I fisici hanno scoperto un trucco quantistico per arrivare allo zero assoluto: ScienceAlert

conosciuto come lo stato di completo riposo zero Assoluto È una delle imprese impossibili dell’universo. Il più vicino possibile, le leggi della fisica ci impediranno sempre di raggiungere il fondo del termoclino.

Un team internazionale di ricercatori ha ora identificato un nuovo percorso teorico per raggiungere il leggendario segno di zero kelvin, o -273,15 gradi Celsius (-459,67 gradi Fahrenheit). No, non è probabile che infranga alcuna legge ed elimini ogni minimo barlume di calore, ma la struttura potrebbe ispirare nuovi modi per esplorare la materia a temperature più basse.

come conseguenza di La terza legge della termodinamica, rimuovere incrementi di energia termica da un gruppo di particelle per raffreddarle fino allo zero assoluto richiederà sempre un numero infinito di passaggi. In quanto tale, ha richiesto una quantità infinita di energia per raggiungere. piuttosto la sfida.

La fisica classica lo rende relativamente semplice. Tuttavia, se visto nel contesto della fisica quantistica, il problema inizia a sembrare un po’ diverso.

La fisica quantistica descrive le particelle in base alla loro diffusione di probabilità. Una volta che un tratto è stato misurato, ha uno stato concreto e anche allora gli altri tratti della particella diventano meno certi. La particella nel punto teorico dello zero assoluto non avrà movimento, il che significa che la sua posizione sarà certa. I dettagli quantitativi relativi alla loro posizione precedente verranno effettivamente cancellati e le informazioni eliminate.

Entra Principio di Landauerin cui si afferma che l’eliminazione di un’informazione richiede una quantità minima e limitata di energia.

Questo significa che c’è un trucco quantitativo per tornare a zero, dopo tutto?

Ci sono due soluzioni al paradosso. Potrebbe essere ancora necessaria una quantità illimitata di tempo o di energia per compiere questo salto. Oppure – secondo la nuova ricerca – richiederebbe l’eliminazione di una quantità infinita di complessità.

È questa nuova rivelazione sul ruolo della complessità che offre una nuova prospettiva per la ricerca di un percorso verso lo zero assoluto, anche se è praticamente impossibile come la soluzione con cui gli scienziati hanno già lavorato.

“Abbiamo scoperto che i sistemi quantistici che consentono di raggiungere stati fondamentali assoluti possono essere definiti anche a energia finita e in un tempo finito – nessuno di noi se l’aspettava”. Lui dice Il fisico delle particelle Markus Huber, dell’Università di Tecnologia di Vienna in Austria.

“Ma questi speciali sistemi quantistici hanno un’altra importante proprietà: sono infinitamente complessi”.

Quello che abbiamo ora è essenzialmente una “versione quantistica” della terza legge della termodinamica che va oltre ciò che la fisica classica ci insegna: una quantità infinita di energia, tempo, o complessità necessari per raggiungere lo zero assoluto.

I calcoli e la modellazione del team mostrano anche che la cancellazione completa dei dati e la temperatura più bassa possibile sono strettamente correlate e sembrano impossibili da raggiungere per i comuni mortali.

È possibile, quindi, che l’aumento della complessità dei sistemi sia un altro modo per avvicinarsi allo zero assoluto, o almeno per andare avanti più rapidamente.

“Se vuoi cancellare completamente le informazioni quantistiche in un computer quantistico e nel processo spostare un qubit in uno stato fondamentale assolutamente puro, teoricamente avresti bisogno di un computer quantistico infinitamente complesso in grado di controllare perfettamente un numero infinito di particelle.” Lui dice Tramoggia.

In pratica, nessun sistema informatico è mai perfetto, quindi l’idea che una particella in un computer quantistico non possa essere completamente cancellata dai suoi dati (o stati precedenti) non dovrebbe essere un ostacolo nello sviluppo di queste tecnologie.

La meccanica quantistica e la temperatura sono strettamente collegate – mentre ci avviciniamo allo zero assoluto, iniziano a verificarsi strani fenomeni quantistici – e i ricercatori affermano che questa è un’altra area in cui i risultati di questo studio potrebbero essere utili in futuro.

“Questo è precisamente il motivo per cui è così importante comprendere meglio la relazione tra teoria quantistica e termodinamica”, Lui dice Tramoggia. “Ci sono molti progressi interessanti in questo settore in questo momento. Sta lentamente diventando possibile vedere come queste due parti importanti della fisica si intrecciano”.

Ricerca pubblicata in PRX Quantum.