale zároveň spojený výdej energie, který vynuluje zisk energie zařízený démonem. Což řeší celý paradox.

 

Logo Laboratoire Pierre Aigrain.
Logo Laboratoire Pierre Aigrain.

Mezinárodní vědecký tým, který vedl Nathanaël Cottet z francouzské laboratoře kvantově-mechanické elektroniky Laboratoire Pierre Aigrain, se pustil do vyvolávání přízraků. Oživili Maxwellova démona pomocí supravodivých obvodů. Udělali to tak, že postavili kvantového démona v podobě mikrovlnného rezonátoru, který si vytahuje energii ze supravodivého qubitu. Cottet a spol. dokázali kompletně přečíst paměť takto vytvořeného Maxwellova démona a získat tím informaci o stavu qubitu, k němuž byl démon připojen.


Vědci podotýkají, že se jejich systém chová kvantově mechanicky. To znamená, že v něm částice mohou mít zároveň vysokou a nízkou energii. S tím Maxwell původně samozřejmě nepočítal. Experimenty Cottetova týmu nabízejí fascinující pohled na vztah mezi kvantovou informací a termodynamikou. Je to také významný krok ve vývoji teorie pro termodynamické procesy v nanoměřítku. S termodynamickými démony se člověk rozhodně nenudí.

Video:  Maxwell's Demon and the Nature of Information


Literatura
University of Exeter 4. 7. 2017, PNAS 30. 6. 2017.

Datum: 13.07.2017
Tisk článku

17 zákonov tímovej práce - Maxwell John C.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 346 Kč
cena: 346 Kč
17 zákonov tímovej práce
Maxwell John C.
Související články:

Maxwellův nanodémon     Autor: Stanislav Mihulka (08.02.2007)
Maxwellův démon může vytěžit práci z kvantové informace     Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2013)
Fyzici si postavili fotonického Maxwellova démona     Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2016)



Diskuze:

Co není ve smyslech a nemůže být nezávisle ověřeno je nesmysl, deja vu a propaganda z tanku

Josef Hrncirik,2017-07-30 13:02:09

Co není spuštěno (doloženo) energií alespoň 5 sigma (sg) tepelné fluktuace systému je šalba a mámení (hlasy a falešné svědectví a přísahy a poplachy).
Předpokládám tedy, že objekt průchodem nástrahou (cca kondenzátorem) vyvolá pulz 5 sg a při výstupu je mu tato energie spravedlivě vrácena (bezúročně či se záporným).
Sepne se kontakt stopek a po dalším signálu průchodu cílem, se zjistí zda průchod je rychlejší než průměr, tj. nastal před koncem 1. taktu (bitu) hodin ideální frekvence potřebující pouze 1 bit, nebo je pomalejší a průchod není nutno měřit, hrozí však kolize s dalším rychlíkem. Stopky se samy vypnou, kvůli baterii.
Takto se zjistí, zda rychlost postačuje do pekla, či nikoliv.
Tím se správně vyplní bit hoden (pulzem 5 sigma) na bránu či nehoden pekla (bez pulzu, běžný šum či falešné vítání), který se odešle na lampárnu.
Do kádrování 2 objektů mohu maximálně investovat užitečně 2 bity (haha 1 sg), které se vrátí s ulovenou rychlejší částicí.
Co vyplýtvám navíc je ztráta snižující účinnost démona jako tepelný stroj.
Bilance 2 částic:
Má dáti: 2 start stopek, 2 bit stopek, 1 rychlý stop, 1 brána otevřít, 1 zavřít.
Dal: 2 bity ze zaparkování
Účinnost:2/7*5sigma! = max. 6%
Oko prý reaguje i na jednotlivé fotony řekněme 2 e.V; to je však cca 6000K/300K=20sigma samotný spouštěč a netuším jak velkou lavinu to pošle do nervu, aby dorazila rozpoznána.
5 sg je asi nepoužitelně málo i pro elektroniku, jinak by nás evoluce vybavila infrahledy.

Odpovědět


Re: Co není ve smyslech a nemůže být nezávisle ověřeno je nesmysl, deja vu a propaganda z tanku

Josef Hrncirik,2017-07-31 12:45:56

Impulz z rychlého příletu by vlastně mohl přímo otvírat tepelně chaotickou pekelnou semimikrobránu a jeden bit tím ušetřit.
Je tu ale otázka, zda na přesné otevření semimikrobrány stačí pouhých 5 sg. Energie z pohybu brány beznadějně zmizí v chaosu okolí a zavření brány vyžaduje nutně další energii, eventuálně zabránění otevření odrazem či tepelně asi vyžaduje energii též.
Účinnost 6% pochopitelně vlastně není účinnost v pravém slova smyslu, je to jen kolik % ušlechtilé energie se podaří vyrvat ze spárů pekla při hrátkách s démonem v 1 kole.
Pochopitelně jde o ryze ztrátový podnik, kde v každém kole bank bere nejspíše více než 94% sázky.

Odpovědět

Daemon nikdy nespí a potom mrhá bity v registru hodinek, či budíčku ale stejně se nevyhne šumu z digitalizace spojitého signálu.

Josef Hrncirik,2017-07-29 20:54:50

Nebo je buzen pronikajícím vetřelcem zdánlivě jako polibkem zdarma, ale pak musí reprodukovatelně nastartovat své stopky.
Vetřelec se ochladí či ohřeje nedefinovatelně ještě jednou interakcí s cílovou páskou.
Nehledě na princip neurčitosti a konečné vlnové délky, jakož i vášnivé chaotické vibrace vysílačů i přijímače, úderem prvního cyklu (při kuropění) musí mít jasno, zda vetřelec je přesně za hranou kyki ryku; jinak se mu do pekla courá chlad.

Odpovědět

Z roští na nás neustále vystrkují termodynamičtí démoni své detaily

Josef Hrncirik,2017-07-29 18:06:02

Démon musí u pekelné brány kádrovat náhodně přilétající entity (molekuly,atomy, fotony ...) na třídu bohatší (energeticky) než zbytek nevyvolených a vyvolené pustit rovnou do pekla a ostatní nemilosrdně vysávat na stupňujícím se mrazu.
Je však velmi nemile překvapen, že přísun relativně bohatých se mu stále zpomaluje až prakticky zamrzá.
Do pekla se pak dostávají časem i ti, kteří byli dříve zapuzeni jako dočasně nehodni a zůstává už jen zdržující masa, kterou se nevyplatí ždímat a kterou je nutno využít alespoň jako nezbytný chladič.
Proto zákonitě nutně musí bohatí část svého bohatství rozptýlit mezi chudé, aby systém mohl věčně konat užitečnou práci (na okolí?) a proud do pekla příliš nezamrzal.
Služba peklu však vyžaduje plné nasazení, o jehož detailech démoni cudně mlčí jak zařezaní a zarytí.
Adepti se totiž cpou k pekelné bráně nevypočitatelnými směry a proto byl jejich vektor rychlosti vymezen clonou malé světelnosti.
Ta však nefungovala, protože se v ní adepti sorbovali, sráželi a konec konců rozptylovali a za ní se nepříjemně relativně hromadili.
V nejlepším případě adepti měli jen 3 stupně volnosti a proto musela být změřena rychlost ve všech 3 směrech a vypočtené energie musely být sečteny a výsledek seznán těžkým.
Trochu vadil i princip neurčitosti při odhadech energie a doby příletu.
Cca v polovině příletů by byla brána otevřena, pouze však, pokud by se někdo nechtěl venku ochladit, což nutně znamenalo mít malou koncentraci zejména uvnitř.

Na základě vyhodnocení (bitů z pamětí a stavu procesu) pak signál uvolnil energetický impulz, vyrval bránu z chaosu pekelného tepelného pohybu, na nezbytnou dobu ji otevřel, zadržel a poté neprodleně zavřel (udělením opět další užitečné energie) okamžitě ztracené v přirozeném pekelném pohybu.
Na kolik to však přijde daňové poplatníky?
Je to výhodnější než FV?
Démoni tvrdí, že energetické náklady vznikají až a pouze při mazání pamětí výsledků z registrů měření rychlosti objektů, nikoliv však jen při zaměřováních, nasvícení, měření (zápisu), výpočtech, vyhodnocení,.. otvírání, zavírání brány.
Co nemusí přiznat, pekelníci zalžou, zkreslí a zamlčí.
Jakékoliv měření či operace (výpočty) však nutně musí probíhat s reálně prostorově či časově oddělenými bity.
Do této reálné mřížky (vytvářených, existujících, kontrolovaných, obnovovaných či přesouvaných "náplní" bitů musí být v kontrastu k nahodilosti tepelného chaosu i v samotných pamětích a procesorech zapsána informace, tj. do formálního "vakua vyčerpaného(vymazaného informačního plynu)" na mřížce musí být do patřičných míst vložena informace ("čistý informační plyn v tuplované sichrové dávce, získaný přinejmenším proti nákladům směšovací entropie ze směsi v okolí), prostě konzerva směšovací konfigurační Gibbsovy energie na mřížkách pamětí (ev. i okolí).
Slovo vždy musí mít abecedu, musí být podloženo měřením (pojmy), fyzicky zapsáno v prostoru a energii, šířeno, opravováno a evolučně vylepšováno a správně interpretováno.
Bez úspěšné opakované interpretace se rozplyne v tepelné smrti.
Dva pokusy o měření (1 bitovou kategorizaci) rychlosti 2 částic spotřebují nejméně 2 bity informace, tj. odvedení entropie do okolí nejméně 2*k*ln2, tj. minimálně ztrátu užitečné práce kT*ln4, kterou by navíc musela přinést rychlejší částice, tj. mít energii min. kT*(1/2+ln2), tj. vyskytující se podle Boltzmannova rozdělení s poloviční pravděpodobností oproti částicím průměrné energie, tj. dokonalé třídění by pouze nanejvýše hradilo minimální nutnou práci pro minimalistické plnění paměti kádrování. rychlostí

Odpovědět

Nepodařilo se mi v mysli démona s vynaložením max. Max. energie ani najít odkaz na článek

Josef Hrncirik,2017-07-13 09:59:44

Odpovědět


Re: Nepodařilo se mi v mysli démona s vynaložením max. Max. energie ani najít odkaz na článek

Ludvík Urban,2017-07-13 10:12:03

Na dva kliky, prosim: http://www.pnas.org/content/early/2017/06/30/1704827114.abstract

Odpovědět


Na Božském webu Scihub Božského Vladimíra to jde i bez purchace přes : 10.1073/pnas.1704827114

Josef Hrncirik,2017-07-13 10:32:19

Konečně se dozvím, proč je nutné vymazávat Paměť, i když to vede k nevyhnutelným energetickým ztrátám.

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