Les ordinateurs quantiques craignent vraiment d'être des machines à mouvement perpétuel

Une équipe internationale de physiciens a récemment publié une recherche indiquant que les ordinateurs quantiques ne sont pas la solution pour ceux qui souhaitent briser la seconde loi de la thermodynamique, dans l'univers.

Le mouvement perpétuel a longtemps été le rêve de ceux qui ne veulent pas faire de travail mais veulent tout de même tirer profit d'un travail bien fait. Si vous pouvez imaginer une machine qui ne nécessite aucun carburant ou un moteur capable de produire un courant électromagnétique sans consommer de ressources, vous pouvez voir pourquoi les scientifiques ont poursuivi un mouvement perpétuel pendant des milliers d’années.

Avant de plonger dans les ordinateurs quantiques et le mouvement perpétuel, un peu de contexte est dans l'ordre.

Maxwell 's Demon La deuxième loi du mouvement perpétuel dit qu'il n'y a pas de repas gratuit. Vous ne pouvez tout simplement pas obtenir quelque chose pour rien, même si vous trichez. Un savant savant nommé James Clerk Maxwell a développé une théorie farfelue sur un démon qui avait confondu le monde scientifique pendant environ cent ans avant que quiconque ne découvre l'énigme.

Dans la théorie de Maxwell, il y a une boîte remplie de molécules autour de deux vitesses différentes: rapide et lent. Les molécules rapides sont plus chaudes que les molécules froides, car cela fait partie du fonctionnement de la thermodynamique. Malheureusement, quand les molécules sont toutes mélangées – pleines d’entropie – il n’ya rien d’utile à leur propos.

Cependant, si vous deviez mettre un démon au-dessus de la boîte (ne me demandez pas pourquoi ce doit être un démon, probablement parce que les gens ne pouvaient pas comprendre l'IA en 1867) qui pourrait ouvrir et fermer une porte dans la boîte en laissant passer une molécule à la fois, vous pourriez régler la température de la boîte.

Alors, imaginez notre le démon (ou l'IA, si vous préférez) fait parfaitement son travail jusqu'à ce que toutes les molécules rapides soient d'un côté et que toutes les molécules lentes soient de l'autre côté. Une fois que cela s'est produit, vous pouvez obtenir un "travail" hors de la boîte. Une fluctuation de température comme celle-ci pourrait être utilisée pour générer de l'énergie, par exemple en entraînant un engrenage ou un piston. Si vous pouviez mélanger et trier les molécules encore et encore sans utiliser aucune énergie, vous auriez quelque chose pour rien.

Cela a longtemps fait fuir les scientifiques jusqu'à ce que quelqu'un dans la tête du démon était responsable du "travail" produit par les molécules. Et parce que le démon devait effectuer des calculs, héberger et rappeler des souvenirs, et faire des prédictions, cela augmentait l'entropie dans l'univers. Le putain de démon coûtait à l’énergie plus d’énergie que ce que la boîte produisait – et c’est exactement ce que dit la deuxième loi de la thermodynamique: l’entropie est toujours croissante.

Une solution quantique

les ordinateurs ces dernières années, ils ne se contentent pas de parler de règles, de lois ou de physique. La physique quantique est indisciplinée et punk rock, mais parfois c'est une bonne chose. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les particules quantiques, connues pour avoir enfreint les règles de la physique en étant à deux endroits en même temps, pourraient être le secret du mouvement perpétuel.

Voici comment cela fonctionne: les particules quantiques peuvent être excitées ou ancrées, Ils sont comme les adolescents comme ça. Quand ils sont excités, nous pouvons les exploiter pour le travail en les fondant – encore une fois, tout comme les adolescents. Tout ce qu'un scientifique a à faire est de mesurer dans quel état se trouve la particule et ensuite de décider si elle doit être mise à la terre ou non.

Cela n'a jamais fonctionné avec des particules classiques. . Mais comme les particules quantiques peuvent être mises à la terre et excitées en même temps – un phénomène appelé superposition – les chercheurs ont eu une idée intéressante. Le simple fait d'observer une particule quantique le fait changer. Si vous regardez une particule excitée, elle se fondra pour que les scientifiques se demandent si cela pourrait être utilisé pour obtenir quelque chose pour rien.

Un échec quantique

Mais, comme d'autres rockers punks qui ont combattu la loi et perdu Les particules quantiques ne correspondent pas à la volonté de l’univers. En regardant les particules, elles ont changé, ce qui signifiait que les scientifiques ne seraient jamais en mesure de savoir à l'avance si une particule spécifique devait être mise à la terre ou non. Et les regarder à nouveau était comme regarder une particule entièrement différente.

Lorsque les scientifiques ont essayé d’observer les particules en utilisant une technique furtive qui ne les perturbait pas suffisamment pour les faire changer, ils ont pu déterminer si une particule était dans un état excité ou à la terre, mais ils ne pouvaient pas agir sur cette information parce que les choses devenaient bizarres.

La technique furtive qui a permis aux scientifiques de déterminer l'état d'une particule quantique envoyant des photons de lumière dans le système et la mesure des photons qui sont revenus. Malheureusement, seulement la moitié des photons reviennent et les autres sont perdus. Les perdus ne sont pas mesurables, mais ils affectent toujours le système. En substance, c'est un casse-tête qui change si vous le regardez, et si vous jetez un coup d'œil, cela changera toutes les parties que vous ne pouvez pas voir afin que toutes les mesures que vous glissez ne valent rien.

] Kater Murch, professeur agrégé de physique en arts et sciences à l’Université de Washington à Saint-Louis, et auteur de la recherche de l’équipe:

Les règles de la thermodynamique pour un monde macroscopique et classique s’appliquent-elles encore superposition? Nous avons trouvé que oui, ils tiennent, sauf qu'il y a une chose étrange. L'information peut être négative.

Il n'y a pas de raison facile à expliquer, peut-être que les systèmes quantiques sont arbitrairement méchants. Peut-être Maxwell était-il sur quelque chose quand il a choisi un démon pour représenter sa théorie du déjeuner libre au lieu d'un ange.

Le fait qu'un système quantique puisse enlever des informations vous avez observé que c'est plus qu'étrange. Plus nous en apprenons sur l'univers, plus il est complexe et étrange.