Des physiciens ont découvert une astuce quantique pour atteindre le zéro absolu : ScienceAlert

connu sous le nom d’état de repos complet zéro absolu C’est l’un des exploits impossibles de l’univers. Au plus près, les lois de la physique nous empêcheront toujours de toucher le fond de la thermocline.

Une équipe internationale de chercheurs vient d’identifier une nouvelle voie théorique pour atteindre la marque légendaire du zéro kelvin, soit -273,15 degrés Celsius (-459,67 degrés Fahrenheit). Non, il est peu probable qu’il enfreigne les lois et élimine la dernière lueur de chaleur, mais le cadre pourrait inspirer de nouvelles façons d’explorer la matière à des températures plus basses.

à cause de La troisième loi de la thermodynamique, retirer des incréments d’énergie thermique d’un groupe de particules pour les refroidir jusqu’au zéro absolu prendra toujours un nombre infini d’étapes. En tant que tel, il a fallu une quantité infinie d’énergie pour y parvenir. tout un défi.

La physique classique rend cela relativement simple. Cependant, vu dans le contexte de la physique quantique, le problème commence à être un peu différent.

La physique quantique décrit les particules en fonction de leur propagation de probabilité. Une fois qu’un trait est mesuré, il a un état concret, et même alors, les autres traits de la particule deviennent moins certains. La particule au point théorique du zéro absolu n’aura aucun mouvement, ce qui signifie que sa position sera certaine. Les détails quantitatifs concernant leur emplacement précédent seront effectivement effacés et les informations supprimées.

Entre dans Principe de Landauerqui stipule que la suppression d’une information nécessite une quantité d’énergie minimale et limitée.

Cela signifie-t-il qu’il existe une astuce quantitative pour revenir à zéro après tout ?

Il existe deux solutions au paradoxe. Une quantité illimitée de temps ou d’énergie pourrait encore être nécessaire pour faire ce saut. Ou – selon les nouvelles recherches – cela nécessiterait d’éliminer une quantité infinie de complexité.

C’est cette nouvelle révélation sur le rôle de la complexité qui offre un nouvel angle pour la recherche d’un chemin vers le zéro absolu, même si c’est aussi pratiquement impossible que la solution avec laquelle les scientifiques ont déjà travaillé.

« Nous avons découvert que les systèmes quantiques qui permettent d’atteindre des états fondamentaux absolus peuvent être définis même à une énergie finie et à un temps fini – aucun de nous ne s’y attendait. » Il dit Markus Huber, physicien des particules, de l’Université de technologie de Vienne en Autriche.

« Mais ces systèmes quantiques spéciaux ont une autre propriété importante : ils sont infiniment complexes. »

Ce que nous avons maintenant est essentiellement une « version quantique » de la troisième loi de la thermodynamique qui va au-delà de ce que la physique classique nous enseigne : une quantité infinie d’énergie, de temps, ou complexité nécessaire pour atteindre le zéro absolu.

Les calculs et la modélisation de l’équipe montrent également que l’effacement complet des données et la température la plus basse possible sont étroitement liés et semblent impossibles à réaliser par de simples mortels.

Il est donc possible que la complexité croissante des systèmes soit un autre moyen de se rapprocher du zéro absolu, ou du moins d’avancer plus rapidement.

« Si vous voulez effacer complètement les informations quantiques dans un ordinateur quantique, et dans le processus déplacer un qubit vers un état fondamental absolument pur, vous auriez théoriquement besoin d’un ordinateur quantique infiniment complexe qui peut parfaitement contrôler un nombre infini de particules », Il dit Trémie.

Pratiquement parlant, aucun système informatique n’est jamais parfait – donc l’idée qu’une particule dans un ordinateur quantique ne peut pas être complètement effacée de ses données (ou de ses états antérieurs) ne devrait pas être une pierre d’achoppement dans le développement de ces technologies.

La mécanique quantique et la température sont étroitement liées – alors que nous approchons du zéro absolu, d’étranges phénomènes quantiques commencent à se produire – et les chercheurs disent que c’est un autre domaine où les résultats de cette étude pourraient être utiles à l’avenir.

« C’est précisément pourquoi il est si important de mieux comprendre la relation entre la théorie quantique et la thermodynamique », Il dit Trémie. « Il y a beaucoup de progrès intéressants dans ce domaine en ce moment. Il devient lentement possible de voir comment ces deux parties importantes de la physique s’entremêlent. »

Recherche publiée dans PRX Quantique.