(Phys.org) - Les physiciens ont proposé un nouveau type de démon de Maxwell - l'agent hypothétique qui extrait le travail d'un système en diminuant l'entropie du système - dans lequel le démon peut extraire le travail simplement en effectuant une mesure, en tirant parti des fluctuations quantiques et de la superposition quantique.

L'équipe d'Alexia Auffèves du CNRS et de l'Université Grenoble Alpes a publié un article sur le nouveau démon de Maxwell dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

« Dans le monde classique, la thermodynamique nous apprend à extraire l'énergie des fluctuations thermiques induites sur un grand système (comme un gaz ou de l'eau) en le couplant à une source chaude, " Auffèves a déclaré à Phys.org. " Dans le monde quantique, les systèmes sont petits, et ils peuvent fluctuer, même s'ils ne sont pas chauds, mais simplement parce qu'ils sont mesurés. Dans notre papier, nous montrons qu'il est possible d'extraire de l'énergie de ces fluctuations véritablement quantiques, induite par la mesure quantique."

Depuis que James Clerk Maxwell a proposé le premier démon vers 1870, de nombreuses autres versions ont été étudiées théoriquement et expérimentalement. Plus récemment, les physiciens ont commencé à enquêter sur les démons de Maxwell qui opèrent dans le régime quantique, qui pourrait un jour avoir des implications pour les technologies de l'information quantique.

La plupart des versions quantiques du démon ont quelques points communs :elles sont entraînées thermiquement par un bain de chaleur, et le démon fait des mesures pour extraire des informations uniquement. Les mesures n'extraient en fait aucun travail, mais plutôt l'information obtenue par les mesures permet au démon d'agir sur le système de sorte que l'énergie soit toujours extraite du cycle.

Le nouveau démon de Maxwell diffère des versions précédentes en ce qu'il n'y a pas de bain de chaleur - le démon n'est pas thermiquement conduit, mais axé sur la mesure. Aussi, les mesures ont des objectifs multiples :elles extraient non seulement des informations sur l'état du système, mais ils sont aussi le "carburant" pour extraire le travail du système. Ceci est dû au fait, lorsque le démon effectue une mesure sur un qubit dans le système proposé, la mesure projette le qubit d'un état dans une superposition d'états, qui fournit de l'énergie au qubit simplement en raison du processus de mesure. Dans leur papier, les physiciens ont proposé une expérience dans laquelle des mesures quantiques projectives de non-démolition peuvent être effectuées avec des impulsions lumineuses répétées toutes les 70 nanosecondes environ.

Étant donné que des expériences récentes ont déjà démontré la possibilité d'effectuer des mesures à des fréquences aussi élevées, les physiciens s'attendent à ce que le nouveau démon de Maxwell puisse être facilement mis en œuvre en utilisant la technologie existante. À l'avenir, ils prévoient également d'étudier les applications potentielles de l'informatique quantique.

"Ce moteur est une preuve de concept parfaite démontrant que la mesure quantique a une certaine empreinte énergétique, " a déclaré Auffèves. " Maintenant, je voudrais inverser le jeu et utiliser cet effet pour estimer le coût énergétique des tâches quantiques, si elles sont effectuées en présence d'une entité de mesure. C'est le cas dans un ordinateur quantique, qui est continuellement «mesuré» par son environnement. Cet effet est appelé décohérence et est le plus grand ennemi du calcul quantique. Notre travail fournit des outils pour estimer l'énergie nécessaire pour le contrer."

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