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:




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