En el experimento de pensamiento demoníaco original de Maxwell, un demonio realiza mediciones continuas en un sistema de depósitos fríos y calientes, creando un gradiente térmico que luego se puede utilizar para realizar el trabajo. Como las medidas del demonio no consumen energía, parece que el demonio viola la segunda ley de la termodinámica, aunque esta paradoja se puede resolver considerando que el demonio usa información para realizar sus tareas de clasificación.

Es bien sabido que cuando un sistema cuántico se mide continuamente, se congela, es decir., deja de cambiar, que se debe a un fenómeno llamado efecto zeno cuántico. Esto lleva a la pregunta:¿qué podría suceder cuando el demonio de Maxwell entre en el régimen cuántico de Zenón? ¿Las continuas mediciones del demonio harán que el sistema cuántico se congele y evite la extracción de trabajo? ¿O el demonio aún podrá influir en la dinámica del sistema?

En un artículo publicado en el Nueva Revista de Física , Los físicos Georg Engelhardt y Gernot Schaller de la Universidad Técnica de Berlín han implementado teóricamente el demonio de Maxwell en un transistor de un solo electrón para investigar las acciones del demonio en el régimen cuántico de Zeno.

En su modelo, el transistor de un solo electrón consta de dos depósitos de electrones acoplados por un punto cuántico, con un demonio que realiza mediciones continuas en el sistema. Los investigadores demostraron que, como lo predice el efecto cuántico Zeno, Las continuas mediciones del demonio bloquean el flujo de corriente entre los dos depósitos. Como resultado, el demonio no puede extraer trabajo.

Sin embargo, los investigadores también investigaron qué sucede cuando las medidas del demonio no son del todo continuas. Descubrieron que existe una tasa de medición óptima a la que las mediciones no hacen que el sistema se congele, pero donde se acumula un gradiente químico entre los dos depósitos y se puede extraer trabajo.

"El significado clave de nuestros hallazgos es que es necesario investigar la dinámica transitoria a corto plazo de los dispositivos termoeléctricos, para encontrar el rendimiento óptimo, "Engelhardt dijo Phys.org . "Esto podría ser importante para mejorar los dispositivos tecnológicos a nanoescala".

Los físicos explican que este régimen intermedio se encuentra entre el régimen cuántico en el que se producen efectos cuánticos genuinos y el régimen clásico. Lo que es especialmente atractivo de este régimen es que, debido a las medidas del demonio, la energía total del sistema disminuye de modo que no es necesario invertir energía externa para hacer que el demonio funcione.

"Debido al método no markoviano aplicado, hemos podido encontrar un modo de trabajo del demonio, en el cual, además de la acumulación del gradiente químico, también gana trabajo debido a la medición, ", Explicó Engelhardt.

Avanzando, puede ser posible extraer trabajo del gradiente químico y usarlo, por ejemplo, para cargar una batería. Los investigadores planean abordar esta posibilidad y otras en el futuro.

"En nuestra investigación futura, nuestro objetivo es investigar posibles aplicaciones, ", Dijo Engelhardt." Los procesos de retroalimentación son importantes, por ejemplo, en muchos procesos biológicos. Esperamos identificar y analizar los procesos de transporte cuántico desde un punto de vista de retroalimentación.

"Es más, estamos interesados ​​en el control por retroalimentación de las estructuras de bandas topológicas. Como los efectos topológicos dependen en gran medida de una dinámica coherente, las mediciones parecen ser un obstáculo para el control de la retroalimentación. Sin embargo, para una medición débil adecuada, que sólo destruye parcialmente el estado cuántico coherente, una manipulación de la retroalimentación podría ser razonable ".

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