¿Alguna vez ha intentado descongelar su cena metiéndola en un congelador idéntico tras otro? Por extraño que parezca Estudios recientes de orden causal indefinido, en el que se superponen cuánticamente diferentes órdenes de eventos, sugieren que esto podría funcionar en realidad para los sistemas cuánticos. Investigadores de la Universidad de Oxford muestran cómo se puede utilizar el fenómeno en un tipo de refrigeración cuántica.

Los resultados siguen los informes de los efectos del orden causal indefinido en la computación cuántica y la comunicación cuántica. "La gente preguntaba:¿es el modelo de circuito cuántico una descripción completa de cada posible ordenamiento cuántico de eventos?" explica David Felce, un doctorado estudiante de la Universidad de Oxford, mientras describe cómo la investigación sobre el orden causal indefinido ha surgido durante los últimos 10 años.

El sondeo de esta pregunta condujo a estudios de estados que pasan por canales despolarizantes en los que un estado inicial bien definido termina en un estado totalmente aleatorio. No es posible una transferencia de información significativa a través de un canal despolarizante, pero las cosas cambian cuando el estado cuántico pasa por un canal de despolarización tras otro en un orden causal indefinido. Entonces el orden de los canales está en superposición, y enredado con un qubit de control, que está en una superposición de diferentes estados. Los investigadores han descubierto que cuando un estado pasa a través de dos canales despolarizantes en un orden causal indefinido, se transmite una cierta cantidad de información si también se puede medir el qubit de control.

"La termalización es bastante similar a la despolarización, "explica Felce, explicando que en lugar de darte un estado completamente aleatorio, La termalización le da un estado que es mayormente aleatorio con una probabilidad mayor o menor de estar en el estado de mayor o menor energía dependiendo de la temperatura. "Pensé, si termaliza algo dos veces en un orden causal indefinido, entonces no terminará con el estado de temperatura que esperaría ". Los resultados inesperados de temperatura de la termalización podrían ser termodinámicamente útiles, él añade.

Felce y el profesor de Ciencias de la Información de la Universidad de Oxford, Vlatko Vedral, analizaron las expresiones de un canal termalizante descrito en términos similares a un canal despolarizante y consideraron los efectos del orden causal indefinido. Entre los efectos "extraños" que encontraron estaba la posibilidad de termalizar un estado cuántico con dos depósitos térmicos a la misma temperatura con un orden causal indefinido y terminar con el estado en una temperatura diferente. Los investigadores proponen un ciclo de refrigeración con este como primer paso. Próximo, sería necesario medir el qubit de control para saber si la temperatura del estado cuántico termalizado se ha elevado o no. Si tiene, Posteriormente, termalizar el mismo estado clásicamente con un depósito caliente (paso dos) luego un depósito frío (paso tres) podría enfriar el depósito frío porque el calor transferido desde el estado de regreso al depósito frío sería menor que el transferido por los depósitos fríos a el estado en el paso uno.

De un vistazo esto puede parecer contrario a las leyes de la termodinámica. Un frigorífico convencional funciona porque está enchufado a la red eléctrica o alguna otra fuente de energía, Entonces, ¿qué proporciona la energía para la refrigeración cuántica de orden causal indefinido? Felce explica que esto se puede describir de la misma manera que el demonio de Maxwell encaja con las leyes de la termodinámica.

Maxwell había planteado la hipótesis de que un demonio que controlaba la puerta de una partición en una caja de partículas podría medir la temperatura de las partículas y abrir y cerrar la puerta para clasificar las partículas frías y calientes en particiones separadas de la caja. disminuyendo la entropía del sistema. Según las leyes de la termodinámica, la entropía siempre debería aumentar en ausencia de trabajo realizado. Desde entonces, los científicos han explicado la aparente inconsistencia al destacar que el demonio está midiendo las partículas, y que la información almacenada en sus temperaturas medidas requerirá una cierta cantidad de energía para borrarse:la energía de borrado de Landauer.

Felce señala que, al igual que el demonio de Maxwell, en cada ciclo del refrigerador cuántico, es necesario realizar una medición en el qubit de control para saber en qué orden sucedieron las cosas. "Una vez que haya almacenado esta información esencialmente aleatoria en su disco duro, si desea devolver su disco duro a su estado inicial, entonces necesitará energía para borrar el disco duro, ", dice." Así que podría pensar en alimentar la nevera con discos duros vacíos, en lugar de electricidad, correr."

Próximo, Felce planea buscar formas de implementar el refrigerador de orden causal indefinido. Hasta aquí, Las implementaciones experimentales de órdenes causales indefinidos han utilizado qubits de control en una superposición de estados de polarización. Un divisor de haz dependiente de la polarización enviaría un fotón a través de un circuito en una dirección diferente dependiendo de la polarización, de modo que una superposición de estados de polarización conduce a una superposición del orden en que el fotón pasa a través de los elementos del circuito. Felce también está interesado en estudiar la posibilidad de generalizar los resultados a más reservorios.

© 2020 Science X Network