Heat currents and fluctuations in quantum systems operating as autonomous Maxwell demons
Irene Ada Picatoste, Rafael Sánchez (Tutor). Universidad Autónoma de Madrid.
Un demonio de Maxwell es un experimento mental ideado como una paradoja ante la segunda ley de la termodinámica. La idea original consistía en una criatura, o demonio, capaz de conocer la velocidad de cada partícula individual de un gas, y capaz de separar las más rápidas de las más lentas sin realizar un trabajo en ellas. Entonces, podría separar el gas en una parte más fría y otra más caliente, disminuyendo de esta manera la entropía del sistema sin ningún aporte energético. La paradoja se resuelve al incluir la contribución del demonio en el cálculo de la entropía. Como dijo Landauer, “la información es física”, por lo que cualquier dispositivo que mida, almacene y borre la información de un sistema cambiará su entropía al procesarla.
El desarrollo de las tecnologías cuánticas en los últimos años ha permitido implementar ideas hasta ahora solo teóricas, al acceder a dispositivos en los que unos pocos estados microscópicos dominan la dinámica del sistema. En particular, se han ideado sistemas que funcionan como demonios de Maxwell, tanto teórica como experimentalmente. Algunos, acordes al planteamiento tradicional, dependen de una medición externa y una retroalimentación, pero han sido propuestos nuevos montajes que son capaces de funcionar de manera autónoma, gracias a una situación de no equilibrio.
En este trabajo exploramos un sistema basado en dos qutrits conectados a cuatro reservorios térmicos a distintas temperaturas, dos de los cuales constituirán el “demonio” y otros dos, el subsistema en el que se reduce la entropía. Estudiamos las corrientes de calor y las fluctuaciones en cada uno de los reservorios, para ver cómo actúa el montaje y qué factores influyen en su funcionamiento.
(Resumen completo: Irene Ada Picatoste)