Ученые из России "разрубили на части" демона Максвелла

МОСКВА, 18 дек – РИА Новости. Ученые из МФТИ выяснили, что "демона Максвелла" – устройство, локально нарушающее второй закон термодинамики – можно разделить на несколько частей. Это позволяет создать идеальную систему охлаждения для квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.

«

"Обычный холодильник воздействует на весь свой объём, а такой кубитный нанохолодильник будет охлаждать конкретную точку. В ряде случаев это может быть эффективнее. Например, можно в коде основной "квантовой" программы написать подпрограмму, которая будет прицельно охлаждать самые горячие кубиты", — объясняет Гордей Лесовик из московского Физтеха.

Одна из основ современной физики и космологии — концепция так называемой "стрелы времени". Она гласит, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Иными словами, мы движемся сквозь четырехмерное пространство исключительно в одном направлении по оси времени, и "перемотать" время назад невозможно.

С точки зрения физики это проявляется в том, что со временем неупорядоченность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. В частности, данный процесс проявляется в том, как меняется состояние энергии Вселенной.

Этот принцип, который ученые часто называют "вторым законом термодинамики", считается нерушимым правилом, управляющим жизнью всей Вселенной на всех уровнях. Он же является причиной того, почему "вечный двигатель" всегда будет лишь мечтой фантастов и никогда не станет реальностью.

Два года назад Лесовик и его коллеги обнаружили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне, фактически пытаясь доказать обратное. Это открыло дорогу для создания квантового аналога знаменитого "демона Максвелла" – гипотетического существа, сортирующего быстрые и медленные молекулы.

Год назад российские физики успешно реализовали эту идею на практике. Это заставило их задуматься о том, можно ли воспользоваться удивительными свойствами квантового мира и разбить демона Максвелла на несколько частей, разнесенных на относительно большие расстояния.

Как передает пресс-служба МФТИ, новая версия этой машины представляет собой набор из сверхпроводящего кубита, элементарной ячейки квантового компьютера, и специального коаксиального кабеля, который может проводить микроволны.

Если этот кабель подключить к другому кубиту, то тогда их можно будет связать друг с другом на квантовом уровне и заставить обмениваться виртуальными частицами света. Перед этой операцией первый кубит обрабатывается таким образом, что он переходит в так называемое "чистое" квантовое состояние. Это означает, что все содержащиеся в нем значения можно описать при помощи законов квантовой механики.

Эти чистые состояния, как заявляют Лесовик и его коллеги, их демон может передавать во вторую ячейку памяти, замещая ими так называемые "грязные состояния", чье значение невозможно точно определить. Подобный прием одновременно позволяет или охладить кубит, а также отдельные атомы и молекулы, или же продлить время работы квантового компьютера, защищая его от нарастания энтропии.

В отличие от прошлых вариантов демона Максвелла, его "распределенная" версия лишена главного недостатка подобных систем – его работа не нагревает саму систему, где находится кубит, квантовый компьютер или изучаемая молекула. В ближайшее время российские ученые планируют создать первую полноценную физическую версию этого идеального холодильника.

По текущим расчетам ученых, расстояние между "руками" и остальной частью их демона Максвелла будет достигать от одного до пяти метров. Эту дистанцию можно будет увеличить, если создать более стабильные версии кубитов или изменить принципы передачи виртуальных фотонов по кабелю.