Εξερεύνηση της αρχής του Landauer με υπερψυχρά άτομα
Μια πρωτοποριακή μελέτη, με τη συμβολή του καθηγητή Σπύρου Σωτηριάδη του Πανεπιστημίου Κρήτης, παρέχει νέες πληροφορίες για την αρχή του Landauer, μια θεμελιώδη έννοια που συνδέει τη θεωρία της πληροφορίας με τη θερμοδυναμική, παρατηρώντας τη δυναμικά σε ένα κβαντικό σύστημα πολλών σωμάτων. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Physics (DOI: 10.1038 s41567-025-02930-9 <https://doi.org/10.1038/s41567-025-02930-9>), καταδεικνύει πώς η κβαντική πληροφορία εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου και συνδέεται με τη διάχυση ενέργειας, εμβαθύνοντας την κατανόησή μας για την κβαντική φυσική και τη θερμοδυναμική.
Η αρχή του Landauer, που αναπτύχθηκε αρχικά στο πλαίσιο της κλασικής υπολογιστικής, υποστηρίζει ότι η διαγραφή πληροφοριών σε ένα σύστημα απαιτεί διάχυση ενέργειας στο περιβάλλον. Στην κβαντική φυσική, αυτή η αρχή εκφράζεται μέσω μιας σχέσης μεταξύ της εντροπίας von Neumann — ενός μέτρου κβαντικής πληροφορίας — της αμοιβαίας πληροφορίας και της σχετικής εντροπίας, οι οποίες σχετίζονται με την ενέργεια που διαχέεται ως θερμότητα. Η έρευνα της ομάδας αποτελεί την πρώτη πειραματική παρατήρηση της χρονικής εξέλιξης αυτών των ποσοτήτων σε ένα κβαντικό σύστημα πολλών σωμάτων, ρίχνοντας φως στη διάδοση της κβαντικής πληροφορίας.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια καινοτόμο πειραματική πλατφόρμα με υπερψυχρά άτομα ελεγχόμενα μέσω ενός atom-chip. Αυτή η διάταξη επέτρεψε μια «προσομοίωση κβαντικών πεδίων», όπου ένα κβαντικό σύστημα πολλών σωμάτων αναπαράγει τη συμπεριφορά μοντέλων της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Με τον ακριβή έλεγχο και την παρατήρηση των υπερψυχρών ατόμων, η ομάδα παρακολούθησε τη διάδοση των κβαντικών πεδίων που μεταφέρουν αρχικές συσχετίσεις σε όλο το σύστημα, επαληθεύοντας τις θεωρητικές προβλέψεις σχετικά με τη δυναμική τους.
Για να μετρήσει την χρονική εξέλιξη της κβαντικής κατάστασης και να εξαγάγει τα σχετικά μέτρα πληροφορίας, η ομάδα χρησιμοποίησε μια μέθοδο κβαντικής τομογραφίας. Αυτή η τεχνική τους επέτρεψε να ανακατασκευάσουν την κβαντική κατάσταση σε διάφορα χρονικά σημεία, παρέχοντας μια λεπτομερή εικόνα του πώς εξελίσσονται η εντροπία von Neumann, η αμοιβαία πληροφορία και η σχετική εντροπία, επιβεβαιώνοντας το θεωρητικό πλαίσιο της αρχής του Landauer στο κβαντικό περιβάλλον.
«Τα ευρήματά μας αποδεικνύουν τις δυνατότητες των προσομοιώσεων κβαντικών πεδίων με τη χρήση υπερψυχρών ατόμων», δήλωσε ο καθηγητής Σ. Σωτηριάδης. Η μελέτη αποτελεί σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ κβαντικής πληροφορίας και διάχυσης ενέργειας. Αξιοποιώντας πρωτοποριακές πειραματικές τεχνικές, η ομάδα έθεσε τα θεμέλια για μελλοντικές έρευνες του θερμοδυναμικού κόστους των κβαντικών διαδικασιών, με πιθανές επιπτώσεις στην κβαντική υπολογιστική και τη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.
Για περισσότερες λεπτομέρειες, διαβάστε το πλήρες άρθρο στο Nature Physics
(DOI: 10.1038/s41567-025-02930-9 <https://doi.org/10.1038/s41567-025-02930-9>).
