Группа ученых под руководством Оксфордского университета выявила важный аспект, связанный с работой квантовых часов: сам акт измерения влияет на энтропию. Количество энергии, необходимое для считывания показаний квантовых часов, намного больше, чем та энергия, которая тратится непосредственно на функционирование самих часов. Это открытие ставит перед разработчиками квантовых устройств новую проблему и одновременно открывает перспективы для дальнейших исследований, пишет ScienceDaily.
Классические часы, будь то механические или атомные, используют необратимые процессы для отсчета времени. Однако на квантовом уровне эти процессы либо чрезвычайно слабы, либо вовсе отсутствуют, что затрудняет точное измерение времени. Именно поэтому устройства вроде квантовых датчиков и навигационных систем нуждаются в надежных внутренних часах, работающих с минимальными затратами энергии. Ранее термодинамика этих процессов оставалась недостаточно изученной.
Цель ученых состояла в том, чтобы установить реальную энергетическую нагрузку, возникающую при поддержании времени в квантовых системах, и выявить вклад самой процедуры измерения. Они разработали миниатюрные часы, основанные на движении одиночных электронов между двумя крошечными зонами, называемыми двойной квантовой точкой. Перемещение электрона аналогично механическому тиканью обычных часов. Используя два способа наблюдения, ученые фиксировали перемещения электронов: первый способ заключался в измерении сверхмалых электрических токов, второй — в обнаружении малейших колебаний с помощью радиоволн. Оба подхода превращали квантовые явления (скачки электронов) в регистрируемую классическую информацию.
Затем было подсчитано количество энергии, выделяющейся в процессе работы самих часов и приборов для измерений. Выяснилось, что энергия, затрачиваемая на получение показания квантовых часов (преобразование слабого сигнала в пригодную форму), примерно в миллиард раз превосходит энергию, используемую самим устройством. Эти выводы опровергли прежнее представление о незначительности расходов энергии на измерения в квантовой физике и показали удивительный факт: само наблюдение создает необратимый процесс, определяющий течение времени.
Таким образом, исследование показало, что улучшение точности квантовых часов требует не столько совершенствования компонентов самих часов, сколько разработки более эффективных способов измерения.
Ранее физики открыли принципиально новое состояние материи.
