Когда машина состоит всего из одного атома и нескольких частиц света, где проходит граница между теплом и полезной работой?
В эпоху квантовых технологий этот на первый взгляд абстрактный вопрос становится вполне практическим: нужно научиться описывать крошечные «квантовые двигатели» так, чтобы классическая термодинамика и квантовая физика не противоречили друг другу. Ученые из Базельского университета (Швейцария) предложили теоретическую схему, которая примиряет оба подхода в одном описании.
Термодинамика появилась в XIX веке, эта наука была нужна для понимания работы паровых машин и больших установок, где важны средние характеристики огромного числа частиц. Квантовая физика XX века, наоборот, описывает поведение отдельных атомов и субатомных частиц. Сегодня эти миры все чаще пересекаются: системы из одного-двух атомов и фотонов могут принимать энергию, перерабатывать ее и отдавать, действуя как микроскопические квантовые машины.
Задача в том, чтобы получить единую систему, которая будет работать и для полностью квантового описания, и в так называемом полуклассическом пределе, когда часть системы рассматривается как квантовая, а часть — по законам классической физики. Группа профессора Патрика Поттса из Базеля представила такую теорию.
В качестве модельного примера физики рассмотрели атом, помещенный в оптический резонатор между двумя зеркалами. Атом может поглощать и испускать фотоны, в резонатор непрерывно поступает свет от лазера, а часть света утекает через полупрозрачные зеркала. «Это классический учебный пример так называемой управляемой и рассеивающей системы, которая постоянно получает энергию и одновременно теряет ее в окружающую среду», объясняет постдок Марсело Янович. В такой конфигурации атом ведет себя как миниатюрный тепловой двигатель — или, точнее, «световой двигатель».
Источник: hi-tech.mail.ru