No experimento mental do demônio original de Maxwell, um demônio faz medições contínuas em um sistema de reservatórios quentes e frios, construir um gradiente térmico que pode ser usado posteriormente para realizar trabalhos. Como as medições do demônio não consomem energia, parece que o demônio viola a segunda lei da termodinâmica, embora esse paradoxo possa ser resolvido considerando que o demônio usa informações para realizar suas tarefas de classificação.

É bem sabido que quando um sistema quântico é medido continuamente, congela, ou seja, para de mudar, que se deve a um fenômeno denominado efeito zeno quântico. Isso leva à pergunta:o que pode acontecer quando o demônio de Maxwell entra no regime quântico de Zenão? As medições contínuas do demônio farão com que o sistema quântico congele e impeça a extração de trabalho, ou o demônio ainda será capaz de influenciar a dinâmica do sistema?

Em um artigo publicado no New Journal of Physics , os físicos Georg Engelhardt e Gernot Schaller, da Universidade Técnica de Berlim, teoricamente implementaram o demônio de Maxwell em um transistor de elétron único para investigar as ações do demônio no regime quântico de Zeno.

Em seu modelo, o transistor de elétron único consiste em dois reservatórios de elétrons acoplados por um ponto quântico, com um demônio fazendo medições contínuas no sistema. Os pesquisadores demonstraram que, como previsto pelo efeito zeno quântico, as medições contínuas do demônio bloqueiam o fluxo de corrente entre os dois reservatórios. Como resultado, o demônio não consegue extrair trabalho.

Contudo, os pesquisadores também investigaram o que acontece quando as medições do demônio não são totalmente contínuas. Eles descobriram que existe uma taxa de medição ideal na qual as medições não fazem com que o sistema congele, mas onde um gradiente químico se acumula entre os dois reservatórios e o trabalho pode ser extraído.

"O significado principal de nossas descobertas é que é necessário investigar a dinâmica transitória de curto tempo de dispositivos termoelétricos, para encontrar o desempenho ideal, "Engelhardt disse Phys.org . "Isso pode ser importante para melhorar os dispositivos tecnológicos em nanoescala."

Os físicos explicam que esse regime intermediário está entre o regime quântico em que ocorrem os efeitos quânticos genuínos e o regime clássico. O que é especialmente atraente sobre este regime é que, devido às medidas do demônio, a energia total do sistema diminui de forma que nenhuma energia externa precisa ser investida para fazer o demônio funcionar.

"Devido ao método não Markoviano aplicado, conseguimos encontrar um modo de funcionamento do demônio, no qual - além do acúmulo do gradiente químico - ele também ganha trabalho devido à medição, "Engelhardt explicou.

Daqui para frente, pode ser possível extrair trabalho do gradiente químico e usá-lo, por exemplo, para carregar uma bateria. Os pesquisadores planejam abordar essa possibilidade e outras no futuro.

"Em nossa pesquisa futura, pretendemos investigar aplicações potenciais, "Engelhardt disse." Os processos de feedback são importantes, por exemplo, em muitos processos biológicos. Esperamos identificar e analisar os processos de transporte quântico do ponto de vista de feedback.

"Além disso, estamos interessados ​​no controle de feedback de estruturas de bandas topológicas. Como os efeitos topológicos dependem fortemente de dinâmicas coerentes, as medições parecem ser um obstáculo para o controle de feedback. Contudo, para uma medição fraca apropriada, que destrói apenas parcialmente o estado quântico coerente, uma manipulação de feedback pode ser razoável. "

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