Des scientifiques russes ont trouvé un moyen de créer un dispositif quantique qui viole la deuxième loi de la thermodynamique et a une efficacité de pratiquement 100%, selon un article publié dans la revue Physics Review A.
«Tout moteur thermique se compose d'un appareil de chauffage, qui est en fait une source d'énergie, et d'un réfrigérateur dont la tâche est de refroidir le fluide de travail du moteur. Le réfrigérateur réduit l'entropie du moteur et gaspille inévitablement une partie de l'énergie thermique du radiateur. C'est pourquoi le rendement d'un moteur thermique n'atteint jamais 100% », explique Andrey Lebedev, employé de l'Université technique de Zurich et du MIPT à Dolgoprudny.
L'un des fondements de la physique et de la cosmologie modernes est le concept de la soi-disant flèche du temps - le postulat selon lequel le temps dans notre Univers se déplace exclusivement dans une direction, du passé vers le futur. En d'autres termes, nous nous déplaçons dans l'espace à quatre dimensions dans une seule direction le long de l'axe du temps, et il est impossible de «reculer» le temps.
Du point de vue de la physique, cela se manifeste dans le fait qu'au fil du temps, le désordre, le chaos de l'univers, un état que les scientifiques appellent entropie, ne cesse de croître. Par exemple, ce processus se manifeste dans la manière dont l'état de l'énergie de l'Univers change. Le principe, que les scientifiques appellent souvent «la deuxième loi de la thermodynamique», est considéré comme une règle incassable régissant la vie de l'univers entier à tous les niveaux.
Gordey Lesovik et Andrey Lebedev. Photo: MIPT
Il y a un an, des scientifiques de l'Institut de physique et de technologie de Moscou sous la direction de Gordey Lesovik de l'Institut de physique théorique de l'Académie des sciences de Russie ont découvert que la deuxième loi de la thermodynamique pouvait être violée au niveau quantique. Cela a ouvert la voie à la création d'un analogue quantique du célèbre démon Maxwell - une créature hypothétique qui trie les molécules rapides et lentes.
Cette idée a incité les scientifiques à penser que de tels «démons» quantiques peuvent être utilisés pour créer une machine dont l'efficacité sera de 100%. Pour son développement, les scientifiques proposent d'utiliser deux paires de qubits - des modules de calcul élémentaires et des cellules mémoire d'ordinateurs quantiques, interconnectés au niveau quantique.
Les qubits du moteur de Lesovik et de ses collègues remplissent deux fonctions: ils absorbent la chaleur et permettent de «téléporter» l'excès d'entropie à l'extérieur du système, jouant le rôle du démon de Maxwell. Cela permet au dispositif d'atteindre effectivement un état équivalent à une machine à mouvement perpétuel du second type.
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En fait, bien sûr, cet appareil n'est pas une machine à mouvement perpétuel - comme l'explique Lesovik, pour son fonctionnement, il est nécessaire de constamment mettre à jour les qubits «démoniaques», qui nettoient le système d'entropie en les refroidissant d'une manière spéciale. En revanche, cela se fait à l'extérieur du dispositif lui-même, ce qui permet de dire que formellement la deuxième loi de la thermodynamique est néanmoins violée à l'intérieur de celui-ci.
Maintenant, Lesovik et ses collègues mettent en œuvre cette idée dans la pratique, créant une machine à mouvement perpétuel similaire basée sur des qubits supraconducteurs - transmon.
