Физики из МФТИ создают квантовый "вечный двигатель" второго рода
Российские ученые нашли способ создать квантовое устройство, "нарушающее" второе начало термодинамики и обладающее КПД, фактически равным 100%, говорится в статье, опубликованной в журнале Physics Review A.
"Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, который собственно и является источником энергии, и холодильника, задача которого состоит в охлаждении рабочего тела двигателя. Холодильник понижает энтропию двигателя и при этом неизбежно тратит впустую часть тепловой энергии, полученной от нагревателя. Именно поэтому КПД теплового двигателя никогда не достигает 100%", - поясняет Андрей Лебедев, сотрудник Технического университета Цюриха и МФТИ в Долгопрудном.
Одной из основ современной физики и космологии является концепция так называемой "стрелы времени" - постулат о том, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Иными словами, мы движемся сквозь четырехмерное пространство исключительно в одном направлении по оси времени, и "перемотать" время назад невозможно.
С точки зрения физики это проявляется в том, что со временем неупорядоченность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. К примеру, данный процесс проявляется в том, как меняется состояние энергии Вселенной. Этот принцип, который ученые часто называют "вторым законом термодинамики", считается нерушимым правилом, управляющим жизнью всей Вселенной на всех уровнях.
Год назад ученые из МФТИ под руководством Гордея Лесовика из Института теоретической физики РАН обнаружили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне, фактически пытаясь доказать обратное утверждение. Это открыло дорогу для создания квантового аналога знаменитого "демона Максвелла" - гипотетического существа, сортирующего быстрые и медленные молекулы.
Эта идея натолкнула ученых на мысль, что подобных квантовых "демонов" можно использовать для создания машины, чей коэффициент полезного действия будет равен 100%. Для ее разработки ученые предлагают использовать две пары кубитов - элементарных вычислительных модулей и ячеек памяти квантовых компьютеров, связанных между собой на квантовом уровне.
Кубиты в "двигателе Лесовика и его коллег" исполняют две роли - они поглощают тепло и позволяют "телепортировать" лишнюю энтропию за пределы системы, играя роль демона Максвелла. Это позволяет подобному устройству фактически достичь состояния, эквивалентного вечному двигателю второго рода.
На самом деле, конечно, этот прибор не является "вечным двигателем" - как объясняет Лесовик, для его работы необходимо постоянно обновлять "демонские" кубиты, очищающие систему от энтропии, охлаждая их особым образом. С другой стороны, это делается за пределами самого "двигателя", что позволяет говорить о том, что "формально" второй закон термодинамики все же нарушается внутри него.
Сейчас Лесовик и его коллеги занимаются воплощением этой идеи на практике, создавая подобный "вечный двигатель" на базе сверхпроводящих кубитов - трансмонов.
