Kvantový stroj. Kredit: Rosario Lo Franco.

Zákony termodynamiky říkají, že teplo samo od sebe proudí z teplejších míst do chladnějších, dokud nenastane tepelná rovnováha. Díky tomuto prostinkému principu funguje mnoho soudobých technologií, od ledniček až po elektrárny.

Nebyly by to ale kvantové systémy, které se řídí zákony kvantové mechaniky, aby do toho nevnesly nějakou podivnost. Právě neobvyklé kvantové jevy je přitom možné využít při vývoji nových tepelných zařízení.

Giulio Chiribella. Kredit: University of Hong Kong.

Giulio Chiribella z University of Hong Kong a jeho spolupracovníci pozorovali anomální tepelný jev, při němž kvantový systém pohlcuje teplo z chladnějších tepelných rezervoárů, a pak ho využili ke konstrukci nového kvantového tepelného stroje, který současně vykonává práci (tedy přeměňuje teplo na využitelnou energii) a zároveň chladí.

Badatelé prozkoumali, co se děje s teplem při interakci kvantového systému se dvěma tepelnými rezervoáry o různé teplotě. Teoreticky předpověděli a následně i experimentálně prokázali anomální obrácený tok tepla, při němž kvantový systém absorbuje teplo z chladnějších tepelných rezervoárů. Poté navrhli nový kvantový Ottův motor, zařízení převádějící teplo na užitečnou práci. Na rozdíl od klasických Ottových motorů ale jejich kvantový stroj současně dělá práci a zároveň ochlazuje jiný systém.

Logo. Kredit: University of Hong Kong.

Chiribella a spol. experimentálně realizovali anomální tok tepla i samotný kvantový tepelný stroj na fotonické platformě. Potvrdili, že v kvantovém světě mohou dva tepelné procesy probíhat v superpozici různých řádů (superposition of different orders). Vzniká tak neobvyklý tok tepla, který umožňuje kvantovému tepelnému stroji čerpat energii z chladnějšího prostředí způsobem, který je pro klasickou fyziku nemožný.

Prozatím je to jenom taková kvantová hračka. V budoucnu by z toho mohla být nová technologie pro chlazení kvantových procesorů nebo management tepla v kvantových senzorech, zobrazovacích technologiích či nanotechnologických zařízeních.

Video: QIQT23 | Prof. Giulio Chiribella - A thermodynamic limit to the accuracy of quantum processors

Literatura

Phys.org 26. 7. 2026.

Physical Review Letters 137: 030404.