Unikalus atrastos informacijos pašalinimo kvantinis efektas.

Dalelių padėtyje gali būti užkoduota nedaug informacijos. (Kairė arba Dešinė) Velnias gali pašalinti klasikinį (mėlyną) antgalį, pakeldamas vieną pusę, kol dalelės atsidurs dešinėje. Kvantinės dalelės (raudonos) taip pat gali kasti tunelius po kliūtimis, generuodamos daugiau šilumos. Kreditas: profesorius Gooldas, Dublino Trejybės koledžas.

Trejybės tyrinėtojai atrado unikalų kvantinį efektą pašalindami duomenis, kurie galėtų turėti reikšmės dizainui. Kvantinis kompiuteris Chipas stebina jų atradimą. Maksvelo „demonai“ vėl atgyja ir daugiau nei 150 metų kankina fizikus.

Kompiuterinė termodinamika pirmą kartą buvo įvesta 1961 m., Kai tuometinis IBM Rolfas Landaueris atrado ryšį tarp šilumos išsklaidymo ir logiškai negrįžtamų operacijų. „Landauer“ geriausiai žinomas dėl Mantra „Informacija yra fizinė“ mums primena, kad informacija nėra abstrakti ir užkoduota fizinėje aparatinėje įrangoje.

„Bit“ yra duomenų valiuta (ji gali būti 0 arba 1), o Landaueris atrado, kad atėmus bitus mažiausias išleidžiamos šilumos kiekis. Tai vadinama Landauerio riba ir tai yra aiškus duomenų teorijos ir termodinamikos ryšys.

Trejybės profesoriaus Johno Gooldo „QuSys“ grupė analizuoja šią temą atsižvelgdama į kvantinį skaičiavimą, iš kurio pašalinami kvantiniai bitai (kubitas, kuris vienu metu gali būti 0 ir 1).

Žurnalų leidiniuose Fizinio apžvalgos laiškasGrupė atrado, kad ištrintinų duomenų kvantinis pobūdis gali sukelti didelius šilumos išsklaidymo nuokrypius, kurie nėra bendro bitų ištrynimo atveju.

Maksvelo termodinamika ir demonai

Šimtą metų prieš Landauerio atradimai, tokie kaip Vienos mokslininkas Ludwigas Boltsmannas ir Škotijos fizikas Jamesas Maxwellas, formavo regeneracinių dujų kinetinę teoriją. Sena senovės graikų idėja apie medžiagą, pagamintą iš atomų. Mikroskopinės dinamikos termodinamika

Profesorius Gooldas sako:

„Statistinė mechanika mums sako, kad tokius dalykus, kaip slėgis ir temperatūra, ir net termodinamikos dėsnius, galima suprasti iš vidutinės medžiagos atominės sudėties elgesio. Antrasis termodinamikos dėsnis susijęs su tuo, kas vadinama entropija, kuri apskritai yra proceso anomalijų matas. Antrasis dėsnis mums sako, kad nesant išorinės intervencijos, visi visatos procesai turi vidutinį polinkį didinti jo entropiją ir pasiekti būseną, vadinamą šilumine pusiausvyra.

„Tai mums sako, kad jiems maišantis dvi skirtingos temperatūros dujos patenka į naują pusiausvyrą esant jų vidutinei temperatūrai. Tai yra pagrindinė taisyklė ta prasme, kad jai taikoma kiekviena dinamiška sistema. Nėra galimybės išgyventi, viskas pasieks pusiausvyrą, net jūs!

Tačiau statistinės mechanikos tėvai įkūrėjai antrojo dėsnio runas bandė pasirinkti nuo kinetinės teorijos pradžios. Apsvarstykite pusiausvyros dujų pavyzdį: Maxwellas įsivaizdavo „ranka parengtą“ hipotezę, galinčią sekti ir rūšiuoti dujų daleles pagal greitį.

Maksvelo demonai, kaip jie yra žinomi, sugeba greitai atidaryti ir uždaryti gaudyklės dureles dujų pripildytoje dėžėje ir leisti karštoms dalelėms pereiti į vieną dėžutės pusę, tačiau šaltus daiktus apriboti kitoje pusėje. vienas Panašu, kad ši situacija prieštarauja antrajam termodinamikos dėsniui, nes panašu, kad bendra entropija yra sumažėjusi ir galbūt labiausiai žinomas fizikos konfliktas.

Bet ką daryti su Landauerio išvadomis apie šilumos nutekėjimo sklaidos kainą? Prireikė dar 20 metų, kol buvome visiškai įvertinti, konfliktas įsiplieskė, o Maksvelo demonai galiausiai buvo išvaryti.

Landauerio darbas įkvėpė Charlie Bennett ir IBM išnagrinėti grįžtamojo skaičiavimo koncepciją 1982 m. Bennettas teigė, kad velnias turi turėti prisiminimus, o ne matą. Greičiau ištrinkite velnio atmintyje esančią informaciją – Antrojo įstatymo atkūrimo veiksmą konflikte. Ir dėl skaičiavimo termodinamikos

Naujas atradimas

Jau praėjo 40 metų, kai iškyla naujas darbas, vadovaujamas profesoriaus Gooldo grupės, apimantis termodinamiką, kvantinį skaičiavimą.

Neseniai paskelbtame straipsnyje, paskelbtame su bendradarbiu Harry Milleriu iš Mančesterio universiteto ir dviem kolegomis doktorantais iš „QuSys“ grupės „Trinity“ Marku Mitchisonu ir Giacomo Guarnieri, komanda ištyrė tikroviškus ištrynimo procesus: Išsamus eksperimentas, leidžiantis kvantiškai sukrauti (kubitas vienu metu gali būti 0 ir 1 būsenose).

Profesorius Gooldas paaiškina:

„Tiesą sakant, kompiuteris veikia gerai, netoliese„ Landauer “, kad išsklaidytų šilumą, nes tai nėra tobula sistema. Tačiau vis tiek svarbu atsižvelgti į įrišimą, nes, nesumažinus kompiuterio komponentus, tas ryšys taps vis artimesnis ir taps aktualesnis kvantiniams kompiuteriams. Nuostabus dalykas yra tai, kad naudodamiesi šiuolaikinėmis technologijomis, jūs tikrai galite ištirti atimtis, kuri yra arti tos ribos.

„Mes paklausėme:„ Kuo skiriasi šis ryškus kvantinis bruožas ištrynimo protokole? “Ir atsakymo mes nesitikėjome. Mes nustatėme, kad net ir esant idealiam atimties protokolui – dėl kvantinės padėties jūs gaunate labai retus įvykius, kurie išsklaido šilumą toli už Landauerio ribų.

„Šiame darbe matematiškai įrodome, kad šie įvykiai egzistuoja ir būdingi kvantui. Tai labai neįprastas atradimas, kuris gali būti labai svarbus būsimam kvantinės mikroschemos šilumos valdymui, nors reikia daug nuveikti, ypač greitesnės analizės metu. Ir kitų vartų taikymo termodinamika.

– Net ir 2020 m. Maxwello demonai ir toliau kelia esminius klausimus apie gamtos dėsnius.

Nuoroda: „Kvantinių svyravimų naikintuvo laiko ribų panaikinimas netoli Landauerio ribos“, Harry JD Millerio, Giacomo Guarnieri, Marko T.Mitchisono ir Johno Gooldo, 2020 m. Spalio 15 d., Fizinio apžvalgos laiškas.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.160602

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Eksperimentas atskleidžia naujas sinchroninių šviesos šaltinių galimybes.

Iliustracija, rodanti, kaip elektronų moduliacija lazeriu buvo panaudota kuriant lazerio šviesą skleidžiančias mikrobangas. Kreditas: Tsinghua universitetas. Tarptautinė komanda, atlikdama jaudinančius eksperimentus, parodė, kaip įvairios yra...

Kaip sumažinti kūno temperatūrą, gali padėti 10% pacientų, kuriems skiriamas didelis dėmesys

Šiame brėžinyje aprašytas tepalas (oranžinis ir geltonas), kuris yra molekulinis sluoksnis oro sąsajoje ir kvėpavimui reikalingas skystis plaučiuose. Naujausi tyrimai parodė, kad terminio...

Apšviesti saulės banguoti langai gamina energiją iš vidaus

Ryžių universiteto inžinieriai sukūrė ir pastatė langus, kurie saulės šviesą ar apšvietimą iš vidaus paverčia periferinėmis kraujo ląstelėmis. Centrinis sluoksnis yra kompozicinis polimeras,...

Gyvenimo ant koralų rifų gausa buvo nuostabi nuo Charleso Darwino laikų – nauji tyrimai pateikia atsakymus

Planktonu maitinančios žuvys dažnai dominuoja vandenynų koralinių rifų žuvų kolekcijoje. Kreditas: Dr. Christina Skinner Tyrimas parodė, kad atviruose vandenynų vandenyse, kurie kažkada buvo...

Egipto mumijos mumijos „Purvo karapasas“ neregėtas gydymas – neteisingo pateikimo atvejis

Kiekvienas mumifikuotas ir uždarytas Sidnėjaus universiteto Chau Chak Wing muziejaus Nicholson kolekcijoje. A. Mumifikuotas asmuo, dabar saugojimui dėvintis rankas, BMR. 27.3. B....

Newsletter

Subscribe to stay updated.