La investigación pionera ofrece una visión fascinante del funcionamiento interno de la mente del 'Demonio de Maxwell', un famoso experimento mental en física.

Un equipo de investigación internacional, incluida la Dra. Janet Anders de la Universidad de Exeter, han utilizado circuitos superconductores para dar vida al "demonio".

El demonio, propuesto por primera vez por James Clerk Maxwell en 1867, es un ser hipotético que puede obtener más energía útil de un sistema termodinámico de lo que debería permitir una de las leyes más fundamentales de la física, la segunda ley de la termodinámica.

Crucialmente, el equipo no solo observó directamente la energía ganada por primera vez, también rastrearon cómo la información se almacena en la memoria del demonio.

La investigación se publica en la principal revista científica procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

El experimento mental original fue propuesto por primera vez por el físico matemático James Clerk Maxwell, uno de los científicos más influyentes de la historia, hace 150 años.

Él planteó la hipótesis de que las partículas de gas en dos cajas adyacentes podrían ser filtradas por un 'demonio' ​​operando una pequeña puerta, eso permitió que solo las partículas de energía rápida pasaran en una dirección y las partículas de baja energía en la dirección opuesta.

Como resultado, una caja gana una energía promedio más alta que la otra, lo que crea una diferencia de presión. Esta situación de no equilibrio se puede utilizar para ganar energía, no muy diferente de la energía que se obtiene cuando se libera el agua almacenada detrás de una presa.

Entonces, aunque el gas estaba inicialmente en equilibrio, el demonio puede crear una situación de no equilibrio y extraer energía, pasando por alto la segunda ley de la termodinámica.

Dr. Anders, un destacado físico teórico del departamento de física de la Universidad de Exeter agrega:"En la década de 1980 se descubrió que esta no es la historia completa. La información sobre las propiedades de las partículas permanece almacenada en la memoria del demonio. Esta información conduce a un enérgico costo que luego reduce la ganancia de energía del demonio a nulo, resolviendo la paradoja ".

En esta investigación, el equipo creó un demonio cuántico de Maxwell, manifestado como una cavidad de microondas, que extrae energía de un qubit superconductor. El equipo pudo mapear completamente la memoria del demonio después de su intervención, revelando la información almacenada sobre el estado del qubit.

El Dr. Anders añade:"El hecho de que el sistema se comporte de forma mecánica cuántica significa que la partícula puede tener una energía alta y baja al mismo tiempo, no sólo cualquiera de estas opciones consideradas por Maxwell ".

Este innovador experimento ofrece un fascinante vistazo a la interacción entre la información cuántica y la termodinámica. y es un paso importante en el desarrollo actual de una teoría para los procesos termodinámicos a nanoescala.

'Observing a Quantum Maxwell demon at Work' se publica en PNAS .