Новаторское исследование предлагает захватывающий взгляд на внутреннюю работу разума «Демона Максвелла», известного мысленного эксперимента в физике.
Международная исследовательская группа, в которую входила доктор Джанет Андерс из Университета Эксетера, использовала сверхпроводящие схемы, чтобы оживить «демона».
Демон, впервые предложенный Джеймсом Клерком Максвеллом в 1867 году, является гипотетическим существом, которое может получать больше полезной энергии от термодинамической системы, чем должен позволять один из самых фундаментальных законов физики - второй закон термодинамики.
Важно отметить, что команда впервые не только напрямую наблюдала полученную энергию, но и отслеживала, как информация сохраняется в памяти демона.
Исследование опубликовано в ведущем научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Первоначальный мысленный эксперимент был впервые предложен физиком-математиком Джеймсом Клерком Максвеллом - одним из самых влиятельных ученых в истории - 150 лет назад.
Он предположил, что частицы газа в двух соседних коробках могут быть отфильтрованы «демоном», управляющим крошечной дверью, которая пропускает только частицы с высокой энергией в одном направлении, а частицы с низкой энергией - в противоположном.
В результате одна коробка получает более высокую среднюю энергию, чем другая, что создает разницу давлений. Эту неравновесную ситуацию можно использовать для получения энергии, мало чем отличающейся от энергии, получаемой при сбросе воды, хранящейся за плотиной.
Таким образом, хотя газ изначально был в равновесии, демон может создать неравновесную ситуацию и извлечь энергию в обход второго закона термодинамики.
Доктор Андерс, ведущий физик-теоретик с физического факультета Эксетерского университета, добавляет: «В 1980-х годах было обнаружено, что это не вся история. Информация о свойствах частиц остается в памяти Эта информация приводит к энергетическим затратам, которые затем уменьшают прирост энергии демона до нуля, разрешая парадокс."
В этом исследовании команда создала квантового демона Максвелла, представленного в виде микроволнового резонатора, который черпает энергию из сверхпроводящего кубита. Команда смогла полностью составить карту памяти демона после его вмешательства, раскрыв сохраненную информацию о состоянии кубита.
Д-р Андерс добавляет: «Тот факт, что система ведет себя квантово-механически, означает, что частица может иметь одновременно высокую и низкую энергию, а не только один из этих вариантов, как это рассматривал Максвелл».
Этот новаторский эксперимент дает захватывающий взгляд на взаимодействие между квантовой информацией и термодинамикой и является важным шагом в текущем развитии теории термодинамических процессов в наномасштабе.