Fizycy odkryli sztuczkę kwantową pozwalającą osiągnąć zero absolutne: ScienceAlert

znany jako stan pełnego odpoczynku zero absolutne To jeden z niemożliwych wyczynów wszechświata. Tak blisko, jak to możliwe, prawa fizyki zawsze powstrzymają nas przed uderzeniem w dno termokliny.

Międzynarodowy zespół naukowców zidentyfikował teraz nową teoretyczną ścieżkę do osiągnięcia legendarnego poziomu zero kelwinów, czyli -273,15 stopni Celsjusza (-459,67 stopni Fahrenheita). Nie, prawdopodobnie nie złamie żadnych praw i nie wyeliminuje każdego przebłysku ciepła, ale ramy mogą zainspirować nowe sposoby badania materii w niższych temperaturach.

w wyniku Trzecia zasada termodynamiki, usuwanie przyrostów energii cieplnej z grupy cząstek w celu schłodzenia ich do zera bezwzględnego zawsze wymaga nieskończonej liczby kroków. W związku z tym osiągnięcie tego wymagało nieskończonej ilości energii. nie lada wyzwanie.

Fizyka klasyczna czyni to stosunkowo prostym. Jednak w kontekście fizyki kwantowej problem zaczyna wyglądać nieco inaczej.

Fizyka kwantowa opisuje cząstki według ich rozkładu prawdopodobieństwa. Po zmierzeniu cechy ma ona konkretny stan, a nawet wtedy inne cechy cząstki stają się mniej pewne. Cząstka w teoretycznym punkcie zera absolutnego nie będzie się poruszać, co oznacza, że ​​jej położenie będzie pewne. Dane ilościowe dotyczące ich poprzedniej lokalizacji zostaną skutecznie usunięte, a informacje usunięte.

wchodzi Zasada Landaueraktóry stwierdza, że ​​usunięcie informacji wymaga minimalnej i ograniczonej ilości energii.

Czy to oznacza, że ​​mimo wszystko istnieje sztuczka ilościowa, aby powrócić do zera?

Istnieją dwa rozwiązania paradoksu. Do wykonania tego skoku wciąż może być potrzebna nieograniczona ilość czasu lub energii. Lub – według nowych badań – wymagałoby to wyeliminowania nieskończonej ilości złożoności.

To nowe odkrycie na temat roli złożoności oferuje nowy punkt widzenia na poszukiwanie ścieżki do zera absolutnego, nawet jeśli jest to tak praktycznie niemożliwe, jak rozwiązanie, z którym naukowcy już pracowali.

„Odkryliśmy, że układy kwantowe, które umożliwiają osiągnięcie absolutnych stanów podstawowych, można zdefiniować nawet przy skończonej energii i w skończonym czasie – nikt z nas się tego nie spodziewał” On mówi Fizyk cząstek elementarnych Markus Huber z Politechniki Wiedeńskiej w Austrii.

„Ale te specjalne układy kwantowe mają jeszcze jedną ważną właściwość: są nieskończenie złożone”.

To, co mamy teraz, jest zasadniczo „kwantową wersją” trzeciej zasady termodynamiki, która wykracza poza to, czego uczy nas fizyka klasyczna: nieskończona ilość energii, czasu, lub złożoność wymagane do osiągnięcia zera absolutnego.

Obliczenia i modelowanie zespołu pokazują również, że całkowite wymazanie danych i najniższa możliwa temperatura są ze sobą ściśle powiązane i wydają się niemożliwe do osiągnięcia przez zwykłych śmiertelników.

Możliwe więc, że rosnąca złożoność systemów jest kolejnym sposobem na zbliżenie się do zera absolutnego lub przynajmniej na szybszy postęp.

„Jeśli chcesz całkowicie wymazać informacje kwantowe z komputera kwantowego, a przy okazji przenieść kubit do absolutnie czystego stanu podstawowego, teoretycznie potrzebujesz nieskończenie złożonego komputera kwantowego, który może doskonale kontrolować nieskończoną liczbę cząstek” On mówi Zbiornik.

Praktycznie rzecz biorąc, żaden system komputerowy nigdy nie jest doskonały — więc pomysł, że cząstki w komputerze kwantowym nie można całkowicie wymazać z jego danych (lub poprzednich stanów), nie powinien być przeszkodą w rozwoju tych technologii.

Mechanika kwantowa i temperatura są ze sobą ściśle powiązane — gdy zbliżamy się do zera absolutnego, zaczynają pojawiać się dziwne zjawiska kwantowe — a naukowcy twierdzą, że jest to kolejny obszar, w którym wyniki tego badania mogą być przydatne w przyszłości.

„Właśnie dlatego tak ważne jest lepsze zrozumienie związku między teorią kwantową a termodynamiką” On mówi Zbiornik. „Obecnie w tej dziedzinie jest wiele interesujących postępów. Powoli staje się możliwe zobaczenie, jak te dwie ważne części fizyki przeplatają się”.

Badania opublikowane w PRX Quantum.