Você já tentou descongelar seu jantar colocando-o em um freezer idêntico após o outro? Por mais estranho que pareça, estudos recentes de ordem causal indefinida - em que diferentes ordens de eventos são sobrepostas quânticas - sugerem que isso poderia realmente funcionar para sistemas quânticos. Pesquisadores da Universidade de Oxford mostram como o fenômeno pode ser utilizado em um tipo de refrigeração quântica.

Os resultados seguem relatórios dos efeitos da ordem causal indefinida na computação quântica e na comunicação quântica. "As pessoas estavam perguntando - o modelo de circuito quântico é uma descrição completa de cada ordenação quântica possível de eventos?" explica David Felce, um Ph.D. estudante da Universidade de Oxford, enquanto ele descreve como a pesquisa em ordem causal indefinida surgiu nos últimos 10 anos.

Sondar essa questão levou a estudos de estados que passam por canais de despolarização nos quais um estado inicial bem definido termina em um estado totalmente aleatório. Nenhuma transferência de informação significativa é possível por meio de um canal de despolarização, mas as coisas mudam quando o estado quântico é colocado em um canal de despolarização após o outro em uma ordem causal indefinida. Então, a ordem dos canais está em uma sobreposição, e emaranhado com um qubit de controle, que está em uma superposição de diferentes estados. Os pesquisadores descobriram que, quando um estado é passado por dois canais de despolarização em uma ordem causal indefinida, uma certa quantidade de informação é transmitida se o qubit de controle também puder ser medido.

"A termalização é bastante semelhante à despolarização, "explica Felce, explicando que, em vez de dar a você um estado completamente aleatório, A termalização dá a você um estado que é principalmente aleatório com uma chance maior ou menor de estar no estado de energia maior ou menor dependendo da temperatura. "Eu pensei, se você termalizar algo duas vezes em uma ordem causal indefinida, então você não vai acabar com o estado de temperatura que você esperaria. "Resultados inesperados de temperatura da termalização podem ser termodinamicamente úteis, ele adiciona.

Felce e o professor de Ciência da Informação da Universidade de Oxford, Vlatko Vedral, analisaram expressões para um canal de termalização descrito em termos semelhantes a um canal de despolarização e consideraram os efeitos de ordem causal indefinida. Entre os efeitos "estranhos" que encontraram estava a possibilidade de termalizar um estado quântico com dois reservatórios térmicos na mesma temperatura com ordem causal indefinida e terminar com o estado em uma temperatura diferente. Os pesquisadores propõem um ciclo de refrigeração com isso como primeira etapa. Próximo, seria necessário medir o qubit de controle para saber se a temperatura do estado quântico termalizado aumentou ou não. Se tiver, subsequentemente, termalizar o mesmo estado classicamente com um reservatório quente (etapa dois), então um reservatório frio (etapa três) poderia resfriar o reservatório frio porque o calor transferido do estado de volta para o reservatório frio seria menor do que aquele transferido pelos reservatórios frios para o estado na etapa um.

Num relance, isso pode parecer contrário às leis da termodinâmica. Uma geladeira convencional funciona porque está ligada à rede elétrica ou a alguma outra fonte de energia, então, o que fornece a energia para a refrigeração quântica de ordem causal indefinida? Felce explica que isso pode ser descrito da mesma maneira que o demônio de Maxwell se ajusta às leis da termodinâmica.

Maxwell tinha a hipótese de que um demônio monitorando a porta de uma partição em uma caixa de partículas poderia medir a temperatura das partículas e abrir e fechar a porta para separar as partículas quentes e frias em partições separadas da caixa, diminuindo a entropia do sistema. De acordo com as leis da termodinâmica, a entropia deve sempre aumentar na ausência de trabalho realizado. Desde então, os cientistas explicaram a aparente inconsistência, destacando que o demônio está medindo as partículas, e que as informações armazenadas em suas temperaturas medidas exigirão uma certa quantidade de energia para apagar - a energia de apagamento de Landauer.

Felce aponta que, assim como o demônio de Maxwell, em cada ciclo do refrigerador quântico, é necessário fazer uma medição no qubit de controle para saber em que ordem as coisas aconteceram. "Depois de armazenar essas informações essencialmente aleatórias em seu disco rígido, se você quiser retornar seu disco rígido ao estado inicial, então você vai precisar de energia para apagar o disco rígido, "ele diz." Então você pode pensar em alimentar a geladeira com discos rígidos vazios, em vez de eletricidade, para correr."

Próximo, Felce planeja encontrar maneiras de implementar o refrigerador de ordem causal indefinida. Até aqui, implementações experimentais de ordens causais indefinidas usaram qubits de controle em uma superposição de estados de polarização. Um divisor de feixe dependente de polarização enviaria um fóton através de um circuito em uma direção diferente dependendo da polarização, de modo que uma superposição de estados de polarização leva a uma superposição da ordem em que o fóton passa pelos elementos do circuito. Felce também está interessado em generalizar os resultados para mais reservatórios.

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