Dans l'expérience de pensée démoniaque originale de Maxwell, un démon effectue des mesures en continu sur un système de réservoirs chauds et froids, la constitution d'un gradient thermique qui pourra ensuite être utilisé pour effectuer des travaux. Comme les mesures du démon ne consomment pas d'énergie, il apparaît que le démon viole la deuxième loi de la thermodynamique, bien que ce paradoxe puisse être résolu en considérant que le démon utilise l'information pour effectuer ses tâches de tri.

Il est bien connu que lorsqu'un système quantique est mesuré en continu, ça gèle, c'est à dire., ça arrête de changer, qui est dû à un phénomène appelé effet quantique Zeno. Cela conduit à la question :que pourrait-il se passer lorsque le démon de Maxwell entrera dans le régime quantique de Zeno ? Les mesures continues du démon vont-elles geler le système quantique et empêcher l'extraction du travail, ou le démon pourra-t-il encore influencer la dynamique du système ?

Dans un article publié dans le Nouveau Journal de Physique , Les physiciens Georg Engelhardt et Gernot Schaller de l'Université technique de Berlin ont théoriquement implémenté le démon de Maxwell dans un transistor à un électron afin d'étudier les actions du démon dans le régime quantique de Zeno.

Dans leur modèle, le transistor monoélectronique est constitué de deux réservoirs d'électrons couplés par une boîte quantique, avec un démon effectuant des mesures en continu sur le système. Les chercheurs ont démontré que, comme prédit par l'effet quantique Zeno, les mesures continues du démon bloquent la circulation du courant entre les deux réservoirs. Par conséquent, le démon ne peut pas extraire le travail.

Cependant, les chercheurs ont également étudié ce qui se passe lorsque les mesures du démon ne sont pas tout à fait continues. Ils ont constaté qu'il existe un taux de mesure optimal auquel les mesures ne provoquent pas le gel du système, mais où un gradient chimique s'accumule entre les deux réservoirs et le travail peut être extrait.

"L'importance clé de nos résultats est qu'il est nécessaire d'étudier la dynamique transitoire à court terme des dispositifs thermoélectriques, afin de trouver les performances optimales, " Engelhardt a dit Phys.org . "Cela pourrait être important pour améliorer les dispositifs technologiques à l'échelle nanométrique."

Les physiciens expliquent que ce régime intermédiaire se situe entre le régime quantique dans lequel se produisent de véritables effets quantiques et le régime classique. Ce qui est particulièrement intéressant dans ce régime, c'est que, à cause des mensurations du démon, l'énergie totale du système diminue de sorte qu'aucune énergie externe n'a besoin d'être investie pour faire fonctionner le démon.

"En raison de la méthode non-markovienne appliquée, nous avons pu trouver un mode de fonctionnement du démon, auquel, outre l'accumulation du gradient chimique, il gagne également du travail en raison de la mesure, " expliqua Engelhardt.

Aller de l'avant, il peut être possible d'extraire du travail du gradient chimique et de l'utiliser, par exemple, pour charger une batterie. Les chercheurs prévoient d'aborder cette possibilité et d'autres à l'avenir.

« Dans nos futures recherches, nous visons à étudier les applications potentielles, " a déclaré Engelhardt. " Les processus de rétroaction sont importants, par exemple, dans de nombreux processus biologiques. Nous espérons identifier et analyser les processus de transport quantique d'un point de vue rétroactif.

"En outre, nous nous intéressons au contrôle par rétroaction des structures de bandes topologiques. Comme les effets topologiques reposent fortement sur une dynamique cohérente, les mesures semblent être un obstacle au contrôle par rétroaction. Cependant, pour une mesure faible appropriée, qui ne détruit que partiellement l'état quantique cohérent, une manipulation de rétroaction pourrait être raisonnable."

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