השד של מקסוול במשטר זינו הקוונטי

Anonim

בשד המקורי של מקסוול חשב הניסוי, שד עושה מדידות רציפה על מערכת של מאגרים חמים וקרים, בניית שיפוע תרמי, כי מאוחר יותר ניתן להשתמש בהם כדי לבצע עבודה. מאחר שמדידות השד אינן צורכות אנרגיה, נראה כי השד מפר את החוק השני של התרמודינמיקה, אם כי ניתן לפתור את הפרדוקס הזה על-ידי התחשבות בכך שהשד משתמש במידע כדי לבצע את משימות המיון שלו.

זה ידוע כי כאשר מערכת קוונטית נמדדת ברציפות, זה קופא, כלומר, זה מפסיק לשנות, אשר נובעת תופעה הנקראת אפקט זום הקוונטי. זה מוביל לשאלה: מה עלול לקרות כאשר השד של מקסוול נכנס למשטר זינו הקוונטי? האם המדידות המתמשכות של השד גורמות למערכת הקוונטית להקפיא ולמנוע הפקת עבודה, או שמא השד עדיין יוכל להשפיע על הדינמיקה של המערכת?

במאמר שפורסם בכתב העת New Journal of Physics, הפיזיקאים גיאורג אנגלהרדט ו גרנוט Schaller של האוניברסיטה הטכנית של ברלין יישמו תיאורטית השד של מקסוול בטרנזיסטור יחיד אלקטרון על מנת לחקור את פעולות השד במשטר זינו הקוונטי.

במודל שלהם, טרנזיסטור האלקטרון יחיד מורכב משני מאגרים אלקטרונים יחד עם נקודה קוונטית, עם שד ביצוע מדידות רציפה על המערכת. החוקרים הוכיחו כי, כפי שחזה אפקט זנו הקוונטי, המדידות המתמשכות של השד חוסמות את זרם הזרם בין שני המאגרים. כתוצאה מכך, השד לא יכול לחלץ עבודה.

עם זאת, החוקרים גם חקרו מה קורה כאשר המדידות של השד הם לא רציף למדי. הם מצאו כי קיים מדד מדידה אופטימלי שבו המדידות אינן גורמות למערכת להקפיא, אבל במקום שבו ניתן להרכיב מעבר כימי בין שני המאגרים והעבודה.

"המשמעות המרכזית של הממצאים שלנו היא כי יש צורך לחקור את הדינמיקה של זמן קצר של מכשירים Thermoelectric, על מנת למצוא את הביצועים אופטימלי, " אמר אנגלהרדט Phys.org. "זה יכול להיות חשוב לשיפור מכשירים טכנולוגיים ננומטריים."

הפיזיקאים מסבירים שמשטר ביניים זה טמון בין המשטר הקוונטי שבו מתרחשות השפעות קוונטיות אמיתיות לבין המשטר הקלאסי. מה שמושך במיוחד במשטר זה הוא שבשל מדידות השד, האנרגיה הכוללת של המערכת פוחתת כך שאין צורך להשקיע באנרגיה חיצונית כדי להפוך את עבודת השד.

"בשל השיטה הלא מארקובית המיושמת, הצלחנו למצוא מצב עבודה של השד, שבו - מלבד הצטברות השיפוע הכימי - הוא גם מקבל עבודה בשל המדידה", הסביר אנגלהרדט.

במבט קדימה, ייתכן שניתן לחלץ עבודה מהשיפוע הכימי ולהשתמש בו, לדוגמה, כדי לטעון סוללה. החוקרים מתכוונים להתמודד עם אפשרות זו ואחרים בעתיד.

"במחקר הנוכחי שלנו, אנו שואפים לחקור יישומים פוטנציאליים, " אמר אנגלהרדט. "תהליכי משוב חשובים, למשל, בתהליכים ביולוגיים רבים, ואנו מקווים לזהות ולנתח תהליכי תחבורה קוונטית מנקודת מבט של משוב.

"כמו כן, אנו מעוניינים בבקרת משוב על מבני הלהקה הטופולוגית, שכן ההשפעות הטופולוגיות מסתמכות במידה רבה על דינאמיקה קוהרנטית, מדידות נראה כמכשול לבקרת משוב, אולם, עבור מדידה חלשה מתאימה, אשר רק חלקית הורסת את המצב הקוונטי הקוהרנטי, מניפולציה של משוב עשויה להיות סבירה ".

menu
menu