Forskere rapporterer omvendelse af strømmen i et kvantesystem

I et klassisk termodynamisk system, varmestrøm strømmer fra den varmere krop til den koldere, eller elektricitet fra den højere spænding til den lavere. Det samme sker i kvantesystemer, men denne tilstand kan ændres, og strømmen af ​​energi og partikler kan vendes, hvis en kvanteobservator indsættes i systemet.

Dette er hovedresultatet opnået af gruppen ledet af professor Ángel Rubio fra UPV/EHU og Max Planck Institute PMSD, sammen med samarbejdspartnere på BCCMS -centret i Bremen. Deres undersøgelse er blevet offentliggjort i npj Quantum Materials .

I makroskopiske objekter som f.eks. En vandstrøm, at observere strømmen påvirker ikke vandets strømning og, i overensstemmelse med lovene i klassisk termodynamik, denne strømning ville finde sted fra den øvre til den nedre del af systemet. Imidlertid, i kvantesystemer, "observationsprocessen ændrer systemets tilstand, og det gør det mere sandsynligt, at strømmen får strøm til at flyde i en eller anden retning, "siger Ángel Rubio, en professor ved Hamborg-baserede Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter.

Rubio siger, at dette ikke udgør "en krænkelse af nogen grundlæggende teori om fysik, og energien er ikke skabt ud af ingenting. Det der sker er, at indsættelse af en observatør i systemet fungerer som en hindring, som om du skulle lukke kanalen i en rørledning, som vandet strømmer igennem. Naturligvis, hvis belastningen begynder at bygge op, det ville ende med at gå i den modsatte retning. Med andre ord, observatøren projekterer systemets tilstand til en tilstand, der transmitterer strøm eller energi i modsatte retninger. "

Rubio husker sin overraskelse, da han opdagede, at indsættelse af kvanteobservatoren fik strømmenes retning og energioverførsel til at ændre sig:"I første omgang, vi troede det var en fejl. Vi forventede at støde på ændringer, og vi troede, at det ville være muligt at standse transporten, men vi forventede ikke, at der ville være en fuldstændig ændring af flow. Disse ændringer i strømretning kan også foretages på en kontrolleret måde. Afhængigt af hvor observatøren er indsat, strømmen kan ændres, men der er bestemte områder i enheden, hvor på trods af at se, retningen ændrer sig ikke, " han siger.

Vanskeligheder ved eksperimentelt design

Styring af varmen og strømmen af ​​partikler på denne måde kan åbne døren for forskellige strategier til design af kvantetransportenheder med retningskontrol af indsprøjtning af strømme til applikationer inden for termoelektrisk, spintronics, fonologi og detektion, blandt andre. Men Ángel Rubio mener, at disse applikationer er langt væk, fordi han ser begrænsninger i observatørernes design:"Vi har foreslået en simpel model, og teorien kan let verificeres, fordi al energi og entropi -strømme bevares. At udføre denne proces eksperimentelt ville være en anden sag. Selvom den type enhed, der skal designes, eksisterer, og at producere det ville være muligt, lige nu, der er ingen mulighed for at gøre dette på en kontrolleret måde. "

Dermed, forskergruppen undersøger nu andre, lignende ideer. "Vi leder efter andre mekanismer som et alternativ til kvanteobservatører, der gør det muligt at opnå lignende effekter, og som ville være mere realistiske, når det kommer til at implementere dem eksperimentelt, "Siger Rubio.