یک مطالعه نشان میدهد که کامپیوترهای کوانتومی ممکن است پاسخ معمای دستیابی به صفر مطلق را در اختیار داشته باشند.
به گزارش تکناک، نور، صدا و گرما و همه انواع انرژی در محیط پیرامون ما هستند. ترمودینامیک شاخهای از علوم است که به ما کمک میکند بفهمیم انرژی چگونه بین اشیاء جابجا میشود. طبق قانون سوم ترمودینامیک، دستیابی به دمای ۲۷۳.۱۵- درجه سانتیگراد یا صفر مطلق که پایینترین دمای ممکن است، برای هیچ شیء امکان پذیر نیست. در واقع به دلیل قوانین ترمودینامیک، برای دستیابی به صفر مطلق نیاز به زمان یا انرژی بی نهایت دارید. اما یک مطالعه جدید نشان میدهد که راه دیگری وجود دارد.
یک تیم پژوهشی از دانشگاه صنعتی وین در اتریش راهی برای سرد کردن یک شی برای رسیدن به صفر مطلق پیدا کردهاند. این مطالعه که در مجله PRX Quantum منتشر شده است، این راه جایگزین را به وسیله کامپیوترهای کوانتومی نشان میدهد.
این یافتهها میتواند به ما در فهم بهتر اینکه چگونه ترمودینامیک در مقیاس کوانتومی عمل میکند، کمک کند.
نظریه اطلاعات و اصل لاندوئر
قانون سوم ترمودینامیک برای سیستمها و اشیاء کلاسیکی فروموله شده است، به این معنی که برای سیستمهای کوانتومی در نظر گرفته نشده است. حتی تا به امروز، تداخل مکانیک کوانتومی و ترمودینامیک به خوبی درک نشدهاست و همین مورد، موجب شد تا پژوهشگران به یافتههای خود برسند.
طبق اصل لاندائور در نظریه اطلاعات، برای پاک کردن یک بیت از اطلاعات، حداقل مقداری انرژی متناهی لازم است. به عبارت دیگر، قوانین ترمودینامیک بیان میکنند که برای سرد کردن یک سیستم یا شیء به صفر مطلق، نیاز به مقداری از انرژی بینهایت دارید. این دو مسئله به یک معنی هستند و مشکل همینجاست.
شما برای دستیابی به صفر مطلق ، حتما نیاز به انرژی بینهایت ندارید. در عوض، میتوانید با گرفتن زمان بی نهایت با انرژی متناهی، به صفر مطلق برسید. تیم پژوهشی در اینجا پارامتر پنهانی را که پیچیدگی است، پیدا کرد.
آنها کشف کردند که اگر شما کنترل بینهایت کاملی بر یک سیستم بینهایت پیچیده، مانند سیستمهای کوانتومی، داشته باشید، میتوانید با انرژی متناهی و در زمان متناهی یک شی را به صفر مطلق برسانید. در واقع، این کار در دنیای واقعی امکان پذیر نیست، زیرا ما با بینهایتها سروکار داریم.
کامپیوترهای کوانتومی و اطلاعات
یافتههای این مطالعه، مسئلهای اساسی درباره کامپیوترهای کوانتومی کاربردی را برجسته میکند. در تئوری، در صورت داشتن یک کامپیوتر کوانتومی بینهایت پیچیده، میتوانیم دادههای ذخیره شده در کیوبیتها را پاک کنیم.
این کار، در واقعیت امکان پذیر نیست و هیچ دستگاهی کامل نیست. در حالی که ساخت کامپیوترهای کوانتومی که به خوبی کار میکنند ممکن است، اما آنها نمیتوانند بینهایت پیچیده باشند. این موضوع به مشکلات دیگری ، از جمله ناپایداری در دماهای بالاتر در کامپیوترهای کوانتومی منجر میشود.
کامپیوترهای کوانتومی در دماهای بالاتر به طور کلی با مشکل روبرو میشوند. به دلیل نویز، وضعیت کوانتومی این دستگاهها مختل میشود و آنها برای استفاده ناپایدار میشوند. هر دوی این مشکلات نیاز به تحقیقات بیشتر در حوزه ترمودینامیک کوانتومی را تأکید میکنند. اصول پایهای برای درک و پیادهسازی بهتر فناوریهای کوانتومی در آینده ضروری هستند.
