Forscher überprüfen die Beziehung zwischen der Rate eines Nichtgleichgewichtsprozesses und der Rate, mit der er Entropie erzeugt

Ein Forscherteam, das mehreren Institutionen in China angehört, hat die Beziehung zwischen der Rate, mit der ein Nichtgleichgewichtsprozess abläuft, und der Rate, mit der er Entropie erzeugt, verifiziert. In ihrem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Briefe zur körperlichen Überprüfungbeschreiben die Forscher Experimente mit einzelnen Calciumatomen in einer Ionenfalle und Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen ihrer Lebensdauer und der Geschwindigkeit, mit der sie Energie durch verschiedene Arten von Bädern austauschen können.

Vor zwei Jahren verwendeten die Physiker Massimiliano Esposito und Gianmaria Falasco eine statistische mathematische Skizze, um zu zeigen, dass es eine Beziehung zwischen der Lebensdauer eines Nichtgleichgewichtsprozesses und der mit dem Prozess verbundenen Entropierate gibt. In diesem neuen Versuch testeten die Forscher die in der Arbeit von Esposito und Falasco beschriebenen Ideen unter Verwendung von eingefangenen Calciumionen.

In ihren Experimenten verwendete das Team in China Licht, um Kalziumatome in einer Falle zu stimulieren, und maß die Änderungen der Entropierate – in diesem Fall beinhaltete dies die Messung der Änderungsrate, wenn sich das System von einem elektronischen Zustand in einen anderen bewegte. Die Änderungen der elektronischen Zustände erfolgen jedoch nicht reibungslos; Stattdessen kommen sie in Sprüngen und treten zu zufälligen Zeiten auf. Die Forscher stellen auch fest, dass die Quantensprungtheorie davon ausgeht, dass solche Sprünge durch die Energiedissipation zwischen einem bestimmten System und seiner Umgebung bestimmt werden.

Um die Sprünge zu messen, verwendeten die Forscher mehrere Laser, um künstliche Umgebungen für die gefangenen Ionen zu schaffen, die sie als Wärmebäder bezeichnen. Bemerkenswerterweise verwendeten sie auch separate Laser, um elektronische Zustände im Ion anzuregen, die nicht Teil von Quantensprüngen waren. Die Forscher manipulierten dann die Laser, um die Übergänge zu steuern, von denen sich einer als „kaltes Bad“, der andere als „heißes Bad“ verhielt. Das Ergebnis war ein Modell des von Esposito und Falasco beschriebenen Systems.

Sie schlagen vor, dass ihre Arbeit Forschern helfen könnte, die an Quantencomputern arbeiten, indem sie zeigen, wie Dissipation in solchen Systemen funktioniert. Sie merken auch an, dass ihre Arbeit genauso gut für klassische Geräte gelten könnte.

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