תחרות ושיתוף פעולה משפיעים על הביצועים התרמודינמיים של מכונות קוונטיות - עולם הפיזיקה

דמיינו לעצמכם שעון מטוטלת גדול מוקף בכמה קטנים שמתחילים לתקתק במקצבים שונים. אם נותנים למטוטלות השעון להתאים את המקצבים שלהן בהתבסס על אלה של שכנותיהן, לאורך זמן הן יכולות להסתנכרן ולנוע יחד אחת עם השנייה. תהליך סנכרון זה כולל שני מנגנוני משוב: אינטראקציות בין השעונים הקטנים הזהים ואינטראקציה של כל שעון קטן עם הגדול והחיצוני.

בעולם הקוונטי, לעומת זאת, הדו-קיום הזה - וההשפעה של מתאמים קוונטיים עליו - לא נחקרו ברובם. היתרונות התרמודינמיים האפשריים של סנכרון במערכות קוונטיות גם לא נחקרו הרבה.

חוקרים מן המרכז לפיזיקה תיאורטית של מערכות מורכבות במכון למדע בסיסי, קוריאה, וה המכון ההודי לטכנולוגיה בומביי, הודו, יצא לאחרונה לטפל בפער הזה. עבודתם שופכת אור על האופן שבו שני מנגנוני הסנכרון - אינטראקציה בין מערכות ואינטראקציות עם מקור חיצוני משותף - מתחרים או משתפים פעולה כאשר מציגים התנהגות תרמודינמית במכונות קוונטיות.

מכונות קוונטיות מקיימות אינטראקציה

במחקר שלהם, שבו הם מתארים מכתבי סקירה פיזית, טאופיק מורטדו, סאי ויניאנמפתיה, ו Juzar Thingna שקול קבוצה של מכונות תרמיות קוונטיות המקיימות אינטראקציה הדדית. המכונות המדוברות הן מערכות קוונטיות רב-שכבתיות במגע עם מאגר חם וקר. הרמה הנרגשת ביותר של המערכת מורכבת ממספר חלקים זהים עם צימוד הדדי, בדומה לשעונים הקטנים במטאפורה. כדי לחקות את התנהגות השעון הגדול - יחידה חיצונית משותפת הגוררת את התפתחות המערכת - המכונה גם מקיימת אינטראקציה עם מקור חיצוני. בהתאם למשטר העבודה, התקנה זו יכולה להתנהג כמנוע השואב חום מהמאגר החם אל הקר, או כמקרר שעושה את ההיפך.

הצוות התחיל בכך שהראה שמערכת פשוטה של ​​ארבע רמות, המקיימת אינטראקציה עם מקור חיצוני, מספיקה כדי לחקור את ההשפעה ההדדית של מנגנוני הסנכרון והתועלת שלה עבור מנועי חום קוונטי. Thingna ועמיתיו למדו אז מה קורה לחלקים הזהים המרובים במכונה עקב שני מנגנוני הסנכרון כאשר המערך מתנהג כמנוע ומתי הוא מתנהג כמו מקרר.

יש לציין כי הם מצאו שהאינטראקציה בין החלקים הבודדים של המכונה יכולה לייצר תצורה סימטרית - כל החלקים תואמים מקצבים - ואחת אנטי סימטרית - כל החלקים אינם תואמים מקצבים. לעומת זאת, המקור החיצוני תמיד גורר את החלקים המרובים לתצורה סימטרית.

בעקבות השרשור הזה, החוקרים מצאו כי במשטר המנוע, שני המנגנונים - אינטראקציה הדדית והנעה חיצונית - מעדיפים תצורות מנוגדות של מדינות. זה מוביל לתחרות בין שני המנגנונים. במשטר המקרר, לעומת זאת, שני המנגנונים מעדיפים את התצורה הסימטרית ולכן משתפים פעולה.

לאחר מכן, הצוות הלך צעד קדימה והראה שבמגבלה התרמודינמית, כאשר מספר חלקים בודדים מרובים הוא גדול מאוד, עדיין מתרחשת תחרות ושיתוף פעולה בין המנגנונים. עם זאת, ככל שהמערכת גדלה, הצימוד ההדדי הופך למנגנון הדומיננטי. זה משאיר את משטר שיתוף הפעולה לא מושפע, אבל התחרות, למרות שהיא עדיין קיימת, הופכת פחות רלוונטית במשטר המנוע.

רווח תרמודינמי

מלבד חשיפת יחסי הגומלין בין המנגנונים, המחברים גם שופכים אור על האופן שבו הסנכרון משפיע על הביצועים התרמודינמיים של מכונות קוונטיות. במאמר משלים שפורסם ב סקירה גופנית א, המחברים ממחישים כיצד סנכרון יכול להגביל את כמות החום הבזבזני שנוצר. למכונה, מנוע או מקרר עובד, זה מרמז, מעבר למוכר גבול עליון של קרנו, גבול תחתון חדש ליעילות.

מכניקת הקוונטים והתרמודינמיקה יכולות להיות שניהם נכונות, אומרים פיזיקאים

לפי Thingna ו-Vinjanampathy, לתוצאות אלו יהיו השלכות ישירות על בניית טכנולוגיות קוונטיות שבהן נהיגה חיצונית ואינטראקציות הדדיות חשובות. הם מוסיפים כי הבנת הקשרים בין תרמודינמיקה וסוגים שונים של מנגנוני סנכרון במערכות קוונטיות תהיה חיונית לבנייה ותכנון של מכונות חסכוניות באנרגיה הפועלות על פי עקרונות תרמודינמיים. העבודה הזו, הם מסכמים, מוסיפה עוד חלק לפאזל של ההיבטים השונים של "קוונטי" בתרמודינמיקה קוונטית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/competition-and-cooperation-affect-the-thermodynamic-performance-of-quantum-machines/