Persaingan dan kerjasama mempengaruhi kinerja termodinamika mesin kuantum – Dunia Fisika

Bayangkan sebuah jam pendulum besar yang dikelilingi oleh beberapa jam kecil yang mulai berdetak dengan ritme berbeda. Jika pendulum jam dibiarkan menyesuaikan ritmenya berdasarkan ritme tetangganya, lama kelamaan pendulum tersebut dapat melakukan sinkronisasi dan bergerak serempak satu sama lain. Proses sinkronisasi ini melibatkan dua mekanisme umpan balik: interaksi antara jam kecil yang identik dan interaksi setiap jam kecil dengan jam eksternal yang besar.

Namun, di dunia kuantum, koeksistensi ini – dan dampak korelasi kuantum terhadapnya – sebagian besar belum dijelajahi. Kemungkinan manfaat termodinamika sinkronisasi dalam sistem kuantum juga belum banyak diselidiki.

Periset dari Pusat Fisika Teoritis Sistem Kompleks di Institute for Basic Science, Korea, dan Institut Teknologi India Bombay, India, baru-baru ini berupaya mengatasi kesenjangan ini. Pekerjaan mereka menyoroti bagaimana dua mekanisme sinkronisasi – interaksi antara sistem dan interaksi dengan sumber eksternal yang sama – bersaing atau bekerja sama ketika menunjukkan perilaku termodinamika dalam mesin kuantum.

Mesin kuantum yang berinteraksi

Dalam studi mereka, yang mereka gambarkan di Physical Review Letters, Taufiq Murtadho, Sai Vinjanampati, dan Juzar Halna pertimbangkan seperangkat mesin termal kuantum yang saling berinteraksi. Mesin yang dimaksud adalah sistem kuantum bertingkat yang bersentuhan dengan reservoir panas dan dingin. Tingkat paling bersemangat dari sistem ini terdiri dari beberapa bagian yang identik dengan saling berpasangan, analog dengan jam kecil dalam metafora. Untuk meniru perilaku jam besar – unit eksternal umum yang menyeret evolusi sistem – mesin juga berinteraksi dengan sumber eksternal. Tergantung pada cara kerjanya, pengaturan ini dapat berperilaku seperti mesin yang memompa panas dari reservoir panas ke reservoir dingin, atau sebagai lemari es yang melakukan sebaliknya.

Tim memulai dengan menunjukkan bahwa sistem empat tingkat sederhana, yang berinteraksi dengan sumber eksternal, sudah cukup untuk menyelidiki interaksi mekanisme sinkronisasi dan kegunaannya untuk mesin panas kuantum. Thinna dan rekannya kemudian mempelajari apa yang terjadi pada beberapa bagian identik di mesin karena dua mekanisme sinkronisasi ketika pengaturan berperilaku sebagai mesin dan ketika berperilaku sebagai lemari es.

Khususnya, mereka menemukan bahwa interaksi antara masing-masing bagian mesin dapat menghasilkan konfigurasi simetris – semua bagian memiliki ritme yang sama – dan antisimetris – semua bagian tidak memiliki ritme yang sama. Sebaliknya, sumber eksternal selalu menyeret beberapa bagian ke dalam konfigurasi simetris.

Mengikuti alur cerita ini, para peneliti menemukan bahwa dalam rezim mesin, dua mekanisme – interaksi timbal balik dan dorongan eksternal – mendukung konfigurasi keadaan yang berlawanan. Hal ini menyebabkan persaingan antara kedua mekanisme tersebut. Namun dalam rezim lemari es, kedua mekanisme lebih memilih konfigurasi simetris dan oleh karena itu bekerja sama.

Tim kemudian melangkah lebih jauh dan menunjukkan bahwa dalam batas termodinamika, ketika jumlah beberapa bagian individu sangat besar, persaingan dan kerja sama antar mekanisme masih terjadi. Namun, seiring dengan perluasan sistem, saling keterkaitan menjadi mekanisme yang dominan. Hal ini membuat rezim kerja sama tidak terpengaruh, namun persaingan, meskipun masih ada, menjadi kurang relevan dalam rezim mesin.

Keuntungan termodinamika

Selain mengungkap interaksi antar mekanisme, penulis juga menjelaskan bagaimana sinkronisasi mempengaruhi kinerja termodinamika mesin kuantum. Dalam makalah pelengkap yang diterbitkan di Tinjauan Fisik A, penulis mengilustrasikan bagaimana sinkronisasi dapat membatasi jumlah panas terbuang yang dihasilkan. Untuk mesin, mesin atau lemari es yang berfungsi, ini berarti melampaui apa yang diketahui Batas atas Carnot, batas bawah baru untuk efisiensi.

Mekanika kuantum dan termodinamika keduanya bisa jadi benar, kata fisikawan

Menurut Thingna dan Vinjanampathy, hasil ini akan memiliki implikasi langsung untuk membangun teknologi kuantum yang mengutamakan penggerak eksternal dan interaksi timbal balik. Mereka menambahkan bahwa memahami hubungan antara termodinamika dan berbagai jenis mekanisme sinkronisasi dalam sistem kuantum akan sangat penting untuk membangun dan merancang mesin hemat energi yang beroperasi berdasarkan prinsip termodinamika. Mereka menyimpulkan, karya ini menambah satu bagian lagi pada teka-teki berbagai aspek “kuantum” dalam termodinamika kuantum.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/competition-and-cooperation-affect-the-thermodynamic-performance-of-quantum-machines/