كار در ساده‌ترين شكل آن عبارت است از نيروي به كار رفته ضربدر فاصله در راستاي يك مسير خاص. ولي چنين تعريفي در مكانيك كوانتومي قابل استفاده نيست چرا كه اجسام فقط يك مسير حركت ندارند. در عوض، كار كوانتومي به صورت اختلاف انرژي‌ تعريف شده كه نيازمند دو اندازه‌گيري جداگانه است. اما اكنون پژوهشگران براي تعيين مقدار كار كوانتومي روشي را با يكبار اندازه‌گيري ابداع كرده‌اند. اين ترفند وارد كردن سيستم دومي است كه مانند يك «دستگاه حضور و غيابِ» كوانتومي حساب كاري را كه بر روي سيستم اصلي انجام شده نگه مي‌دارد.

بخشي از علاقه‌مندي به تعريف كار كوانتومي ناشي از ساخت ابزارهاي بسيار كوچكي مانند موتورها و يخچال‌هايي در اندازه نانو است كه اثرات كوانتومي در آن‌ها مي‌تواند غالب باشد. افت و خيز‌ها در چنين سيستم‌هايي ممكن است آنچنان بزرگ شود كه ديگر تعادل گرمايي كاملاً برقرار نباشد. در نتيجه، ويژگي‌هاي اساسي ترموديناميك مانند آنتروپي و انرژي آزاد به فرمول‌هاي جديدي نياز دارند كه مبنايشان كار لازم براي جابجايي سيستم بين دو حالت است.

فيزيكدان‌ها اغلب كار كوانتومي را به صورت تفاوت بين انرژي‌هاي اوليه و نهايي يك سيستم تعريف مي‌كنند. به اين ترتيب بايد سيستم را دو بار، در دو زمان مختلف، اندازه گيري كرد كه وجود هرگونه همدوسي‌ احتمالي در حالت اوليه را از بين مي‌برد. آگوستو رونكاگليا (Augusto Roncaglia) و همكارانش در دانشگاه بوينس آيرس در آرژانتين نشان دادند كه چگونه مي‌توان كار را با يك اندازه‌گيري تعيين كرد. استراتژي آن‌ها درهم‌تنيده كردن سيستم مورد نظر با سيستم كمكي دومي است كه ميزان كار را ثبت مي‌كند. دو سيستم با هم راه‌اندازي شده و سپس سيستم كمكي اندازه‌گيري مي‌شود. اين گروه به طور نظري نشان دادند كه مجموعه‌ي عمليات را مي‌توان با پرتويي از اتم يا با كيوبيت‌ها انجام داد. چهارچوب جديد مي‌تواند به فيزيكدان‌ها در درك نقش همدوسي در رفتار ماشين‌هاي نانومقياس كمك كند.

تحقيق مذكور در Physical Review Letters به چاپ رسيده است.

منبع

Work in the Quantum World