Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Physik: Die Quanten-Dampfmaschine

Was passiert, wenn man moderne Erkenntnisse über Quantenobjekte mit den Regeln der klassischen Thermodynamik verbindet? Es entstehen dabei bemerkenswerte Konzepte für die technischen Herausforderungen des Mikrokosmos.
Quantenmechanische Phänomene vereinen sich mit den thermodynamischen Prinzipien klassischer Motoren.

Das Steampunk­-Genre hat in den letzten Jahrzehnten einen festen Platz in der Kunst eingenommen. In der Literatur und in Filmen spielen die Geschichten in von Fabriken verschmutzten Städten, inspiriert vom England der Industrialisierung und dem Wilden Westen – historische Schauplätze, an denen neue Technologien aufblühten und die Gesellschaft veränderten. Steampunk­-Charaktere betreiben futuristische Technologien wie Roboter und Zeitmaschinen mit den Erfindungen des 19. Jahrhunderts. Die Gegenüberstellung von Neu und Alt schafft eine beson­dere Atmosphäre von Romantik und Abenteuer.

So wie der Steampunk Objekte aus der Sciencefiction und der viktorianischen Zeit verbindet, so vereint ein neues Gebiet der Physik die Quantenmechanik mit den wissenschaftlichen Prinzipien des 19. Jahrhunderts. Meine Kol­legen und ich arbeiten im »Quanten­-Steampunk« heute an der Schnittstelle dreier Gebiete: Quantenphysik, Informa­tionstheorie und Thermodynamik.

Dabei wollen wir die Gesetze der Thermodynamik – mit solchen zentralen Begriffen wie Arbeit, Wärme und Wirkungsgrad – modernisieren, damit sie den besonderen Anforderungen jüngster Experimente, Technologien und Theorien gerecht werden …

Kennen Sie schon …

Spektrum - Die Woche – Klimakonferenz in Trumps Schatten

Am 11. November begann die 29. Klimakonferenz der Vereinten Nationen (COP29). Angesichts steigender CO₂-Emissionen und erschöpfter natürlicher Puffer wie Wälder und Ozeane steht die Weltgemeinschaft vor großen Herausforderungen.

Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum - Die Woche – Neue Reben für den Weinbau

Von Klimawandel und Krankheiten bedroht, muss der Weinbau an die neuen Bedingungen angepasst werden. Die Genschere soll den Wein der Zukunft retten. Außerdem beobachtet »Die Woche«, wie Künstlerinnen und Künstler die Welt wahrnehmen und wie sich soziale Unsicherheiten durch Social Media verstärken.

  • Quellen

Yunger Halpern, N. et al.:Quantum engine based on many-body localization. Physical Review B 99, 2019

Yunger Halpern, N., Jarzynski, C.:Number of trials required to estimate a free-energy difference, using fluctuation relations. Physical Review E 93, 2016

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.