Dividir qubits dentro de una computadora cuántica en grupos de alta y baja energía puede cargar una batería
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Un siglo XIX experimento mentalconsiderado durante décadas como un rompedor de las leyes de la termodinámica, ha cobrado vida dentro de un ordenador cuántico y se ha utilizado para cargar una batería cuántica.
El físico James Clerk Maxwell imaginó su demonio en 1867 mientras pensaba en cómo burlar las leyes de la termodinámica. Consideró dos cajas de gas separadas por una puerta ingrávida y un pequeño demonio que controla qué partículas pueden pasar a través de ella. El demonio usa este control para hacer que una caja esté más caliente y la otra más fría, contradiciendo la teoría de que la puerta de entrada está cerrada. edicto termodinámico Ese calor debe fluir desde la caja más caliente a la más fría hasta que finalmente se equilibren.
Más tarde, los físicos se dieron cuenta de que el demonio no podía romper las leyes termodinámicas “gratis” porque gastaría energía durante su proceso de selección de partículas, pero la idea siguió siendo interesante porque puede Ocurren naturalmente en biología. y Tiene usos en química..
“La exploración del demonio de Maxwell en un entorno cuántico nos obliga a pensar profundamente sobre lo que hay detrás de las leyes fundamentales de la información cuántica, la termodinámica y especialmente su combinación: la termodinámica cuántica”, dice Bill Munro en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa en Japón.
Él y sus colegas utilizaron un computadora cuántica compuesto por 62 bits cuánticos, o qubits, hechos de circuitos superconductores para explorar tales “efectos demoníacos” – más qubits que los que se han usado antes para implementar el demonio de Maxwell.
Munro y sus colegas dividieron los cúbits en dos grupos dentro de una computadora cuántica, y cada grupo representaba una de las cajas de Maxwell. Luego implementaron un procedimiento demoníaco que utilizaba pulsos de microondas para obligar a un grupo a contener cúbits más energéticos y al otro a contener cúbits mucho menos energéticos. De esta manera, los investigadores construyeron efectivamente un batería cuánticao un dispositivo que utiliza procesos cuánticos para llenarse de energía.
Se cree que las baterías cuánticas son una solución prometedora, Tecnología energética de carga rápida del futuro., pero hasta ahora solo se han explorado en teoría y en modestos experimentos de prueba de concepto. Aquí, los investigadores pudieron evaluar el efecto del demonio en su batería real. Descubrieron que el demonio era mucho más rápido a la hora de cambiar la temperatura (lo que apunta a un cambio de energía) de los dos subsistemas que un protocolo de carga de batería más convencional.
También verificaron que su experimento siguió una versión modificada de la segunda ley de la termodinámica cuántica que explica explícitamente la naturaleza cuántica de los qubits. Esta cuántica es la novedad clave del experimento, afirma Mauro Paternostro en la Queen’s University de Belfast en el Reino Unido. El experimento incluyó suficientes qubits para exhibir los llamados efectos cuánticos de muchos cuerposque se cree que afectan fundamentalmente cómo los qubits pueden, o no, alcanzar un estado de temperatura de equilibrio.
La otra característica interesante, dice, es que esta versión del demonio de Maxwell realiza mediciones cuánticas para clasificar qubits, y “el acto de medir algo mecánicamente cuánticamente es tan violento, tan fuerte, que realmente afecta fundamentalmente su estado”. En otras palabras, el nuevo demonio no sólo mide qubits para clasificarlos, sino que cambia sus estados en el proceso, lo que mejora su capacidad para cargar una batería cuántica.
“James Maxwell no anticipó esto en el siglo XIX”, dice Munro.
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