(Phys.org) - Fysiker har föreslagit en ny typ av Maxwells demon - den hypotetiska agenten som extraherar arbete från ett system genom att minska systemets entropi - där demon kan extrahera arbete bara genom att göra en mätning, genom att dra fördel av kvantfluktuationer och kvantöverlagring.

Teamet av Alexia Auffèves vid CNRS och Université Grenoble Alpes har publicerat ett papper om den nya Maxwells demon i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"I den klassiska världen, termodynamik lär oss hur man extraherar energi från termiska fluktuationer som induceras på ett stort system (t.ex. en gas eller vatten) genom att koppla den till en varm källa, "Auffèves berättade för Phys.org." I kvantvärlden, systemen är små, och de kan fluktuera - även om de inte är heta, utan helt enkelt för att de mäts. I vårt papper, vi visar att det är möjligt att utvinna energi från dessa genuint kvantfluktuationer, inducerad av kvantmätning. "

Under åren sedan James Clerk Maxwell föreslog den första demonen runt 1870, många andra versioner har teoretiskt och experimentellt undersökts. Senast, fysiker har börjat undersöka Maxwells demoner som verkar i kvantregimen, som en dag kan få konsekvenser för kvantinformationsteknik.

De flesta kvantversioner av demonen har ett par saker gemensamt:De drivs termiskt av ett värmebad, och demonen gör mätningar för att bara extrahera information. Mätningarna extraherar faktiskt inget arbete, men snarare den information som erhålls genom mätningarna gör att demon kan agera på systemet så att energi alltid utvinns ur cykeln.

Den nya Maxwells demon skiljer sig från tidigare versioner genom att det inte finns något värmebad - demonen är inte termiskt driven, men mätdriven. Också, mätningarna har flera syften:De extraherar inte bara information om systemets tillstånd, men de är också "bränslet" för att extrahera arbete från systemet. Det här är för att, när demonen utför en mätning på en qubit i det föreslagna systemet, mätningen projicerar qubit från ett tillstånd till en superposition av tillstånd, som ger energi till qubit helt enkelt på grund av mätprocessen. I deras papper, fysikerna föreslog ett experiment där projektiva mätningar av icke-rivning av kvantitet kan utföras med ljuspulser upprepade var 70:e nanosekund eller så.

Eftersom de senaste experimenten redan har visat möjligheten att utföra mätningar vid så höga frekvenser, fysikerna förväntar sig att den nya Maxwells demon lätt skulle kunna implementeras med hjälp av befintlig teknik. I framtiden, de planerar också att undersöka potentiella applikationer för kvantberäkning.

"Denna motor är ett perfekt bevis på konceptet som visar att kvantmätning har ett energiskt fotavtryck, "Sade Auffèves." Nu skulle jag vilja vända spelet och använda denna effekt för att uppskatta den energiska kostnaden för kvantuppgifter, om de utförs i närvaro av någon mätningsenhet. Detta är fallet i en kvantdator, som kontinuerligt 'mäts' av sin omgivning. Denna effekt kallas dekoherens och är kvantberäkningens största fiende. Vårt arbete ger verktyg för att uppskatta den energi som behövs för att motverka den. "

© 2017 Phys.org