日本の名古屋大学とスロバキア科学アカデミーの研究者は、量子理論が熱力学の第二法則の違反を禁じていないことを発見しました。ただし、量子プロセスは依然として法律に準拠する可能性があります。
この発見は、量子理論と熱力学が別々のフィールドであるにもかかわらず、うまく機能することを示しています。これにより、量子コンピューティングや小さなエンジンなどの量子技術の新たな進歩につながる可能性があります。
簡単に言えば、2番目の熱力学的法則は、物事が自然に時間とともにより障害になる傾向があることを意味します。部屋を清潔に保とうとしていると想像してみてください。どんなに一生懸命頑張っても、それ自体で再び乱雑になるようです！同様に、周期的なエンジン（車のエンジンなど）では、1つの温度ソースから熱を使用するだけで作業を生成することはできません。
このルールは物理学の基本ですが、完全に把握するのが難しい場合があります。
「」のパラドックスマックスウェルの悪魔1867年にジェームズ書記官マックスウェルが提案した、この議論を示しています。悪魔はガス内で高速で遅い分子を分類し、温度差を生み出し、第二法則に反します。
物理学者は、デーモンを熱力学的法則の対象となる物理システムとして扱うことにより、このパラドックスを解決しようとしました。エネルギーは記憶を消去し、違反を相殺する必要があります。
研究者は、「悪魔のエンジン」の数学的モデルを作成しました。そこでは、悪魔がシステムを測定し、熱環境への結合によって作業を抽出し、その記憶を消去します。彼らは、特定の条件下で、抽出された作業が消費された作業を超えて、第二法律に違反しているように見えることを発見しました。
彼らは、量子力学と熱力学のバランスを示すために量子プロセスを設計できることを発見しました。彼らの発見は、第2の法律が量子測定を制限せず、熱力学的規則に違反することなく量子プロセスを実装できることを示しています。
この研究は、量子システムの限界に関する理解を高めます。熱力学的原理を順守しながら、新しい量子技術を開発するための基盤を提供します。
ジャーナルリファレンス：
- 中川、S。、モハンマディ、MH、サカイ、K。etal。情報熱力学の第2法則の普遍的な妥当性。 NPJ Quantum Inf 11、18（2025）。 doi： 10.1038/S41534-024-00922-W
#量子理論と熱力学の相互作用