Квантовая теория допускает нарушения второго закона термодинамики

МОСКВА, 7 февраля. /ТАСС/. Европейские и японские физики-теоретики открыли свидетельства того, что второе начало термодинамики является важной, но не обязательной частью квантовой теории информации, что допускает существование его локальных нарушений в некоторых исключительных ситуациях. Этим можно пользоваться при создании квантовых компьютеров и нанодвигателей, сообщила пресс-служба Университета Нагойи в Японии.

"Мы показали, что квантовая теория никак не зависит от второго начала термодинамики. Иными словами, она может свободно нарушать данный закон, так как она понятия не имеет о его существовании. Однако при этом, и это самое удивительное, любой квантовый процесс можно реализовать и без нарушения второго начала. Для этого достаточно добавить большое число систем, которые уравновесят термодинамический баланс", - пояснил профессор Университета Нагойи Франческо Бушеми, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают ученые, одной из основ современной физики является концепция так называемой "стрелы времени". Она подразумевает, что время движется в одну сторону, из прошлого в будущее, из-за чего "перемотать" его назад невозможно. С точки зрения практики, это выражается в том, что уровень энтропии Вселенной, ее хаотичность, постоянно и неуклонно растет.

Эта идея, так называемый второй закон термодинамики, считается сегодня нерушимым правилом, управляющим жизнью Вселенной на всех уровнях. Семь лет назад ученые из МФТИ выяснили, что второе начало термодинамики может нарушаться на квантовом уровне. Это позволило им создать квантовый аналог "демона Максвелла", гипотетического существа, сортирующего быстрые и медленные молекулы, а также обратить время вспять внутри квантового компьютера.

"Наши расчеты показывают, что при определенных условиях, допускаемых квантовой теорией информации, "демон Максвелла" сможет извлечь больше энергии из системы, чем он потратит на этот процесс, что говорит о нарушении второго начала термодинамики. Это открытие стало для нас неожиданным сюрпризом, так как оно ставит под сомнение устоявшееся представление о том, что квантовая теория на 100% защищена от "демонов Максвелла", - добавил научный сотрудник Университета Нагойи Синтаро Минагава, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Это теоретическое открытие, как отмечают физики, позволит разработать новые методы обработки информации в квантовых вычислительных системах, а также даст физикам возможность создать новые формы квантовых аналогов тепловых двигателей, способных "перекачивать" тепло и совершать механическую работу с крайне малыми потерями энергии.