Sciencemag.cz
Doporučujeme
Titulek už dostatečně naznačuje, že vyznat se v obsahu následujícího objevu nebude vůbec snadné. Vědci ze tří instituci (Moscow Institute of Physics and Technology, ETH Zurich a Argonne National Laboratory, samotná tisková zpráva vzešla z ruské instituce) publikovali ve Physical Review B studii, která by mohla mít vztah mj. i k fungování kvantových počítačů.
Nově navržený démon dokáže zvýšit uspořádanost (snížit entropii) na úrovni qubitu, působí ovšem na kvantové úrovni. S druhým zákonem problém není, na makroskopické úrovni entropie větší části systému i nadále poroste – mj. i proto, že k inicializaci démona je třeba nějaká energie. (Poznámka PH: asi jako by nějaká energie byla potřeba ke spuštění zařízení, které by oddělovalo rychlé a pomalé molekuly, tedy klasického Maxwellova démona.)
Qubit je v popsané studii implementován jako „superatom“ v podobě tenkých vrstev hliníku na křemíkovém čipu (takový systém už vědci dříve sestrojili a využívali jako „kvantový magnetometr“). Označení superatom autoři studie používají proto, že při teplotě těsně nad absolutní nulou může mít tento systém (obsahující mnoho atomů) pouhé dvě hodnoty energie, základní a excitovaný stav. Navíc se qubit může přitom nacházet v superpozici obou stavů (podstata kvantového počítání). Rozlišují se zde dva stavy qubitu: klasický (kdy je v 1 z klasických stavů, i když nemusíme vědět, ve kterém, respektive můžeme znát i jejich pravděpodobnosti) a superpozice. (Poznámka: Jak vidno, je to celé dost komplikované, protože zde máme dokonce i „superpozici jen jako“ – jak ji vůbec můžeme odlišit od „skutečné“?) „Skutečná“ superpozice trvá vždy jen zlomek sekundy.
Náš démon je další qubit, který je propojen s původním qubitem pomocí kabelu přenášejícího mikrovlnné signály. Oba qubity si pak mezi sebou začnou vyměňovat virtuální fotony. Přitom lze přepínat původní qubit a měnit hodnotu jeho entropie („skutečná“ superpozice má podle studie oproti klasickému stavu nižší hodnotu entropie), aniž by přitom docházelo k výměně energie. V energeticky izolovaném systému tak odvádíme z qubitu entropii. To by mohlo mít smysl v kvantových počítačích – qubit by tímto způsobem šlo přepínat i vzdáleně – delším „spojovacím drátem“, pouze pomocí elektromagnetického pole.
Navíc na podobném principu může údajně probíhat i cílené chlazení, zaměřené cca na jediný bod a tedy mnohem efektivnější než chlazení celkového objemu. Samozřejmě těžko si to představit, ale prý by mohlo fungovat třeba to, že při provádění konkrétního kódu by se pak chlazení automaticky zaměřovalo na aktuálně nejteplejší qubit. Propojovací kabel mezi qubitem-démonem a qubitem k počítání může mít pouze určitou maximální hodnotu, jinak démon i kvantový počítač přestávají fungovat. Drát je sice třeba udržet jen při několika stupních nad absolutní nulou, přitom však může být často mnohem teplejší než samotný qubit.
Samozřejmě my laici bohužel můžeme tímto způsobem získat asi jen velmi povšechnou představu – nejdřív se mluví o energeticky izolovaném systému (může být vůbec systém energeticky izolovaný a přitom docházet k výměně informace?) nebo alespoň systému bez výměny energie, pak se zase uvádí chlazení…?
A. V. Lebedev et al. Extended quantum Maxwell demon acting over macroscopic distances, Physical Review B (2018). DOI: 10.1103/PhysRevB.98.214502
Zdroj: Phys.org
