Els investigadors han analitzat com l'entropia, una mesura fonamental del desordre, i les seves fluctuacions es produeixen en els sistemes quàntics i els seus voltants
La termodinàmica, la branca de la física que estudia la calor, la temperatura i la seva relació amb l'energia i el treball, pot estendre's molt més allà dels grans sistemes macroscòpics que percebem en la nostra vida quotidiana. Comprendre les fluctuacions estocàstiques en les propietats termodinàmiques —com el treball, la calor i l'entropia— és essencial per estudiar la termodinàmica dels sistemes microscòpics. No obstant això, aquestes fluctuacions resulten ser més que soroll aleatori: la seva estadística està marcada per la simetria d’inversió temporal de la dinàmica subjacent, i satisfà una classe de relacions universals dites «teoremes de fluctuació». Els teoremes de fluctuació s'han desenvolupat per a sistemes quàntics centrant-se principalment en sistemes acoblats a entorns en equilibri tèrmic ideals.
Un equip internacional d'investigadors de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (EUA), la Universitat Complutense de Madrid (Espanya) i l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC, UIB-CSIC), ha publicat un estudi a Physical Review X en el qual s'han centrat a alleugerir aquesta restricció d'entorns en equilibri degut a la grandària finita efectiva dels banys tèrmics reals i a la possibilitat de dissenyar reservoris no tèrmics amb propietats quàntiques. Aquests entorns generalitzats proporcionen noves fonts d'energia gratuïta i poden aplanar el camí perquè els motors tèrmics superin els límits tradicionals de rendiment. En aquest estudi, demostren l'existència de teoremes de fluctuació per a una varietat d'ambients clàssics i quàntics, i mostren que en algunes situacions l'entropia total pot descompondre's en dues contribucions diferents: les produccions d'entropia adiabàtica i no adiabàtica (sense/amb intercanvi de calor en el sistema), que representen diferents fonts d'irreversibilitat.
Aquests resultats poden tenir profundes implicacions per als estudis de petits dispositius quàntics que realitzen tasques termodinàmiques, com treballs d'extracció o refrigeració, i poden ajudar a aclarir el paper de la «quàntica» en la termodinàmica.
Referència bibliogràfica
Quantum Fluctuation Theorems for Arbitrary Environments: Adiabatic and Nonadiabatic Entropy Production. Gonzalo Manzano, Jordan M. Horowitz, and Juan M. R. Parrondo Phys. Rev. X 8, 031037 – DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031037
Data de publicació: 25/09/2018