.Absolute Zero Is Attainable? Scientists Have Found a Quantum Formulation for the Third Law of Thermodynamics
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.Absolute Zero Is Attainable? Scientists Have Found a Quantum Formulation for the Third Law of Thermodynamics
절대 영도를 달성할 수 있습니까? 과학자들은 열역학 제3법칙에 대한 양자 공식을 발견했습니다
주제:양자 컴퓨팅양자 물리학큐비트열역학비엔나 기술 대학교 By 비엔나 공과대학교 2023년 4월 6일 양자복잡도 절대영도 많은 양자 입자가 상호 작용하면 복잡한 시스템이 형성될 수 있습니다. 그리고 이러한 복잡성으로 인해 적어도 원칙적으로는 절대 영도의 온도에 도달할 수 있습니다. 크레딧: IQOQI/ÖAW APRIL 6, 2023
-데이터를 완벽하게 삭제하고 가능한 최저 온도에 도달하는 것은 관련이 없는 것처럼 보일 수 있지만 강력한 연결을 공유합니다. TU Wien의 연구원들은 열역학 제3법칙에 대한 양자 공식을 발견했습니다. 가능한 최저 온도인 절대 영도는 섭씨 -273.15도입니다 . 그러나 물체가 이 온도에 접근할 수만 있기 때문에 이 온도에 도달하는 것은 불가능합니다. 이 개념은 열역학 제3법칙으로 알려져 있습니다. TU Wien(비엔나) 의 연구원 그룹은 최근 열역학 제3법칙과 양자 물리학 원리의 호환성을 탐구했습니다.
-그들은 절대 영도에 도달하는 것이 이론적으로 가능하다고 가정하는 이 법칙의 "양자 버전"을 성공적으로 공식화했습니다. 그러나 이를 달성하기 위한 실행 가능한 방법에는 에너지, 시간 및 복잡성이라는 세 가지 구성 요소가 필요합니다. 절대 영도는 이러한 요소 중 하나가 무한 공급되는 경우에만 달성할 수 있습니다. 정보와 열역학: 명백한 모순 양자 입자가 절대 영도에 도달하면 그 상태가 정확히 알려집니다. 에너지가 가장 낮은 상태에 있음이 보장됩니다.
그러면 입자에는 이전 상태에 대한 정보가 더 이상 포함되지 않습니다. 이전에 입자에 발생했을 수 있는 모든 것이 완벽하게 지워집니다. 양자 물리학의 관점에서 볼 때 정보 냉각 및 삭제는 밀접하게 관련되어 있습니다. 이 시점에서 정보 이론과 열역학이라는 두 가지 중요한 물리 이론이 만납니다. 그러나 이 둘은 서로 모순되는 것 같습니다. “정보 이론에서 우리는 소위 Landauer 원리를 알고 있습니다. 1비트의 정보를 삭제하는 데 매우 특정한 최소한의 에너지가 필요하다고 말합니다.”라고 TU Wien 원자력 연구소의 Marcus Huber 교수는 설명합니다.
-그러나 열역학에서는 무엇이든 정확하게 절대 영도까지 냉각시키려면 무한한 양의 에너지가 필요하다고 말합니다. 그러나 정보를 삭제하는 것과 절대 0도까지 냉각하는 것이 같은 것이라면 어떻게 맞물리나요? 에너지, 시간 및 복잡성 문제의 근원은 열역학이 19세기에 증기 기관, 냉장고 또는 빛나는 석탄 조각과 같은 고전적인 물체에 대해 공식화되었다는 사실에 있습니다. 그 당시 사람들은 양자 이론에 대해 전혀 몰랐습니다.
개별 입자의 열역학을 이해하려면 먼저 열역학과 양자 물리학이 어떻게 상호 작용하는지 분석해야 합니다. 이것이 바로 Marcus Huber와 그의 팀이 한 일입니다. Marcus Huber는 "절대 영도에 도달하기 위해 반드시 무한한 에너지를 사용할 필요는 없다는 사실을 금방 깨달았습니다."라고 말합니다. "유한한 에너지로도 가능합니다. 하지만 그러려면 무한히 긴 시간이 필요합니다." 지금까지 고려 사항은 우리가 교과서에서 알고 있는 고전 열역학과 여전히 호환됩니다. 그러나 팀은 매우 중요한 추가 세부 사항을 발견했습니다. 마커스 후버(Marcus Huber)는 “우리는 양자 시스템이 유한한 에너지와 유한한 시간에도 도달할 수 있는 절대 바닥 상태를 정의할 수 있다는 것을 발견했습니다.
우리 중 누구도 그렇게 예상하지 못했습니다. "그러나 이러한 특별한 양자 시스템에는 또 다른 중요한 속성이 있습니다. 무한히 복잡합니다." 따라서 양자 시스템의 무한히 많은 세부 사항을 무한히 정밀하게 제어해야 합니다. 그러면 유한한 에너지로 유한한 시간에 양자 객체를 절대 영도로 냉각할 수 있습니다. 물론 실제로 이것은 무한히 높은 에너지나 무한히 긴 시간만큼 달성할 수 없는 것입니다. 양자 컴퓨터에서 데이터 지우기 "따라서 양자 컴퓨터에서 양자 정보를 완벽하게 지우고 그 과정에서 큐비트를 완벽하게 순수한 바닥 상태로 전송하려면 이론적으로 무한한 수의 입자를 완벽하게 제어할 수 있는 무한히 복잡한 양자 컴퓨터가 필요합니다." 마커스 후버는 말합니다. 그러나 실제로 완벽할 필요는 없습니다. 어떤 기계도 완벽할 수 없습니다.
양자 컴퓨터가 작업을 상당히 잘 수행하는 것으로 충분합니다. 따라서 새로운 결과는 원칙적으로 양자 컴퓨터 개발에 장애물이 아닙니다. 양자 기술의 실제 적용에서 온도는 오늘날 핵심적인 역할을 합니다. 온도가 높을수록 양자 상태가 더 쉽게 깨지고 기술적인 용도로 사용할 수 없게 됩니다. 마커스 후버(Marcus Huber)는 "이것이 바로 양자 이론과 열역학 사이의 연결을 더 잘 이해하는 것이 중요한 이유입니다. “현재 이 분야에서 많은 흥미로운 진전이 이루어지고 있습니다. 물리학의 이 두 가지 중요한 부분이 어떻게 얽혀 있는지 보는 것이 서서히 가능해지고 있습니다.”
참조: "Landauer 대 Nernst: 양자 시스템 냉각의 실제 비용은 얼마입니까?" Philip Taranto, Faraj Bakhshinezhad, Andreas Bluhm, Ralph Silva, Nicolai Friis, Maximilian PE Lock, Giuseppe Vitagliano, Felix C. Binder, Tiago Debarba, Emanuel Schwarzhans, Fabien Clivaz 및 Marcus Huber 작성, 2023년 3월 27일, PRX Quantum . DOI: 10.1103/PRXQuantum.4.010332
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메모 2304071828 나의 사고실험 oms 스토리텔링
우주에 극저온이 절대온도이면 섭씨 -273.15도일까? 샘플링 oms.vix.ai(허수)~n!=A이 극저온이다. A.state가 우주에서 가장 안정적인 샘플링 oms를 만들 수 있다. samplea.oms.base (standard)도 실제로 그 원본이 극저온이였다. 허허.
극고온은 1억도 이상의 플라즈마 상태인oms.vix.n!~ai=A'이다. 극저온.극고온은 oms가 가장 크다. 극저온은 제한적이고 극고온은 무제한이다. 그런데 그 어떻게 oms 크기가 같을까?
oms을 시각적으로 보면 극고온 vix.n!은 중앙에 있는 1개이고 vix.ai는 무한대의 크기에 무제한적 불특정 위치이다. 극저온은 소립자 물질이 가장 적은 vix.a(ni!)=oms=1, 반면에 극고온 vix.n!(ai)=oms=무한대(∞)의 소립자 물질이 있다. 허허. 뭔가 세심한 개념정리가 필요한 부분이다.
연구진은 절대 0도에 도달하는 것이 '이론적으로 가능하다'고 가정하는 이 법칙의 "양자 버전"을 성공적으로 공식화했다. 그러나 이를 달성하기 위한 실행 가능한 방법에는 에너지, 시간 및 복잡성이라는 세 가지 구성 요소가 필요한데, 절대 영도는 이러한 요소 중 하나가 무한 공급되는 경우에만 달성할 수 있다는 점이다. 아이러니한 문제이다. 허허.
-Cleaning data and reaching the lowest possible temperature may seem unrelated, but they share a strong connection. Researchers at TU Wien have discovered a quantum formula for the third law of thermodynamics. Absolute zero, the lowest possible temperature, is -273.15 degrees Celsius. However, reaching this temperature is impossible because objects can only approach it. This concept is known as the third law of thermodynamics. A group of researchers at the TU Wien (Vienna) recently explored the compatibility of the third law of thermodynamics with principles of quantum physics.
-They successfully formulated a "quantum version" of this law, which assumes that reaching absolute zero is theoretically possible. However, any viable method to achieve this requires three components: energy, time and complexity. Absolute zero can only be achieved if one of these elements is in infinite supply. Information and thermodynamics: the apparent contradiction When a quantum particle reaches absolute zero, its state is precisely known. It is guaranteed to be in the lowest energy state.
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memo 2304071828 my thought experiment oms storytelling
If the cryogenic temperature in space is absolute, would it be -273.15 degrees Celsius? Sampling oms.vix.ai(imaginary number)~n!=A is cryogenic. A.state can make the most stable sampling oms in the universe. samplea.oms.base (standard) was actually cryogenic. haha.
The extreme high temperature is oms.vix.n!~ai=A', a plasma state of over 100 million degrees. Cryogenic and extremely high temperatures have the largest oms. Cryogenic temperatures are limited, and extremely high temperatures are unlimited. But how are the oms sizes the same?
Visually looking at the oms, the ultra-high temperature vix.n! is one in the middle, and vix.ai is an unlimited, unspecified location with an infinite size. At cryogenic temperatures, vix.a(ni!)=oms=1 with the least number of elementary particles, whereas at extremely high temperatures, vix.n!(ai)=oms=infinity (∞) of elementary particles. haha. This is an area that requires careful conceptual clarification.
The researchers have successfully formulated a "quantum version" of this law, assuming that reaching absolute zero is 'theoretically possible'. However, a viable method to achieve this requires three components: energy, time and complexity, and absolute zero can only be achieved if one of these components is in infinite supply. It's an ironic problem. haha.
samplea.oms.base (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
sampleb. qoms.base (standard)
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0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
sampleb.poms.base (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
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00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
samplec.oss.base (standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
.Laboratory solar flares reveal clues to mechanism behind bursts of high-energy particles
실험실 태양 플레어는 고에너지 입자 폭발 뒤에 있는 메커니즘에 대한 단서를 밝힙니다
캘리포니아 공과대학 로버트 퍼킨스 Bellan Lab의 모의 코로나 루프. 크레딧: 캘리포니아 공과대학 APRIL 6, 2023
Caltech의 연구원들은 바나나 크기의 태양 플레어를 시뮬레이션하여 이러한 대규모 폭발이 잠재적으로 유해한 에너지 입자와 X선을 우주로 폭발시키는 과정을 분석했습니다. 그들의 연구는 Nature Astronomy 저널에 실렸습니다 .
코로나 루프는 자기장 라인을 따라 정렬된 태양 표면에서 돌출된 플라즈마 아치입니다. 자기력선은 플라즈마를 구성하는 전자와 이온의 움직임을 안내하는 하전 입자의 고속도로와 같은 역할을 합니다. 태양 표면 위로 100,000km를 투사할 수 있는 루프는 몇 분에서 몇 시간 동안 지속될 수 있습니다. 루프는 일반적으로 느리게 성장하고 진화하지만 때로는 엄청난 양의 에너지(지구상에서 가장 강력한 핵폭발보다 수십억 배 더 강함)를 갑자기 우주로 폭발시킬 수 있습니다.
이 갑작스러운 에너지 폭발을 태양 플레어라고 합니다. 플레어의 에너지 중 일부는 의사 사무실에서 뼈를 이미지화하는 데 사용되는 것과 같은 고에너지 전자기파인 "하드 X선"과 하전 입자의 형태를 취합니다. 지구 자체의 자기장과 대기는 이러한 에너지 급류에 의해 표면의 생명체가 익지 않도록 보호하는 방패 역할을 하지만 통신과 전력망을 방해하는 것으로 알려져 있습니다. 그들은 또한 우주에서 우주선과 우주 비행사에게 지속적인 위협을 가합니다.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2023/laboratory-solar-flare.mp4
꼬임 불안정성이 약 2.68μs에서 시작하여 루프 상단에서 발생하는 편조 플라즈마 루프 진화의 예입니다. 신용: 자연 천문학 (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01941-x
-태양 플레어가 강력한 입자와 X선 폭발을 생성한다는 사실은 오랫동안 알려져 왔지만, 과학자들은 이제 막 그 메커니즘을 함께 짜맞추기 시작했습니다. 연구원은 루프가 형성되고 변경되는 방법과 이유를 해독하기 위한 두 가지 옵션이 있습니다. 첫 번째는 태양을 관찰하고 관련 정보를 얻을 수 있을 만큼 충분히 세밀하게 현상을 포착하기를 희망하는 것입니다.
두 번째는 랩에서 루프를 시뮬레이션하는 것입니다. Caltech의 응용 물리학 교수인 Paul Bellan은 후자를 선택했습니다. Caltech 캠퍼스의 Thomas J. Watson, Laboratories of Applied Physics, Laboratories of Applied Physics의 1층에 있는 연구실에서 Bellan은 내부에 트윈 전극이 있는 진공 챔버를 만들었습니다. 이 현상을 시뮬레이션하기 위해 그는 패서디나 시를 몇 마이크로초 동안 가동하기에 충분한 에너지로 축전기를 충전한 다음 전극을 통해 방전시켜 소형 태양 코로나 루프를 만들었습니다. 각 루프는 약 10마이크로초 동안 지속되며 길이는 약 20cm이고 지름은 약 1cm입니다. 그러나 구조적으로 Bellan의 루프는 실제와 동일하므로 그와 그의 동료가 마음대로 시뮬레이션하고 연구할 수 있는 기회를 제공합니다.
실제 태양 플레어(위)와 Bellan 연구소에서 시뮬레이션한 것(아래) 사이의 구조적 유사성. 신용: 벨란 연구소
"각 실험은 약 1분 동안 100와트 전구를 작동시키는 데 필요한 만큼의 에너지를 소비하며 커패시터를 충전하는 데 몇 분 밖에 걸리지 않습니다."라고 팀 연구 논문의 수석 저자인 Bellan은 말합니다. Bellan은 초당 천만 프레임을 촬영할 수 있는 카메라로 각 루프를 캡처한 다음 결과 이미지를 연구합니다. 최근 발견된 것 중 하나는 태양 코로나 루프가 단일 구조로 보이지 않고 오히려 큰 로프와 유사한 프랙탈 꼰 가닥으로 구성되어 있다는 것입니다.
Nature Astronomy 논문의 수석 저자이자 대학원생인 Yang Zhang은 "로프 조각을 해부하면 개별 가닥의 땋은 머리로 구성되어 있음을 알 수 있습니다."라고 말합니다 . "개별 가닥을 떼어내면 훨씬 더 작은 가닥으로 땋은 것을 볼 수 있습니다. 플라즈마 루프도 같은 방식으로 작동하는 것 같습니다." 그 구조는 태양 플레어와 관련된 강력한 입자 및 X선 폭발의 생성에 중요하다는 것이 밝혀졌습니다. 플라즈마는 강력한 전기 전도체입니다. 플라즈마로 채워져 전기가 통과할 때 불이 켜지는 네온사인을 생각해 보십시오. 그러나 너무 많은 전류가 태양광 코로나 루프를 통과하려고 하면 구조가 손상됩니다. 루프는 코르크 따개 모양의 불안정성인 꼬임을 발생시키고 개별 가닥이 끊어지기 시작합니다. 각각의 새로운 끊어진 가닥은 나머지 가닥에 변형을 가합니다.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/video/2023/laboratory-solar-flare-1.mp4
자기 레일리-테일러 불안정성이 약 2.54μs에서 시작하는 루프에서 발생하는 편조 플라즈마 루프 진화의 예입니다. 신용: 자연 천문학 (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01941-x
응용 물리학 및 재료 과학 분야의 박사후 연구원이자 논문의 공동 저자인 Seth Pree는 "신축성 밴드가 너무 팽팽하게 늘어나는 것처럼 루프는 가닥이 딱 끊어질 때까지 더 길고 가늘어집니다"라고 말합니다. 프로세스를 마이크로초 단위로 연구하면서 팀은 가닥이 끊어지는 정확한 순간에 X-선 폭발과 관련된 음의 전압 스파이크를 발견했습니다.
이 전압 스파이크는 수도관의 수축 지점에 쌓이는 압력 강하와 유사합니다. 이 전압 스파이크의 전기장은 하전 입자를 극한의 에너지로 가속한 다음 에너지 입자가 감속할 때 X선을 방출합니다. 또한 Zhang은 태양 플레어 사진을 샅샅이 뒤져 실험실에서 생성된 것과 유사한 뒤이은 X선 폭발과 관련된 꼬임 불안정성을 문서화할 수 있었습니다. 다음으로 팀은 개별 플라즈마 루프가 어떻게 병합되고 다른 구성으로 재구성될 수 있는지 탐색할 계획입니다. 그들은 이러한 유형의 상호 작용 중에 에너지 폭발 이벤트가 있는지 여부를 알아보는 데 관심이 있습니다.
추가 정보: Yang Zhang 외, 다중 편조 플라즈마 루프에서 실험실 나노플레어 생성, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01941-x 저널 정보: Nature Astronomy 캘리포니아 공과대학 제공 추가 탐색
https://phys.org/news/2023-04-laboratory-solar-flares-reveal-clues.html
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