Физики впервые вывели соотношение неопределенностей между энергией и температурой. Это позволяет установить фундаментальные ограничения на точность измерения температуры микроскопических объектов и описать запутанное состояние термометров, когда прибор находится в суперпозиции двух температур, подобно кошке Шредингера, которая одновременно «жива» и «мертва». Результаты изложены в журнале Nature Communications.

При измерении температуры обычным ртутным термометром точность показаний может быть ограничена тепловым шумом — взаимодействием атомов при ненулевой температуре. При переходе к объектам наномасштаба появляются еще и квантовые флуктуации, которые не зависят от температуры и тоже ограничивают точность измерения.

В новой работе авторы учли основной источник отклонений — взаимодействие наноразмерных систем с их окружением. Это позволило вывести обобщенное термодинамическое соотношение неопределенностей, которое справедливо как для классических, так и для квантовых систем. Оказалось, что из-за этого появилось новое фундаментальное ограничение на точность измерения температуры.

Достижение позволяет лучше понять, как классические и неклассические флуктуации взаимодействуют друг с другом в рамках квантовой термодинамики. Физики уверены, что это позволит создать оптимальные приборы для измерения температуры для наноразмерных систем. «Открытие представляет собой важный шаг для того, чтобы обобщить термодинамические понятия и законы на наномасштаб, где обычные макроскопические приближения перестают работать», — подытоживает соавтор работы Джанет Андерс из Эксетерского университета (Великобритания).