La entropía reducida en una red tridimensional de átomos súper enfriados y atrapados por láser podría ayudar a acelerar el progreso hacia la creación de computadoras cuánticas. Un equipo de investigadores de Penn State puede reorganizar una matriz de átomos distribuidos al azar en bloques perfectamente organizados, realizando asíla función de un "demonio de Maxwell", un experimento mental de la década de 1870 que desafió la segunda ley de la termodinámica. Los bloques organizados de átomos podrían formar la base de una computadora cuántica que utiliza átomos no cargados para codificar datos y realizar cálculos.que describe la investigación aparece el 6 de septiembre de 2018 en la revista Naturaleza .
"Las computadoras tradicionales usan transistores para codificar datos como bits que pueden estar en uno de dos estados: cero o uno", dijo David Weiss, profesor de física en Penn State y líder del equipo de investigación. "Estamos ideando cuánticaLas computadoras que usan átomos como 'bits cuánticos' o 'qubits' que pueden codificar datos basados en fenómenos mecánicos cuánticos que les permiten estar en múltiples estados simultáneamente. Organizar los átomos en una cuadrícula 3D compacta nos permite colocar muchos átomos en unárea pequeña y hace que el cálculo sea más fácil y más eficiente "
La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía, a veces considerada como desorden, de un sistema no puede disminuir con el tiempo. Una de las consecuencias de esta ley es que excluye la posibilidad de un dispositivo de movimiento perpetuo. Alrededor de 1870,James Clerk Maxwell propuso un experimento mental en el que un demonio podía abrir y cerrar una puerta entre dos cámaras de gas, permitiendo que los átomos más cálidos pasaran en una dirección y los átomos más fríos en la otra. Esta clasificación, que no requería entrada de energía,dar como resultado una reducción de la entropía en el sistema y una diferencia de temperatura entre las dos cámaras que podrían usarse como una bomba de calor para realizar el trabajo, lo que viola la segunda ley.
"El trabajo posterior ha demostrado que el demonio en realidad no viola la segunda ley y posteriormente ha habido muchos intentos de idear sistemas experimentales que se comporten como el demonio", dijo Weiss. "Ha habido algunos éxitos a escalas muy pequeñas,pero hemos creado un sistema en el que podemos manipular una gran cantidad de átomos, organizándolos de una manera que reduzca la entropía del sistema, al igual que el demonio ".
Los investigadores usan láseres para atrapar y enfriar átomos en una red tridimensional con 125 posiciones dispuestas como un cubo de 5 por 5 por 5. Luego llenan aleatoriamente aproximadamente la mitad de las posiciones en la red con átomos. Ajustando la polarización deCon las trampas láser, los investigadores pueden mover átomos individualmente o en grupos, reorganizando los átomos distribuidos al azar para llenar completamente 5 por 5 por 2 o 4 por 4 por 3 subconjuntos de la red.
"Debido a que los átomos se enfrían a una temperatura casi tan baja como sea posible, la entropía del sistema se define casi por completo por la configuración aleatoria de los átomos dentro de la red", dijo Weiss. "En sistemas donde los átomos no son súperEnfriado, la vibración de los átomos constituye la mayoría de la entropía del sistema. En tal sistema, la organización de los átomos hace poco para cambiar la entropía, pero en nuestro experimento, mostramos que la organización de los átomos reduce la entropía dentro del sistemaun factor de aproximadamente 2.4 "
Además de Weiss, el equipo de investigación de Penn State incluye a Aishwarya Kumar, Tsung-Yao Wu y Felipe Giraldo Mejia. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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