Измерение квантовых часов требует в миллиард раз больше энергии, чем их работа

Исследователи из Оксфордского университета обнаружили, что считывание показаний квантовых часов требует энергии, в миллиард раз превышающей затраты на их работу. Это открытие, опубликованное 14 ноября в журнале Physical Review Letters, указывает на фундаментальную роль процесса измерения в направлении течения времени.

Новый эксперимент показывает, что обнаружение «тиков» квантовых часов требует значительно больше энергии, чем их генерация. Этот дисбаланс демонстрирует, что именно наблюдение заставляет время течь вперед. Credit: AI/ScienceDaily.com

Команда создала миниатюрные часы на основе двойной квантовой точки, где прыжки отдельных электронов служили «тиками». Измерения проводились двумя методами: регистрацией слабых электрических токов и детектированием радиоволн. Оба подхода преобразовывали квантовые события в классическую информацию.

Расчеты показали, что энергия, рассеиваемая при измерении (энтропия), может быть до миллиарда раз больше, чем энергия, затрачиваемая самой «часовой» системой. Это опровергает представление о незначительности затрат на измерение в квантовой физике.

«В квантовых часах, работающих на мельчайших масштабах, ожидалось снижение энергозатрат на отсчет времени, но наш эксперимент показал неожиданный поворот. Оказалось, что стоимость квантовых "тиков" намного превышает стоимость работы самих часов», — заявила ведущий автор профессор Наталия Арес.

Исследователи предполагают, что этот дисбаланс может быть преимуществом. Дополнительная энергия измерения позволяет получать более богатую информацию о поведении часов, включая малейшие флуктуации, что открывает путь к созданию высокоточных и эффективных устройств.

Соавтор Вивек Вадхия отметил: «Наши результаты показывают, что энтропия, производимая усилением и измерением "тиков" часов, является наиболее важной и фундаментальной термодинамической стоимостью отсчета времени на квантовом уровне».

Открытие также затрагивает фундаментальные вопросы физики, включая однонаправленность времени, демонстрируя, что именно акт измерения, а не сам процесс «тикания», придает времени его направление.