Russische Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, ein Quantengerät zu entwickeln, das gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt und einen Wirkungsgrad von praktisch 100% aufweist. Dies geht aus einem Artikel hervor, der in der Zeitschrift Physics Review A veröffentlicht wurde.
„Jede Wärmekraftmaschine besteht aus einer Heizung, die eigentlich eine Energiequelle ist, und einem Kühlschrank, dessen Aufgabe es ist, das Arbeitsmedium der Maschine zu kühlen. Der Kühlschrank senkt die Entropie des Motors und verschwendet unweigerlich einen Teil der Wärmeenergie aus der Heizung. Deshalb erreicht der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine nie 100% “, erklärt Andrey Lebedev, Mitarbeiter der Technischen Universität Zürich und des MIPT in Dolgoprudny.
Eine der Grundlagen der modernen Physik und Kosmologie ist das Konzept des sogenannten Zeitpfeils - das Postulat, dass sich die Zeit in unserem Universum ausschließlich in eine Richtung bewegt, von der Vergangenheit in die Zukunft. Mit anderen Worten, wir bewegen uns durch den vierdimensionalen Raum in nur einer Richtung entlang der Zeitachse, und es ist unmöglich, die Zeit zurückzuspulen.
Aus physikalischer Sicht manifestiert sich dies in der Tatsache, dass die Unordnung, das Chaos des Universums, ein Zustand, den Wissenschaftler Entropie nennen, im Laufe der Zeit stetig wächst. Dieser Prozess manifestiert sich beispielsweise darin, wie sich der Energiezustand des Universums ändert. Das Prinzip, das Wissenschaftler oft als "das zweite Gesetz der Thermodynamik" bezeichnen, wird als unzerbrechliche Regel angesehen, die das Leben des gesamten Universums auf allen Ebenen regelt.
Gordey Lesovik und Andrey Lebedev. Foto: MIPT
Vor einem Jahr entdeckten Wissenschaftler des Moskauer Instituts für Physik und Technologie unter der Leitung von Gordey Lesovik vom Institut für Theoretische Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik auf Quantenebene verletzt werden kann. Dies ebnete den Weg für die Schaffung eines Quantenanalogons des berühmten Dämons Maxwell - einer hypothetischen Kreatur, die schnelle und langsame Moleküle aussortiert.
Diese Idee veranlasste Wissenschaftler zu der Annahme, dass solche Quanten- "Dämonen" verwendet werden können, um eine Maschine zu schaffen, deren Effizienz 100% betragen wird. Für seine Entwicklung schlagen Wissenschaftler vor, zwei Paare von Qubits zu verwenden - elementare Rechenmodule und Speicherzellen von Quantencomputern, die auf Quantenebene miteinander verbunden sind.
Die Qubits im Motor von Lesovik und seinen Kollegen erfüllen zwei Funktionen: Sie absorbieren Wärme und ermöglichen das "Teleportieren" überschüssiger Entropie außerhalb des Systems, wobei sie die Rolle von Maxwells Dämon spielen. Dies ermöglicht es dem Gerät, tatsächlich einen Zustand zu erreichen, der einer Perpetual-Motion-Maschine der zweiten Art entspricht.
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Tatsächlich ist dieses Gerät natürlich keine Perpetual-Motion-Maschine - wie Lesovik erklärt, müssen für seinen Betrieb die „dämonischen“Qubits ständig aktualisiert werden, die das Entropiesystem reinigen, indem sie auf besondere Weise gekühlt werden. Auf der anderen Seite geschieht dies außerhalb des Geräts selbst, was uns sagen lässt, dass formal der zweite Hauptsatz der Thermodynamik innerhalb des Geräts verletzt wird.
Jetzt setzen Lesovik und seine Kollegen diese Idee in die Praxis um und schaffen eine ähnliche Perpetual-Motion-Maschine, die auf supraleitenden Qubits - Transmons - basiert.
