A verseny és az együttműködés befolyásolja a kvantumgépek termodinamikai teljesítményét – Physics World

Képzeljen el egy nagy ingaórát, amelyet több kicsi veszi körül, amelyek különböző ritmusokon kezdenek ketyegni. Ha megengedik, hogy az óraingák a szomszédaik ritmusához igazítsák a ritmusukat, idővel szinkronizálódhatnak, és együtt mozoghatnak egymással. Ez a szinkronizálási folyamat két visszacsatolási mechanizmust foglal magában: az azonos kis órák közötti kölcsönhatásokat és az egyes kis órák kölcsönhatását a nagy, külsővel.

A kvantumvilágban azonban ez az együttélés – és a kvantumkorrelációk rá gyakorolt ​​hatása – jórészt feltáratlan. A kvantumrendszerekben a szinkronizálás lehetséges termodinamikai előnyeit szintén nem nagyon vizsgálták.

Kutatók a Összetett Rendszerek Elméleti Fizikai Központja a koreai Alaptudományi Intézetben és a Bombay Indiai Technológiai Intézet, India, nemrégiben arra vállalkozott, hogy orvosolja ezt a hiányosságot. Munkájuk rávilágít arra, hogy a két szinkronizációs mechanizmus – a rendszerek közötti kölcsönhatás és a közös külső forrással való kölcsönhatás – hogyan verseng egymással vagy együttműködik, amikor termodinamikai viselkedést mutatnak kvantumgépekben.

Kölcsönhatásban lévő kvantumgépek

Tanulmányukban, amelyet leírnak Fizikai áttekintés betűk, Taufiq Murtadho, Sai Vinjanapathyés Juzar Thingna vegyünk egy sor kölcsönösen kölcsönható kvantumtermikus gépet. A szóban forgó gépek többszintű kvantumrendszerek, amelyek hideg és meleg tározóval érintkeznek. A rendszer legizgalmasabb szintje több azonos részből áll, kölcsönös csatolásban, hasonlóan a metaforában szereplő kis órákhoz. A nagy óra – egy közös külső egység, amely magával húzza a rendszerfejlődést – viselkedését a gép egy külső forrással is kölcsönhatásba lép. A működési rendtől függően ez a beállítás működhet motorként, amely a melegből a hideg tartályba pumpálja a hőt, vagy mint egy hűtőszekrény, amely az ellenkezőjét teszi.

A csapat azzal kezdte, hogy bemutatta, hogy egy egyszerű négyszintű rendszer, amely külső forrással kölcsönhatásba lép, elegendő a szinkronizációs mechanizmusok kölcsönhatásának és kvantumhőmotorok számára való hasznosságának vizsgálatához. Thingna és munkatársai ezután azt tanulmányozták, hogy mi történik a gép több azonos alkatrészével a két szinkronizációs mechanizmus miatt, amikor a berendezés motorként és mikor hűtőként viselkedik.

Nevezetesen azt találták, hogy a gép egyes részei közötti kölcsönhatás szimmetrikus konfigurációt hozhat létre – minden alkatrész megfelel ritmusnak – és antiszimmetrikusat is – minden alkatrész nem egyezik ritmussal. Ezzel szemben a külső forrás mindig szimmetrikus konfigurációba húzza a több részt.

Ezt a szálat követve a kutatók azt találták, hogy a motor üzemmódban a két mechanizmus – a kölcsönös interakció és a külső hajtás – az állapotok ellentétes konfigurációit részesíti előnyben. Ez versenyhez vezet a két mechanizmus között. A hűtőszekrény üzemmódban azonban mindkét mechanizmus a szimmetrikus konfigurációt részesíti előnyben, ezért együttműködnek.

A csapat ezután egy lépéssel tovább ment, és megmutatta, hogy a termodinamikai határban, amikor a több egyedi alkatrész száma nagyon nagy, a mechanizmusok között még mindig fennáll a verseny és az együttműködés. A rendszer felépítésével azonban a kölcsönös csatolás válik a domináns mechanizmussá. Ez nem érinti az együttműködési rendszert, de a verseny, bár továbbra is fennáll, kevésbé releváns a motorrendszerben.

Termodinamikai erősítés

A mechanizmusok közötti kölcsönhatás feltárása mellett a szerzők arra is rávilágítottak, hogy a szinkronizálás hogyan befolyásolja a kvantumgépek termodinamikai teljesítményét. évben megjelent kiegészítő cikkben Fizikai áttekintés A, a szerzők bemutatják, hogy a szinkronizálás miként korlátozhatja a termelt pazarló hő mennyiségét. Egy működő gépnél, motornál vagy hűtőgépnél ez a jól ismerten túlmutat Carnot felső korlát, a hatékonyság újszerű alsó határa.

A fizikusok szerint a kvantummechanika és a termodinamika egyaránt igaz lehet

Thingna és Vinjanapathy szerint ezek az eredmények közvetlen hatással lesznek a kvantumtechnológiák építésére, ahol a külső hajtás és a kölcsönös kölcsönhatások fontosak. Hozzáteszik, hogy a termodinamika és a különböző típusú szinkronizációs mechanizmusok közötti összefüggések megértése a kvantumrendszerekben létfontosságú lesz a termodinamikai elveken működő, energiahatékony gépek építéséhez és tervezéséhez. Következtetésük szerint ez a munka egy újabb darabbal egészíti ki a kvantumtermodinamika „kvantumának” különféle aspektusait felölelő rejtvényt.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/competition-and-cooperation-affect-the-thermodynamic-performance-of-quantum-machines/