Pracownik Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki oraz Krajowego Centrum Informatyki Kwantowej prof. Michał Horodecki opublikował pracę w czasopiśmie Nature Communication, które należy do prestiżowej grupy czasopism skupionej wokół czasopisma Nature. Prezentowane w artykule badania sytuują się w intensywnie rozwijanej się obecnie na świecie kwantowej termodynamice, a naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego należą do ścisłej światowej czołówki w tym zakresie - poinformowała rzecznik UG, Beata Derkacz w przesłanym komunikacie.

Jak wyjaśniono w artykule, uznane prawa termodynamiki, które mówią nam o tym, jak zmieni się temperatura gorącej herbaty w chłodnym pokoju albo o tym, że mieszkanie raczej będzie stawało się bardziej zabałaganione niż uporządkowane, nadają się do opisu zjawisk w skali makro, gdzie w grę wchodzą ogromne ilości cząsteczek. Prawa te nie są jednak w stanie opisać zmian temperatury (czyli energii wewnętrznej) systemów, w których skład wchodzi tylko kilka cząsteczek. Zrozumienie praw termodynamiki w skali mikro jest istotne przede wszystkim dla nanotechnologii i technologii kwantowej.

W dużym systemie energia „wsadzona” do środka, na przykład pod postacią ciepła, może być następnie odzyskana i wykorzystana do zasilania silnika. Naukowcy odkryli, że w przypadku małych systemów nie zachodzi taka zależność – nie całą energię da się odzyskać, w związku z tym silniki operujące w nanoskali i zbudowane według starych zasad będą się częściej psuć.

Małe systemy zachowują się inaczej niż duże, ponieważ ważną rolę odgrywają w nich efekty kwantowe. Badacze odkryli zestaw zasad opisujący, co się stanie, kiedy podgrzejemy lub ochłodzimy takie małe systemy. Z ich obserwacji wynika wprost, że mikroskopijne systemu bazujące na cieple będą się częściej psuć niż ich odpowiedniki w skali makro. „Widzimy, że natura wprowadziła ograniczenia dla możliwości pobierania ciepła z małych systemów” – podkreśla prof. Jonathan Oppenheim z University College of London.

Jak napisała rzecznik UG, opisane badania te sytuują się w bardzo intensywnie rozwijanej obecnie na świecie kwantowej termodynamice. "Naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego znajdują się w ścisłej światowej czołówce: Instytut Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki przystąpił w tym roku do akcji unijnej COST +Thermodynamics in quantum regime+. Członkiem ciała kierowniczego akcji z ramienia UG jest prof. Robert Alicki, pionier badań kwantowej termodynamiki, który obecnie opublikował serię prac na temat mikrosilników cieplnych we współpracy z Instytutem Weizmana w Izraelu. Badania prof. Alickiego i prof. Horodeckiego odbywają się w ramach grantu TEAM Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej koordynowanego przez prof. Żukowskiego, dyrektora IFTiA." - czytamy w komunikacie.