Drugie prawo termodynamiki jest jednym z najbardziej znanych i akceptowanych praw fizyki, np. określa ograniczenia wydajności silników stosowanych np. w samochodach, a także wyjaśnia dlaczego gorąca kawa szybko się ochładza. Jednak dotyczy ono makroskopowych układów, tj. takich, które składają się z dużej liczby cząstek. A jak takie prawo wygląda na poziomie kwantowym, kiedy mamy do czynienia z małymi układami o małej liczbie cząstek?

Niedawno prof. Michał Horodecki z Wydziału Matematyki, Fizyki i Informatyki UG, wraz ze współpracownikami, pokazał, że na poziomie kwantowym II prawo termodynamiki zastępowane jest przez całą rodzinę praw. Jednak wynik ten dotyczy bardzo specyficznych obiektów, stanów kwantowych, które znajdują się na klasyczno-kwantowej granicy. Aby mieć w pełni kwantowe prawa termodynamiki trzeba rozważyć w pełni kwantowe obiekty, czyli takie, które wykazują koherencję i są kluczowe dla ikonicznego eksperymentu myślowego Schrōdingera, tzw. kota Schrōdingera.

Ten problem dla podstawowego obiektu informatyki kwantowej, kubitu, rozwiązali naukowcy z Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytetu Gdańskiego: Piotr Ćwikliński, Michał Studziński i Michał Horodecki, wraz ze współpracownikiem z University College London, Jonathanem Oppenheimem w swoim najnowszym artykule, opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie fizycznym - Physical Review Letters . Artykuł ten został wyróżniony przez edytorów tego czasopisma jako Editors' Suggestion, a także doczekał się omówienia w popularnonaukowym czasopiśmie Physics .

Wynik ten może znaleźć zastosowanie do opisu nano i kwantowych silników, które znajdują się obecnie w fazie intensywnych badań laboratoryjnych i pierwszych zastosowań komercyjnych. Badania, prowadzone w  Krajowym Centrum Informatyki Kwantowej, finansowane były z unijnego projektu RAQUEL, projektu TEAM Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej oraz grantu PRELUDIUM Narodowego Centrum Nauki.