Peneliti di China telah menunjukkan panas mengalir dari dingin ke panas dalam sistem kuantum, yang berpotensi memerlukan pembaruan pada hukum kedua termodinamika. Menggunakan molekul sebagai qubit, tim memanipulasi informasi kuantum untuk mencapai pembalikan ini. Temuan ini menyoroti perbedaan antara fisika klasik dan kuantum.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan di Physical Review Letters, Dawei Lu dan rekannya di Southern University of Science and Technology di China mengeksplorasi dinamika panas di alam kuantum. Mereka menggunakan molekul asam krotonat, menggunakan inti empat atom karbon sebagai qubit—unit dasar komputer kuantum. Dengan mengendalikan keadaan kuantum qubit ini menggunakan radiasi elektromagnetik, para peneliti membalik arah aliran panas tipikal, mengarahkannya dari qubit yang lebih dingin ke yang lebih panas. Pembalikan ini bertentangan dengan hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa panas secara alami bergerak dari benda panas ke dingin, seperti yang terlihat dalam skenario sehari-hari seperti secangkir kopi yang mendingin. Namun, dalam sistem kuantum, perilaku seperti itu menjadi mungkin melalui 'koherensi', bentuk informasi kuantum yang berfungsi sebagai sumber energi. 'Dengan menyuntikkan dan mengendalikan informasi kuantum ini, kami dapat membalik arah aliran panas', jelas Lu. Tim menyatakan kegembiraan atas hasil tersebut. Hukum termodinamika berasal dari abad ke-19, mendahului fisika kuantum sekitar satu abad. Untuk merekonsiliasi pengamatan tersebut, para peneliti memperkenalkan konsep 'suhu semu', yang menggabungkan sifat kuantum seperti koherensi. Di bawah ukuran ini, panas mengalir dari suhu semu yang lebih tinggi ke lebih rendah, memulihkan konsistensi dengan hukum kedua. Roberto Serra dari Federal University of ABC di Brasil mengomentari bahwa koherensi berfungsi sebagai sumber daya termodinamika, mirip dengan panas dalam mesin klasik. Ia mencatat bahwa termodinamika tradisional mengasumsikan tidak ada akses ke keadaan kuantum mikroskopis, yang menyebabkan pelanggaran semu. 'Ini hanya pelanggaran semu karena kita harus menulis hukum baru yang mempertimbangkan akses ini', kata Serra. Ke depan, tim Lu bertujuan mengembangkan protokol praktis untuk mengelola panas pada qubit. Kemajuan seperti itu dapat meningkatkan komputasi kuantum dengan memperbaiki metode pendinginan, mengatasi tantangan utama di bidang di mana panas berlebih membatasi kinerja, seperti pada komputer konvensional.