A pesquisa pioneira oferece uma visão fascinante do funcionamento interno da mente do "Demônio de Maxwell", um famoso experimento mental em física.

Uma equipe de pesquisa internacional, incluindo a Dra. Janet Anders da Universidade de Exeter, usaram circuitos supercondutores para trazer o 'demônio' à vida.

O demônio, proposto pela primeira vez por James Clerk Maxwell em 1867, é um ser hipotético que pode obter mais energia útil de um sistema termodinâmico do que uma das leis mais fundamentais da física - a segunda lei da termodinâmica - deveria permitir.

Crucialmente, a equipe não apenas observou diretamente a energia adquirida pela primeira vez, eles também rastrearam como as informações são armazenadas na memória do demônio.

A pesquisa é publicada na principal revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )

O experimento mental original foi proposto pela primeira vez pelo físico matemático James Clerk Maxwell - um dos cientistas mais influentes da história - 150 anos atrás.

Ele levantou a hipótese de que as partículas de gás em duas caixas adjacentes poderiam ser filtradas por um 'demônio' operando uma pequena porta, isso permitia que apenas partículas de energia rápida passassem em uma direção e partículas de baixa energia na direção oposta.

Como resultado, uma caixa ganha uma energia média maior do que a outra, o que cria uma diferença de pressão. Esta situação de não equilíbrio pode ser usada para ganhar energia, não muito diferente da energia obtida quando a água armazenada atrás de uma barragem é liberada.

Portanto, embora o gás estivesse inicialmente em equilíbrio, o demônio pode criar uma situação de desequilíbrio e extrair energia, contornando a segunda lei da termodinâmica.

Dr. Anders, Um importante físico teórico do departamento de física da Universidade de Exeter acrescenta:"Na década de 1980, descobriu-se que esta não é a história completa. As informações sobre as propriedades das partículas permanecem armazenadas na memória do demônio. Essas informações levam a um processo energético custo que então reduz o ganho de energia do demônio a nulo, resolvendo o paradoxo. "

Nesta pesquisa, a equipe criou um demônio quântico Maxwell, manifestado como uma cavidade de microondas, que retira energia de um qubit supercondutor. A equipe foi capaz de mapear totalmente a memória do demônio após sua intervenção, revelando as informações armazenadas sobre o estado do qubit.

O Dr. Anders acrescenta:"O fato de o sistema se comportar mecanicamente quântico significa que a partícula pode ter uma energia alta e baixa ao mesmo tempo, não apenas qualquer uma dessas opções conforme considerada por Maxwell. "

Este experimento inovador oferece uma visão fascinante da interação entre as informações quânticas e a termodinâmica, e é um passo importante no desenvolvimento atual de uma teoria para processos termodinâmicos em nanoescala.

'Observing a Quantum Maxwell demon at Work' é publicado em PNAS .