(Phys.org)—I fisici hanno proposto un nuovo tipo di demone di Maxwell, l'ipotetico agente che estrae lavoro da un sistema diminuendo l'entropia del sistema, in cui il demone può estrarre lavoro semplicemente effettuando una misurazione, sfruttando le fluttuazioni quantistiche e la sovrapposizione quantistica.

Il team di Alexia Auffèves del CNRS e dell'Université Grenoble Alpes ha pubblicato un articolo sul nuovo demone di Maxwell in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"Nel mondo classico, la termodinamica ci insegna come estrarre energia dalle fluttuazioni termiche indotte su un grande sistema (come un gas o un'acqua) accoppiandola ad una fonte calda, " Auffèves ha detto a Phys.org. "Nel mondo quantistico, i sistemi sono piccoli, e possono fluttuare, anche se non sono caldi, ma semplicemente perché sono misurati. Nel nostro giornale, mostriamo che è possibile estrarre energia da queste fluttuazioni genuinamente quantistiche, indotto dalla misurazione quantistica."

Negli anni da quando James Clerk Maxwell propose il primo demone intorno al 1870, molte altre versioni sono state studiate teoricamente e sperimentalmente. Più recentemente, i fisici hanno iniziato a indagare sui demoni di Maxwell che operano nel regime quantistico, che un giorno potrebbe avere implicazioni per le tecnologie dell'informazione quantistica.

La maggior parte delle versioni quantistiche del demone hanno un paio di cose in comune:sono guidate termicamente da un bagno di calore, e il demone effettua misurazioni solo per estrarre informazioni. Le misurazioni in realtà non estraggono alcun lavoro, ma piuttosto l'informazione ricavata dalle misurazioni permette al demone di agire sul sistema in modo che l'energia venga sempre estratta dal ciclo.

Il nuovo demone di Maxwell differisce dalle versioni precedenti in quanto non c'è bagno di calore:il demone non è guidato termicamente, ma guidato dalla misurazione. Anche, le misurazioni hanno molteplici scopi:non solo estraggono informazioni sullo stato del sistema, ma sono anche il "carburante" per estrarre lavoro dal sistema. Questo è perché, quando il demone esegue una misurazione su un qubit nel sistema proposto, la misura proietta il qubit da uno stato in una sovrapposizione di stati, che fornisce energia al qubit semplicemente a causa del processo di misurazione. Nella loro carta, i fisici hanno proposto un esperimento in cui le misurazioni proiettive quantistiche di non demolizione possono essere eseguite con impulsi di luce ripetuti ogni 70 nanosecondi circa.

Poiché recenti esperimenti hanno già dimostrato la possibilità di effettuare misurazioni a frequenze così elevate, i fisici si aspettano che il nuovo demone di Maxwell possa essere prontamente implementato utilizzando la tecnologia esistente. Nel futuro, hanno anche in programma di studiare potenziali applicazioni per l'informatica quantistica.

"Questo motore è una perfetta dimostrazione del concetto che dimostra che la misurazione quantistica ha una certa impronta energetica, " ha detto Auffèves. "Ora vorrei invertire il gioco e utilizzare questo effetto per stimare il costo energetico dei compiti quantistici, se sono eseguiti in presenza di qualche entità di misura. Questo è il caso di un computer quantistico, che viene continuamente "misurato" dall'ambiente circostante. Questo effetto è chiamato decoerenza ed è il più grande nemico del calcolo quantistico. Il nostro lavoro fornisce strumenti per stimare l'energia necessaria per contrastarlo".

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