La recherche pionnière offre une vue fascinante sur le fonctionnement interne de l'esprit du «démon de Maxwell», une célèbre expérience de pensée en physique.

Une équipe de recherche internationale, dont le Dr Janet Anders de l'Université d'Exeter, ont utilisé des circuits supraconducteurs pour donner vie au « démon ».

Le démon, proposé pour la première fois par James Clerk Maxwell en 1867, est un être hypothétique qui peut tirer plus d'énergie utile d'un système thermodynamique que l'une des lois les plus fondamentales de la physique - la deuxième loi de la thermodynamique - ne devrait le permettre.

Surtout, l'équipe a non seulement observé directement l'énergie gagnée pour la première fois, ils ont également suivi comment les informations sont stockées dans la mémoire du démon.

La recherche est publiée dans la principale revue scientifique Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).

L'expérience de pensée originale a été proposée pour la première fois par le physicien mathématicien James Clerk Maxwell, l'un des scientifiques les plus influents de l'histoire, il y a 150 ans.

Il a émis l'hypothèse que les particules de gaz dans deux boîtes adjacentes pourraient être filtrées par un «démon» actionnant une petite porte, cela ne permettait que les particules d'énergie rapide de passer dans une direction et les particules de faible énergie dans l'autre sens.

Par conséquent, une boîte gagne une énergie moyenne plus élevée que l'autre, ce qui crée une différence de pression. Cette situation de non-équilibre peut être utilisée pour gagner de l'énergie, un peu comme l'énergie obtenue lorsque l'eau stockée derrière un barrage est libérée.

Ainsi, bien que le gaz soit initialement en équilibre, le démon peut créer une situation de non-équilibre et extraire de l'énergie, contournant la deuxième loi de la thermodynamique.

Docteur Anders, un éminent physicien théoricien du département de physique de l'Université d'Exeter ajoute :« Dans les années 1980, il a été découvert que ce n'était pas toute l'histoire. Les informations sur les propriétés des particules restent stockées dans la mémoire du démon. coût qui réduit alors le gain d'énergie du démon à zéro, résoudre le paradoxe."

Dans cette recherche, l'équipe a créé un démon quantique Maxwell, se manifeste par une cavité micro-ondes, qui tire de l'énergie d'un qubit supraconducteur. L'équipe a pu cartographier entièrement la mémoire du démon après son intervention, dévoiler les informations stockées sur l'état du qubit.

Le Dr Anders ajoute :"Le fait que le système se comporte de manière quantique signifie que la particule peut avoir une énergie élevée et faible en même temps, pas seulement l'un ou l'autre de ces choix tels qu'envisagés par Maxwell. »

Cette expérience révolutionnaire donne un aperçu fascinant de l'interaction entre l'information quantique et la thermodynamique, et est une étape importante dans le développement actuel d'une théorie pour les processus thermodynamiques à l'échelle nanométrique.

'Observing a Quantum Maxwell demon at Work' est publié dans PNAS .