(Phys.org) - Natuurkundigen hebben een nieuw type Maxwell's demon voorgesteld - het hypothetische middel dat werk uit een systeem haalt door de entropie van het systeem te verminderen - waarin de demon werk kan extraheren door gewoon een meting uit te voeren, door gebruik te maken van kwantumfluctuaties en kwantumsuperpositie.

Het team van Alexia Auffèves van CNRS en Université Grenoble Alpes heeft een artikel gepubliceerd over de nieuwe demon van Maxwell in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"In de klassieke wereld thermodynamica leert ons hoe we energie kunnen extraheren uit thermische fluctuaties die worden veroorzaakt op een groot systeem (zoals een gas of water) door het te koppelen aan een hete bron, " vertelde Auffèves aan Phys.org. "In de kwantumwereld, de systemen zijn klein, en ze kunnen fluctueren - zelfs als ze niet heet zijn, maar gewoon omdat ze worden gemeten. In onze krant, laten we zien dat het mogelijk is om energie te halen uit deze echte kwantumfluctuaties, veroorzaakt door kwantummeting."

In de jaren sinds James Clerk Maxwell rond 1870 de eerste demon voorstelde, vele andere versies zijn theoretisch en experimenteel onderzocht. Meest recent, natuurkundigen zijn begonnen met het onderzoeken van de demonen van Maxwell die in het kwantumregime opereren, die op een dag gevolgen kunnen hebben voor kwantuminformatietechnologieën.

De meeste kwantumversies van de demon hebben een paar dingen gemeen:ze worden thermisch aangedreven door een warmtebad, en de demon maakt metingen om alleen informatie te extraheren. De metingen leveren eigenlijk geen werk op, maar de informatie die door de metingen wordt verkregen, stelt de demon in staat om op het systeem in te werken, zodat er altijd energie uit de cyclus wordt gehaald.

De demon van de nieuwe Maxwell verschilt van eerdere versies doordat er geen warmtebad is - de demon wordt niet thermisch aangedreven, maar meetgestuurd. Ook, de metingen hebben meerdere doelen:ze extraheren niet alleen informatie over de toestand van het systeem, maar ze zijn ook de "brandstof" om werk uit het systeem te halen. Dit is zo omdat, wanneer de demon een meting uitvoert op een qubit in het voorgestelde systeem, de meting projecteert de qubit van de ene toestand in een superpositie van toestanden, die energie levert aan de qubit, simpelweg vanwege het meetproces. In hun krant de natuurkundigen stelden een experiment voor waarin projectieve kwantum-niet-sloopmetingen kunnen worden uitgevoerd met lichtpulsen die elke 70 nanoseconden of zo worden herhaald.

Aangezien recente experimenten al hebben aangetoond dat metingen bij zulke hoge frequenties mogelijk zijn, de natuurkundigen verwachten dat de nieuwe demon van Maxwell gemakkelijk kan worden geïmplementeerd met behulp van bestaande technologie. In de toekomst, ze zijn ook van plan om mogelijke toepassingen voor quantum computing te onderzoeken.

"Deze motor is een perfect proof-of-concept dat aantoont dat kwantummeting een energetische voetafdruk heeft, "Auffèves zei. "Nu wil ik het spel omdraaien en dit effect gebruiken om de energetische kosten van kwantumtaken te schatten, als ze worden uitgevoerd in aanwezigheid van een meeteenheid. Dit is het geval in een kwantumcomputer, die continu wordt 'gemeten' door zijn omgeving. Dit effect wordt decoherentie genoemd en is de grootste vijand van kwantumberekening. Ons werk biedt tools om de energie te schatten die nodig is om het tegen te gaan."

© 2017 Fys.org