Quantenkorrelationen invertieren die thermodynamische Ablenkung von Bitcoin-Elektron-Austauschzeit für Geld

Einige Gesetze sollen nicht gebrochen werden. Nehmen wir den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass Entropie – ein Maß für Unordnung – in a nie abnimmt isoliertes System. Das Glas bricht, die Sahne verteilt sich im Kaffee, die Eier krabbeln – aber niemals das Gegenteil. Deshalb geht die Hitze immer von heiß zu kalt: Sie erhöht die gesamte Entropie. Das Gesetz ist so fundamental für unsere physikalische Realität, dass einige Physiker glauben, dass es für den scheinbaren Fluss der Zeit verantwortlich ist.

Dennoch haben Quantensysteme, wie immer, eine Möglichkeit, verwirrende Ausnahmen von scheinbar unantastbaren Regeln einzuführen. Ein Team von Physikern hat spontan die Wärme eines kalten Quantenobjekts an ein heißes Objekt weitergegeben.


Das Experiment hebt die engen Beziehungen zwischen Information, Entropie und Energie hervor, die auf dem aufkommenden Gebiet der Quantenthermodynamik erforscht werden.

Das Team mit Sitz in Brasilien nahm ein Molekül aus einem Kohlenstoffatom, einem Wasserstoffatom und drei Chloratomen. Sie erzeugten dann ein Magnetfeld, um die Kernspins der beiden Quantenteilchen oder “Qubits” – der Kohlenstoff- und Wasserstoffkerne – auszurichten. Dies bedeutete, dass die Kerne verbunden oder korreliert wurden, indem sie in eine einzige, untrennbare Menge umgewandelt wurden, einen Quantenzustand mit zwei Qubits.

In der Quantenwelt beeinflussen Korrelationen die Entropie. Ein Zwei-Bit-System kann in einem von vier möglichen Zuständen – 00 bewertet, 01, 10 und 11 – und seine Entropie durch die Wahrscheinlichkeit, in jedem dieser Zustände festgelegt ist. Durch den Vergleich der Entropie eindeutiger Qubits mit der Entropie des korrelierten Systems können die Forscher den Grad der Korrelation messen.

Das Experiment beginnt mit den zwei stark korrelierten Teilchen. Im weiteren Verlauf des Experiments lösen sich die Partikel allmählich und die Korrelation wird schwächer. “Dies bedeutet, dass die Summe der einzelnen Entropien abnimmt”, sagte Kaonan Micadei, ein Forscher an der Bundesuniversität von ABC nach São Paulo, Brasilien, die an der Studie teilgenommen haben.

Wenn die gesamte Entropie in einem regulären, unkorrelierten System plötzlich abnimmt, würde dies gegen das zweite Gesetz verstoßen. Aber hier berücksichtigen Forscher die Korrelation. Die Abschwächung der Korrelation ist ähnlich eine „fuel Leiten von Wärme von den kältesten zu dem heißesten Körper“, sagte David Jennings, Physiker am Imperial College London. Das kalte Qubit wird kälter, der heiße Qubitwärmer. Mit anderen Worten, die Wärme geht von kalt nach warm. Dies geschieht aufgrund eines “Kompromisses zwischen Korrelationen und Entropie”, sagte Roberto Serra, ein Physiker an der Bundesuniversität von ABC und der Leiter der Forschungsgruppe hinter der Studie.

Die Operation kehrt den Zeitpfeil zumindest in diesem Fall um isoliertes System. „Der thermodynamische Zeitpfeil auf der Vorstellung beruht, dass die Entropie eines geschlossenen Systems nur erhöhen oder konstant bleiben, aber nie verringern“, sagte Micadei. “Durch das Erstellen im Labor a isoliertes System Wo die Entropie abnimmt, sollte der Zeitpfeil im System in die entgegengesetzte Richtung zeigen. “

Der Effekt war vorhergesagt worden, aber es war das erste Mal, dass die Inversion in einem physikalischen System erfolgte. „Es ist eine schöne experimentelle Demonstration eines physikalischen Effekts für eine lange Zeit bekannt“, sagte Seth Lloyd, Physiker am Massachusetts Institute of Technology und ein Experte in der Quanteninformation.

Die Forscher spielten jedoch mit dem Pfeil der Zeit davor. Im Jahr 2012 hat ein Team von ESPCI Paristech und CNRS in Frankreich bringt Wellen von Wasser für Spur ihres ursprünglichen Pfad, die mathematische Beschreibung der Welle in der Zeit umgekehrt wird. Und 2016 testete ein anderes Team eine universelle Formel zur Unterscheidung der Richtung des Zeitpfeils mit einem Quantenpunkt.

Obwohl dieser Artikel uns dem Aufbau einer Zeitmaschine nicht näher bringt, könnte er wichtige Auswirkungen auf die reale Welt haben. Mauro Paternostro, Physiker an der Queen’s University in Belfast, untersucht Möglichkeiten, ähnliche Effekte zu nutzen, um Quantenwärmepumpen mit unglaublich hoher Effizienz zu entwickeln. “Die Möglichkeiten, die eine groß angelegte Quanten-Thermo-Maschine bietet, sind weitaus größer als die ihrer mikroskopischen Versionen”, sagte er.

Die Arbeit könnte auch das Denken über die Ursprünge des Universums beeinflussen. Ein langjähriges kosmologische Rätsel ist, warum das Universum in einer so niedrigen Entropie Konfiguration begann, so dass die Entropie in der Geschichte des Kosmos zu erhöhen (und vermutlich von lass die Zeit fließen). Durch die Verknüpfung der Entropie Verstrickung, hofft Serra, dass die Erfahrung „spannende Auswirkungen“ für Diskussionen über den kosmologischen Zeitpfeil haben könnte. die