طبق قوانین ترمودینامیک برای رسیدن به صفر صفر به زمان یا انرژی بی نهایت نیاز است، اما یک مطالعه جدید می‌گوید راه دیگری وجود دارد.
به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، نور، صدا و گرما همگی از انواع انرژی در اطراف ما هستند. ترمودینامیک شاخه‌های از علم است که به ما کمک می‌کند بفهمیم انرژی چگونه بین اجسام حرکت می‌کند و طبق قانون سوم ترمودینامیک، سرد هر جسمی تا حدود ۲۷۳.۱۵ درجه سانتی‌گراد یا «صفر مطلق» است که کمترین ممکن است، غیرممکن است.
اکنون یک گروه پژوهشی از دانشگاه وین در اتریش راهی برای سرد کردن یک جسم صنعتی تا صفر مطلق پیدا کرده است.
مطالعه منتشر شده در مجله PRX Quantum این مسیر را با استفاده از محاسبات کوانتومی تشریح می‌کند.
گران‌ها می‌گویند این یافته‌ها می‌توانند به ما در درک بهتر عملکرد ترمودینامیک بپردازند.
نظریه اطلاعات و اصل لنداوه
قانون سوم ترمودینامیک برای سیستم‌ها و اجسام کلاسیک فرموله شده است، به این معنی که سیستم‌های کوانتومی را در بر نمی‌گیرند. حتی تا به امروز، برهمکنش مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک به خوبی درک نشده است و این همان چیزی است که پژوهشگران را به سمت دریافت این یافته‌های جدید سوق داد.
طبق اصل لانداوه در نظریه اطلاعات، برای حذف یک بیت از اطلاعات به حداقل و مقدار انرژی محدودی نیاز است. از سوی دیگر، قوانین ترمودینامیک بیان می‌کند که برای سرد کردن یک سیستم یا جسم تا صفر مطلق، به انرژی بینهایت نیاز دارید. اینجاست که هر دو به یک معنا هستند.
اصل لانداوه(Landauer’s origin) یک اصل مشخص است که بیان می‌کند برای پاک کردن یک بیت از اطلاعات اندکی انرژی در محیط تلف می‌شود. هم با کمک قانون دوم ترمودینامیک و هم با کمک تحلیل‌های مایکروسکوپیک مستقل از قانون دوم ترمودینامیک می‌توانم به این اصل رسیدم.
رولف لنداوه این اصل را در سال ۱۹۶۱ میلادی مطرح کرد. استدلال او این بود که چون پاک کردن، یک تابع منطقی است که وارون آن مقدار یکتایی ندارد، بنابراین باید با نوعی بازگشت‌ناپذیری ترکیب همراه باشد و در نتیجه با تولید گرما همراه باشد. مطابق با بیان لانداوه، با فرض اینکه آنتروپی اطلاعات یک نوع آنتروپی فیزیکی است، از آنجایی که هر بیت پیش از پاک‌شدن می‌تواند دو حالت متفاوت داشته باشد، اما پس از پاک‌شدن تنها یک حالت برای آن متصور است، بنابراین آنتروپی اطلاعات آن را باید تغییر دهد. از آنجایی که آنتروپی هرگز نمی‌تواند کاهش یابد، باید به گرما خود را نشان دهد.
پژوهشگران این مطالعه جدید می‌گویند برای رسیدن به صفر مطلق الزاماً به انرژی بینهایت نیاز نیست، همچنین می‌توان بی‌نهایتی را با زمان محدود برای رسیدن به صفر مطلق صرف کرد. اینجاست که این گروه پژوهشی یک مشخص پنهان، یعنی هم‌تافتی یا پیچیدگی(پیچیدگی) را پیدا می‌کند.
آنها دریافت می‌کنند که اگر بینهایت کاملی بر روی یک سیستم بینهایت پیچیده مانند سیستم‌های کوانتومی داشته باشند، آنگاه می‌توان یک جسم را با انرژی خاص و محدود در زمان مشخص و محدود تا صفر مطلق سرد کرد. در حقیقت این امکان پذیر نیست، زیرا ما با بی نهایت سر و کار داریم.
رایانه های کوانتومی و اطلاعات
یافته‌های این مطالعه یک مشکل اساسی در رایانه‌های کوانتومی را برجسته می‌کند. از نظر نظری، اگر ما یک رایانه کوانتومی بینهایت هم‌تافت و پیچیده داشته باشیم، می‌توانیم در کیوبیت‌ها ذخیره کنیم.
در واقع، این امکان پذیر نیست. هیچ ماشینی کامل نیست. در حالی که می‌توان‌های کوانتومی ساخت که به خوبی کار می‌کنند، اما آنها نمی‌توانند بینهایت هم‌تافت و پیچیده باشند. این ما را به مشکل دیگری در رایانه های کوانتومی سوق می دهد که هامن ناپایداری در دماهای بالاتر است.
رایانه‌های کوانتومی معمولاً در دماهای بالاتر به دلیل نویز(اختلال) و شکستن حالت‌های کوانتومی مختل می‌شوند و برای استفاده، ناپایدار می‌شوند. هر دوی این مشکلات برای نیاز به تحقیقات بیشتر در زمینه ترمودینامیک کوانتومی تاکید دارند.
پژوهشگران می‌گویند، اصول اساسی برای درک و پیاده‌سازی فناوری‌های کوانتومی بهتر در آینده است.
در چکیده این پژوهش آمده است:
ترمودینامیک دانش ما از جهان را با دستکاری و در نتیجه کنترل آن ارتباط می‌کند. این نقش حیاتی را قانون سوم ترمودینامیک، اصل دست نیافتنی نرنست (نرنست) نشان می دهد که بیان می کند برای خنک کردن یک سیستم تا دمای صفر به منابع بینهایت نیاز دارد. اما این منابع چیست و چگونه باید از آنها استفاده کرد و این چه ارتباطی با اصل لنداوه است که اطلاعات و ترمودینامیک را به هم مرتبط می‌کند؟
ما با ارائه پیشنهادی برای شناسایی منابعی که امکان ایجاد حالت‌های کوانتومی خالص را فراهم می‌کنند به این سؤالات پاسخ می‌دهند. ما نشان می‌دهیم که خنک‌سازی کامل با انرژی انرژی لانداوه با توجه به زمان بین‌نهایت یا پیچیدگی کنترل، امکان پذیر است.
کار ما لانداوه را به یک محیط کاملاً ترمودینامیکی تعمیم می‌دهد که به اتحاد با قانون سوم ترمودینامیک می‌شود و بر کنترل در ترمودینامیک کوانتومی اصلی می‌کند.
انتهای پیام