Kontrollierter Wärmefluss durch Quanteneffekte

In der Ausgabe vom 10. April des international angesehenen Wissenschaftsjournals „Nature“ berichten Wissenschaftler des israelischen Weizmann-Instituts und Mathias Nest von der Universität Potsdam über neue Erkenntnisse zum Zusammenspiel von Thermodynamik und Quantenmechanik.

Wird ein kleines System, beispielsweise Atome oder Moleküle, in Kontakt mit einem Wärmebad gebracht, stellt sich nach einiger Zeit ein thermisches Gleichgewicht ein, wobei die Entropie (Unordnung) von beiden mit der Zeit zunimmt. Diese beiden Prozesse verlaufen auf alltäglichen, makroskopischen Zeitskalen, von Millisekunden bis Minuten, immer in eine Richtung, hin zum Gleichgewicht.

In dem Artikel wird diskutiert, inwieweit sich dieses Verhalten auf mikroskopischen Zeitskalen ändert und eventuell kontrollieren lässt. Dabei wurde zum einen gefunden, dass das In-Kontakt-bringen (das sogenannte Einschalten der Wechselwirkung) zu Schwankungen im Wärmefluss führt, die zeitweise entgegen dem langfristigen Trend gerichtet sind.

Zum anderen fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich durch wiederholte Messungen des Zustands des Systems die Geschwindigkeit des Wärmeflusses kontrollieren lässt, indem ein Effekt der Quantenmechanik, der sogenannte Zeno-Effekt, ausgenutzt wird. Insbesondere bei Quantensystemen, wie sie beispielsweise zukünftig in Quantencomputern zu finden sein werden, die sehr empfindlich gegen Störungen sind, könnte eine solche Kontrolle wichtig werden.

Für weitere Auskünfte steht Ihnen Dr. Mathias Nest, Tel.: 0331/977-5195, E-Mail: mnest@uni-potsdam.de aus dem Institut für Chemie der Universität Potsdam zur Verfügung.