Fyzici objavili kvantový trik na dosiahnutie absolútnej nuly, no má to háčik
V rámci novej štúdie vedci skúmali, či je možné dosiahnuť absolútnu nulu, najnižšiu možnú teplotu. Dopracovali sa k zaujímavým zisteniam.
Najnižšia možná teplota akú môžeme dosiahnuť sa označuje ako absolútna nula a jej hodnota je -273 stupňov Celzia. Vedci sa však môžu k absolútnej nule len priblížiť, no nikdy ju nedosiahnu. V rámci nového výskumu sa vedci z Technickej univerzity vo Viedni zamýšľali nad tým, ako teórie absolútnej nuly zapadajú do zákonov kvantovej fyziky.
Vo svojej práci sa im podarilo vytvoriť kvantovú verziu tretieho termodynamického zákona, ktorý sa problémom absolútnej nuly zaoberá. Zistili, že čisto teoreticky možno túto hodnotu dosiahnuť, no potrebujeme na to tri ingrediencie. Provu je energia a ďalšími dvoma sú čas a komplexnosť. Tu sa ale situácia komplikuje, pretože absolútnu nulu môžeme dosiahnuť len v prípade, ak máme nekonečné množstvo jednej z ingrediencií.
Ak by častice dosiahli absolútnu nulu, potom by sme veľmi presne vedeli, v akom stave sa nachádzajú. Garantuje sa totiž, že sa budú nachádzať v stave s najnižšou energiou. Tieto častice už neobsahujú žiadnu informáciu o stavoch, v akých sa nachádzali predtým. Inými slovami povedané, čokoľvek sa dialo s časticou predtým sa dokonale vymazalo. Kvantová fyzika teda naznačuje, že ochladzovanie a vymazávanie informácií môžu byť úzko previazané.
Autori štúdie vysvetľujú, že sa v tomto bode stretávajú dve teórie, informačná teória a termodynamika. Objavuje sa aj ďalší problém a to ten, že si tieto dve teórie navzájom protirečia. Informačná teória hovorí o minimálnom množstve energie, ktoré potrebujeme na vymazanie bitu informácie. Termodynamika hovorí, že potrebujeme nekonečné množstvo energie na ochladenie čohokoľvek na absolútnu nulu.
„V našej práci dokazujeme, že vymazanie informácie a ochladenie na absolútnu nulu môže byť rovnaká vec. Ako potom tieto teórie do seba pasujú?“ Pýta sa Marcus Huber, jeden z autorov štúdie.
Kde je problém?
Autori sa domnievajú, že problém môže ležať v termodynamike. Ide o teóriu, ktorá vznikla v 19. storočí a popisuje hlavne správanie klasických objektov, teda parných motorov, chladničiek či horúceho uhlia. Keď vznikala termodynamická teória, ľudia nemali najmenšiu predstavu o kvantovej teórii. Ak chcú vedci vyriešiť nesúlad spomenutý vyššie, potom musia nájsť spôsob, akým termodynamika a kvantová fyzika interagujú.
Neprehliadnite
„Pomerne rýchlo sme zistili, že nepotrebujete nekonečnú energiu na to, aby ste niečo schladili na absolútnu nulu. Dá sa to aj s konečnou energiou, no potom potrebujete nekonečné množstvo času,“ vysvetlil Huber.
V tomto smere zatiaľ kvantová fyzika ladí s termodynamikou, no práca vedcov išla ešte o niečo ďalej. Podarilo sa im objaviť ďalší mimoriadne dôležitý detail. Absolútnu nulu možno dosiahnuť aj s konečným množstvom energie a času. V tomto prípade má však určitý kvantový systém nekonečnú komplexnosť. Vo všetkých prípadoch ale platí, že niečo také nemôžeme dosiahnuť.
Tento výskum má implikácie aj pre kvantové počítače. Ako autori vysvetľujú, ak by ste chceli perfektne vymazať informáciu z kvantového počítača, potom by ste potrebovali nekonečne komplexný kvantový počítač. Dobrou správou ale je, že kvantový počítač nemusí byť dokonalý, ani dnešné počítače nie sú. Vlastnosti ktoré dokážeme dosiahnuť sú dostačujúce pre plne funkčné kvantové zariadenie.
Komentáre