Fisikawan telah menemukan trik kuantum untuk mencapai nol mutlak: ScienceAlert

dikenal sebagai keadaan istirahat total nol mutlak Ini adalah salah satu prestasi mustahil alam semesta. Sedekat mungkin, hukum fisika akan selalu mencegah kita mencapai dasar termoklin.

Tim peneliti internasional kini telah mengidentifikasi jalur teoretis baru untuk mencapai tanda legendaris nol kelvin, atau -273,15 derajat Celcius (-459,67 derajat Fahrenheit). Tidak, ini tidak mungkin melanggar hukum apa pun dan menghilangkan setiap secercah panas terakhir, tetapi kerangka kerja tersebut dapat menginspirasi cara baru untuk menjelajahi materi pada suhu yang lebih rendah.

sebagai hasil dari Hukum ketiga termodinamika, menghapus kenaikan energi panas dari sekelompok partikel untuk mendinginkannya hingga nol mutlak akan selalu mengambil langkah yang tak terhingga. Karena itu, diperlukan energi yang tak terbatas untuk mencapainya. cukup menantang.

Fisika klasik membuat ini relatif mudah. Namun, jika dilihat dalam konteks fisika kuantum, masalahnya mulai terlihat sedikit berbeda.

Fisika kuantum menggambarkan partikel menurut kemungkinan penyebarannya. Begitu suatu sifat diukur, ia memiliki keadaan konkret, dan bahkan kemudian, sifat lain dari partikel tersebut menjadi kurang pasti. Partikel pada titik teoretis nol mutlak tidak akan bergerak, yang berarti posisinya pasti. Detail kuantitatif mengenai lokasi mereka sebelumnya akan dihapus secara efektif, dan informasinya dihapus.

Masuk Prinsip Landaueryang menyatakan bahwa menghapus suatu informasi membutuhkan energi yang minimal dan terbatas.

Apakah ini berarti ada trik kuantitatif untuk kembali ke nol?

Ada dua solusi untuk paradoks. Jumlah waktu atau energi yang tidak terbatas masih diperlukan untuk melakukan lompatan ini. Atau – menurut penelitian baru – itu akan membutuhkan penghapusan kompleksitas yang tak terbatas.

Pengungkapan baru tentang peran kompleksitas inilah yang menawarkan sudut pandang baru untuk pencarian jalan menuju nol mutlak, bahkan jika secara praktis tidak mungkin seperti solusi yang telah dikerjakan oleh para ilmuwan.

“Kami telah menemukan bahwa sistem kuantum yang memungkinkan keadaan dasar absolut tercapai dapat didefinisikan bahkan pada energi terbatas dan pada waktu terbatas – tidak ada dari kita yang mengharapkannya,” Dia berkata Fisikawan partikel Markus Huber, dari Universitas Teknologi Wina di Austria.

“Tapi sistem kuantum khusus ini memiliki sifat penting lainnya: mereka sangat kompleks.”

Apa yang kita miliki sekarang pada dasarnya adalah “versi kuantum” dari hukum ketiga termodinamika yang melampaui apa yang diajarkan fisika klasik kepada kita: jumlah energi, waktu, atau kompleksitas diperlukan untuk mencapai nol mutlak.

Perhitungan dan pemodelan tim juga menunjukkan bahwa menghapus data sepenuhnya dan suhu serendah mungkin terkait erat, dan tampaknya tidak mungkin dicapai oleh manusia biasa.

Maka, ada kemungkinan bahwa peningkatan kompleksitas dalam sistem adalah cara lain untuk mendekati nol mutlak, atau setidaknya bergerak maju lebih cepat.

“Jika Anda ingin sepenuhnya menghapus informasi kuantum di komputer kuantum, dan dalam proses memindahkan qubit ke keadaan dasar yang benar-benar murni, Anda secara teoritis memerlukan komputer kuantum yang sangat kompleks yang dapat dengan sempurna mengontrol jumlah partikel yang tidak terbatas,” Dia berkata Hopper.

Secara praktis, tidak ada sistem komputer yang sempurna — jadi gagasan bahwa partikel dalam komputer kuantum tidak dapat sepenuhnya dihapus dari datanya (atau keadaan sebelumnya) seharusnya tidak menjadi batu sandungan dalam pengembangan teknologi ini.

Mekanika kuantum dan suhu terkait erat — saat kita mendekati nol mutlak, fenomena kuantum aneh mulai terjadi — dan para peneliti mengatakan ini adalah area lain di mana temuan penelitian ini dapat berguna di masa depan.

“Inilah mengapa sangat penting untuk lebih memahami hubungan antara teori kuantum dan termodinamika,” Dia berkata Hopper. “Ada banyak kemajuan yang menarik di bidang ini sekarang. Perlahan-lahan menjadi mungkin untuk melihat bagaimana dua bagian penting dari fisika ini saling terkait.”

Riset dipublikasikan di PRX Quantum.