Banbrytande forskning erbjuder en fascinerande bild av det inre arbetet i sinnet i 'Maxwells Demon', ett känt tankeexperiment i fysik.

Ett internationellt forskargrupp, inklusive Janet Anders från University of Exeter, har använt supraledande kretsar för att väcka 'demonen' till liv.

Demonen, föreslogs först av James Clerk Maxwell 1867, är en hypotetisk varelse som kan få mer användbar energi från ett termodynamiskt system än vad en av fysikens mest grundläggande lagar - termodynamikens andra lag - bör tillåta.

Avgörande, laget observerade inte bara direkt den uppnådda energin för första gången, de spårade också hur information lagras i demonens minne.

Forskningen publiceras i den ledande vetenskapliga tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ).

Det ursprungliga tankeexperimentet föreslogs först av matematiska fysikern James Clerk Maxwell - en av historiens mest inflytelserika forskare - för 150 år sedan.

Han antog att gaspartiklar i två intilliggande lådor kunde filtreras av en 'demon' som driver en liten dörr, som tillät endast snabba energipartiklar att passera i en riktning och lågenergipartiklar på motsatt sätt.

Som ett resultat, en låda får en högre genomsnittlig energi än den andra, vilket skapar en tryckskillnad. Denna icke-jämviktssituation kan användas för att få energi, inte till skillnad från den energi som erhålls när vatten som lagras bakom en damm släpps ut.

Så även om gasen från början var i jämvikt, demonen kan skapa en icke-jämviktssituation och extrahera energi, kringgå termodynamikens andra lag.

Dr Anders, en ledande teoretisk fysiker från University of Exeters fysikavdelning tillägger:"På 1980 -talet upptäcktes att detta inte är hela historien. Informationen om partiklarnas egenskaper förblir lagrad i demonens minne. Denna information leder till en energisk kostnad som sedan reducerar demonens energivinst till noll, lösa paradoxen. "

I denna forskning, laget skapade en kvant Maxwell -demon, manifesteras som en mikrovågshålighet, som drar energi från en supraledande qubit. Teamet kunde fullt ut kartlägga demonens minne efter dess ingripande, avslöja den lagrade informationen om qubit -tillståndet.

Dr Anders tillägger:"Det faktum att systemet uppför sig kvantemekaniskt innebär att partikeln kan ha hög och låg energi samtidigt, inte bara någon av dessa val som övervägs av Maxwell. "

Detta banbrytande experiment ger en fascinerande titt på samspelet mellan kvantinformation och termodynamik, och är ett viktigt steg i den nuvarande utvecklingen av en teori för termodynamiska processer i nanoskala.

'Observing a Quantum Maxwell demon at Work' publiceras i PNAS .