Phiên bản gốc của câu chuyện này xuất hiện ở Tạp chí Quanta.
Nếu có một định luật vật lý có vẻ dễ nắm bắt thì đó là định luật thứ hai của nhiệt động lực học: Nhiệt truyền tự phát từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn. Nhưng bây giờ, một cách nhẹ nhàng và gần như ngẫu nhiên, Alexssandre de Oliveira Jr. vừa cho tôi thấy rằng tôi thực sự không hiểu điều đó chút nào.
Hãy uống tách cà phê nóng và bình sữa lạnh này, nhà vật lý người Brazil nói khi chúng tôi ngồi trong một quán cà phê ở Copenhagen. Đưa chúng tiếp xúc và chắc chắn rằng nhiệt sẽ truyền từ vật nóng sang vật lạnh, giống như nhà khoa học người Đức Rudolf Clausius lần đầu tiên tuyên bố chính thức vào năm 1850. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, de Oliveira giải thích, các nhà vật lý đã học được rằng các định luật cơ học lượng tử có thể điều khiển dòng nhiệt theo chiều ngược lại: từ lạnh đến nóng.
Điều này thực sự không có nghĩa là định luật thứ hai thất bại, anh ấy nói thêm khi cà phê của anh ấy đã nguội đi một cách yên tâm. Chỉ là cách diễn đạt của Clausius là “giới hạn cổ điển” của một công thức hoàn chỉnh hơn mà vật lý lượng tử yêu cầu.
Các nhà vật lý bắt đầu đánh giá cao sự tinh tế của tình huống này hơn hai thập kỷ trước và đã khám phá phiên bản cơ học lượng tử của định luật thứ hai kể từ đó. Giờ đây, de Oliveira, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng loại “dòng nhiệt dị thường” được kích hoạt ở quy mô lượng tử có thể có cách sử dụng thuận tiện và khéo léo.
Họ nói, nó có thể đóng vai trò như một phương pháp dễ dàng để phát hiện “lượng tử” – ví dụ, cảm nhận rằng một vật thể đang ở trong một “chồng chất” lượng tử của nhiều trạng thái có thể quan sát được, hoặc hai vật thể đó bị vướng víu, với các trạng thái phụ thuộc lẫn nhau – mà không phá hủy những hiện tượng lượng tử tinh tế đó. Một công cụ chẩn đoán như vậy có thể được sử dụng để đảm bảo rằng máy tính lượng tử thực sự sử dụng tài nguyên lượng tử để thực hiện các phép tính. Nó thậm chí có thể giúp cảm nhận các khía cạnh lượng tử của lực hấp dẫn, một trong những mục tiêu mở rộng của vật lý hiện đại. Các nhà nghiên cứu cho biết tất cả những gì cần thiết là kết nối một hệ thống lượng tử với hệ thống thứ hai có thể lưu trữ thông tin về nó và với một bộ tản nhiệt: một vật thể có khả năng hấp thụ nhiều năng lượng. Với thiết lập này, bạn có thể tăng cường truyền nhiệt đến tản nhiệt, vượt quá mức cho phép theo cách cổ điển. Đơn giản bằng cách đo độ nóng của bồn rửa, khi đó bạn có thể phát hiện sự hiện diện của sự chồng chất hoặc sự vướng víu trong hệ lượng tử.