Физики нашли новый путь для приближения к абсолютному нулю — через усложнение
Международная группа физиков обнаружила, что сложность квантовой системы может стать ключом к приближению к абсолютному нулю, открывая путь к новым технологиям и фундаментальным открытиям. Исследователи показали, что измерение квантовых свойств сложной системы приводит к её дополнительному охлаждению, что бросает вызов устоявшемуся мнению о недостижимости температурной «сингулярности».
Как «стирание» информации охлаждает материю
Традиционные методы охлаждения элементарных частиц основаны на отборе энергии, что требует бесконечных ресурсов и времени для достижения абсолютного нуля (-273,15 °C). Даже в теории, на этом пределе сохраняются нулевые колебания, не позволяющие системе остыть окончательно. Однако новая работа предлагает использовать ранее игнорируемый ресурс — сложность самой системы.
Квантовая неопределённость как инструмент
Феномен проистекает из принципа неопределённости: невозможно одновременно точно измерить, например, координату и импульс частицы. Когда физики определяют положение частицы, все её альтернативные квантовые состояния (волновые функции) мгновенно исчезают — происходит коллапс. Это фактически означает «остановку» частицы, что соответствует состоянию, близкому к абсолютному нулю.
В этот момент, согласно принципу Ландауэра, потеря каждого бита квантовой информации сопровождается выделением энергии. Система теряет энергию и охлаждается. Чем больше информации несёт квантовая система (чем она сложнее), тем сильнее эффект охлаждения при измерении.
Неожиданный прорыв: конечное время и конечная энергия
Ключевое открытие заключается в том, что этот механизм позволяет достичь состояния, эквивалентного абсолютному нулю, за конечное время и с конечными энергетическими затратами. Как отметил один из авторов исследования, Маркус Хубер из Венского технологического университета, никто из участников проекта не ожидал такого результата.
По сути, учёные нашли третий путь к температурному минимуму, который не требует бесконечного расхода двух других ресурсов — времени и энергии. Это меняет саму парадигму поиска.
В 2021 году другая группа физиков уже демонстрировала возможность охлаждения атомов до нанокельвинов с помощью лазерных ловушек. Однако все предыдущие методы сталкивались с фундаментальным ограничением — необходимостью бесконечного времени. Новый подход, основанный на информационной сложности, предлагает принципиально иной механизм.
Открытие имеет прямое практическое значение для квантовых вычислений, где требуется экстремальное охлаждение кубитов для снижения уровня шумов. Если метод подтвердится экспериментально, он может ускорить создание стабильных квантовых процессоров. Кроме того, работа прокладывает мост между термодинамикой и теорией информации, позволяя пересмотреть фундаментальные законы физики на микроуровне. В перспективе, манипулирование сложностью квантовых систем может привести к открытию новых фаз материи и созданию материалов с уникальными свойствами, которые невозможно получить при более высоких температурах.
