Dans un système thermodynamique classique, le courant de chaleur circule du corps le plus chaud vers le plus froid, ou l'électricité de la tension la plus élevée à la plus basse. La même chose se produit dans les systèmes quantiques, mais cet état peut être changé, et le flux d'énergie et de particules peut être inversé si un observateur quantique est inséré dans le système.

C'est le principal résultat obtenu par le groupe dirigé par le professeur Ángel Rubio de l'UPV/EHU et du Max Planck Institute PMSD, avec des collaborateurs du centre BCCMS de Brême. Leur étude a été publiée dans Matériaux quantiques npj .

Dans des objets macroscopiques tels qu'un courant d'eau, l'observation du courant n'affecte pas le débit de l'eau et, conformément aux lois de la thermodynamique classique, cet écoulement se ferait de la partie supérieure vers la partie inférieure du système. Cependant, dans les systèmes quantiques, "le processus d'observation change l'état du système, et cela rend plus probable que le courant soit amené à circuler dans un sens ou dans un autre, " dit ngel Rubio, professeur à l'Institut Max Planck de Hambourg pour la structure et la dynamique de la matière.

Rubio dit que cela ne constitue "une violation d'aucun théorème fondamental de la physique et que l'énergie n'est pas créée à partir de rien. Ce qui se passe, c'est que l'insertion d'un observateur dans le système agit comme un obstacle, comme si vous deviez fermer le canal d'une canalisation par laquelle l'eau s'écoule. Évidemment, si la charge commence à s'accumuler, cela finirait par aller dans la direction opposée. En d'autres termes, l'observateur projette l'état du système sur un état qui transmet le courant ou l'énergie dans des directions opposées."

Rubio se souvient de sa surprise en découvrant que l'insertion de l'observateur quantique faisait changer les directions du courant et le transfert d'énergie :« Au départ, nous pensions que c'était une erreur. Nous nous attendions à rencontrer des changements et nous pensions qu'il serait possible d'arrêter le transport, mais nous ne nous attendions pas à ce qu'il y ait un changement complet de flux. Ces changements de direction du courant peuvent également être effectués de manière contrôlée. Selon l'endroit où l'observateur est inséré, le débit peut être modifié, mais il y a des zones spécifiques dans l'appareil dans lesquelles, malgré la recherche, la direction ne change pas, " il dit.

Difficultés pour la conception expérimentale

Ce contrôle de la chaleur et du courant des particules pourrait ouvrir la porte à diverses stratégies de conception de dispositifs de transport quantique avec contrôle de directionnalité de l'injection de courants pour des applications en thermoélectrique, spintronique, phononique et détection, entre autres. Mais Ángel Rubio pense que ces applications sont loin, car il voit des limites dans la conception des observateurs :« Nous avons proposé un modèle simple, et la théorie peut être facilement vérifiée car tous les flux d'énergie et d'entropie sont préservés. Réaliser ce processus expérimentalement serait une autre affaire. Bien que le type d'appareil qu'il faudrait concevoir existe, et le produire serait faisable, à l'heure actuelle, il n'y a aucune possibilité de le faire de manière contrôlée."

Ainsi, le groupe de recherche explore maintenant d'autres, idées similaires. "Nous recherchons d'autres mécanismes comme alternative aux observateurs quantiques qui permettraient d'obtenir des effets similaires et qui seraient plus réalistes lorsqu'il s'agit de les mettre en œuvre expérimentalement, " dit Rubio.