La ricerca pionieristica offre una visione affascinante del funzionamento interno della mente di "Maxwell's Demon", un famoso esperimento mentale in fisica.

Un gruppo di ricerca internazionale, tra cui la dottoressa Janet Anders dell'Università di Exeter, hanno usato circuiti superconduttori per dare vita al "demone".

Il demonio, proposta per la prima volta da James Clerk Maxwell nel 1867, è un ipotetico essere che può ottenere più energia utile da un sistema termodinamico di quanto dovrebbe consentire una delle leggi più fondamentali della fisica, la seconda legge della termodinamica.

In modo cruciale, il team non solo ha osservato direttamente l'energia acquisita per la prima volta, hanno anche tracciato come le informazioni vengono archiviate nella memoria del demone.

La ricerca è pubblicata sulla principale rivista scientifica Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ).

L'esperimento mentale originale è stato proposto per la prima volta dal fisico matematico James Clerk Maxwell, uno degli scienziati più influenti della storia, 150 anni fa.

Ipotizzava che le particelle di gas in due scatole adiacenti potessero essere filtrate da un "demone" che azionava una minuscola porta, che consentiva solo alle particelle a energia veloce di passare in una direzione e alle particelle a bassa energia nella direzione opposta.

Di conseguenza, una scatola guadagna un'energia media più alta dell'altra, che crea una differenza di pressione. Questa situazione di non equilibrio può essere utilizzata per guadagnare energia, non diversamente dall'energia ottenuta quando viene rilasciata l'acqua immagazzinata dietro una diga.

Quindi, sebbene il gas fosse inizialmente in equilibrio, il demone può creare una situazione di non equilibrio ed estrarre energia, aggirando il secondo principio della termodinamica.

Dottor Anders, un importante fisico teorico del dipartimento di fisica dell'Università di Exeter aggiunge:"Negli anni '80 si scoprì che questa non è la storia completa. Le informazioni sulle proprietà delle particelle rimangono memorizzate nella memoria del demone. Queste informazioni portano a un'energia costo che poi riduce il guadagno di energia del demone a zero, risolvere il paradosso».

In questa ricerca, il team ha creato un demone Maxwell quantistico, manifestato come una cavità a microonde, che trae energia da un qubit superconduttore. Il team è stato in grado di mappare completamente la memoria del demone dopo il suo intervento, svelando le informazioni memorizzate sullo stato del qubit.

Il dottor Anders aggiunge:"Il fatto che il sistema si comporti in modo quantistico significa che la particella può avere un'energia alta e bassa allo stesso tempo, non solo nessuna di queste scelte come considerato da Maxwell."

Questo esperimento innovativo offre uno sguardo affascinante sull'interazione tra informazione quantistica e termodinamica, ed è un passo importante nell'attuale sviluppo di una teoria per i processi termodinamici su scala nanometrica.

"Osservare un demone Quantum Maxwell at Work" è pubblicato su PNAS .