أظهر باحثون في الصين تدفق الحرارة من البارد إلى الساخن في نظام كمومي، مما قد يتطلب تحديثات للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. باستخدام جزيء ككيوبيتات، قام الفريق بتلاعب المعلومات الكمومية لتحقيق هذا الانعكاس. يكشف الاكتشاف عن الاختلافات بين الفيزياء الكلاسيكية والكمومية.
في دراسة نُشرت في Physical Review Letters، استكشف Dawei Lu وزملاؤه في Southern University of Science and Technology في الصين ديناميكيات الحرارة في العالم الكمومي. استخدموا جزيء من حمض الكروتونيك، مستخدمين نوى أربع ذرات كربون ككيوبيتات —الوحدات الأساسية للحواسيب الكمومية. من خلال التحكم في الحالات الكمومية لهذه الكيوبيتات باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي، عكس الباحثون الاتجاه النموذجي لتدفق الحرارة، موجهاً إياه من كيوبيت أبرد إلى أسخن. يتعارض هذا الانعكاس مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الذي ينص على أن الحرارة تنتقل بشكل طبيعي من الأجسام الساخنة إلى الباردة، كما في سيناريوهات يومية مثل كوب قهوة يبرد. ومع ذلك، في الأنظمة الكمومية، يصبح هذا السلوك ممكناً من خلال 'التماسك'، شكل من أشكال المعلومات الكمومية التي تعمل كمصدر طاقة. 'من خلال حقن التحكم في هذه المعلومات الكمومية، يمكننا عكس اتجاه تدفق الحرارة'، شرح Lu. أعرب الفريق عن حماسه للنتيجة. نشأت قوانين الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر، مسبقة الفيزياء الكمومية بحوالي قرن. للتوفيق بين الملاحظة، قدم الباحثون مفهوم 'درجة الحرارة الظاهرية'، الذي يدمج الخصائص الكمومية مثل التماسك. تحت هذه المقياس، تدفقت الحرارة من درجات حرارة ظاهرية أعلى إلى أقل، مُعيدة التوافق مع القانون الثاني. علق Roberto Serra من Federal University of ABC في البرازيل بأن التماسك يعمل كمورد ديناميكي حراري، مشابه للحرارة في المحركات الكلاسيكية. لاحظ أن الديناميكا الحرارية التقليدية تفترض عدم الوصول إلى الحالات الكمومية المجهرية، مما يؤدي إلى انتهاك ظاهري. 'هذا انتهاك ظاهري فقط لأننا يجب أن نكتب قوانين جديدة مع الأخذ في الاعتبار أن لدينا هذا الوصول'، قال Serra. في المستقبل، يهدف فريق Lu إلى تطوير بروتوكولات عملية لإدارة الحرارة في الكيوبيتات. يمكن أن تعزز مثل هذه التطورات الحوسبة الكمومية من خلال تحسين طرق التبريد، معالجة تحدٍ رئيسي في المجال حيث يحد الزائد الحراري من الأداء، تماماً كما في الحواسيب التقليدية.