Według artykułu opublikowanego w czasopiśmie Physics Review A. rosyjscy naukowcy znaleźli sposób na stworzenie urządzenia kwantowego, które narusza drugą zasadę termodynamiki i ma sprawność praktycznie 100%.
„Każdy silnik cieplny składa się z grzałki, która jest w istocie źródłem energii, oraz z lodówki, której zadaniem jest chłodzenie płynu roboczego silnika. Lodówka obniża entropię silnika i nieuchronnie marnuje część energii cieplnej z grzejnika. Dlatego sprawność silnika cieplnego nigdy nie osiąga 100%”, wyjaśnia Andrey Lebedev, pracownik Politechniki w Zurychu i MIPT w Dolgoprudnym.
Jednym z fundamentów współczesnej fizyki i kosmologii jest koncepcja tzw. Strzałki czasu - postulatu, że czas w naszym Wszechświecie przemieszcza się wyłącznie w jednym kierunku, od przeszłości do przyszłości. Innymi słowy, poruszamy się w czterowymiarowej przestrzeni tylko w jednym kierunku wzdłuż osi czasu i nie jest możliwe „cofnięcie” czasu do tyłu.
Z punktu widzenia fizyki przejawia się to w tym, że z biegiem czasu zaburzenie, chaos we Wszechświecie, stan, który naukowcy nazywają entropią, stale rośnie. Na przykład proces ten przejawia się w tym, jak zmienia się stan energii Wszechświata. Zasada, którą naukowcy często nazywają „drugą zasadą termodynamiki”, jest uważana za niezłomną regułę rządzącą życiem całego wszechświata na wszystkich poziomach.
Gordey Lesovik i Andrey Lebedev. Zdjęcie: MIPT
Rok temu naukowcy z Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii pod kierownictwem Gordeya Lesovika z Instytutu Fizyki Teoretycznej Rosyjskiej Akademii Nauk odkryli, że drugą zasadę termodynamiki można złamać na poziomie kwantowym. Otworzyło to drogę do stworzenia kwantowego analogu słynnego demona Maxwella - hipotetycznego stworzenia, które oddziela szybkie i wolne cząsteczki.
Pomysł ten skłonił naukowców do przypuszczenia, że takie kwantowe „demony” można wykorzystać do stworzenia maszyny, której wydajność będzie wynosić 100%. Do jego rozwoju naukowcy proponują wykorzystanie dwóch par kubitów - elementarnych modułów obliczeniowych i komórek pamięci komputerów kwantowych, połączonych ze sobą na poziomie kwantowym.
Kubity w silniku Lesovika i jego współpracowników pełnią dwie funkcje - pochłaniają ciepło i pozwalają „teleportować” nadmiar entropii poza układ, pełniąc rolę demona Maxwella. Pozwala to urządzeniu faktycznie osiągnąć stan równoważny perpetuum mobile drugiego rodzaju.
Film promocyjny:
Tak naprawdę to urządzenie nie jest perpetuum mobile - jak wyjaśnia Lesovik, do jego działania niezbędne jest ciągłe aktualizowanie „demonicznych” kubitów, które oczyszczają układ z entropii poprzez ich specjalne chłodzenie. Z drugiej strony odbywa się to poza samym urządzeniem, co pozwala powiedzieć, że formalnie druga zasada termodynamiki jest jednak w nim naruszona.
Teraz Lesovik i jego koledzy wdrażają ten pomysł w praktyce, tworząc podobną perpetuum mobile opartą na nadprzewodzących kubitach - transmonach.