麥克斯韋妖研究取得新進展

麥克斯韋妖是物理學中假想的妖，能探測並控制單個分子的運動。現在物理學家們發現了一個新的麥克斯韋妖，這個「假定代理人」通過減少系統熵的方式來提取系統中的工作，利用量子波動和量子疊加，麥克斯韋妖只需要進行測量就可以將工作提取出來。法國構架科學研究中心的 Alexia Auffèves 團隊在近期出版的《物理評論快報》中介紹了關於此麥克斯韋妖的論文。

「在經典世界中，熱力學使我們了解如何通過將熱波動與熱源耦合的方式，進而從大系統(諸如水、氣等)引起的熱波動中提取能量。但在量子世界中，這個系統非常小，它們不需要很多熱量，只是簡單的測量就會引起波動。在我們的論文中，我們對於人們可以從量子測量引起的這些真正的量子波動中提取能量進行了介紹。」 Alexia Auffèves在採訪中說到。

自James Clerk Maxwell在1870年左右提出第一個妖開始，研究人員已經對許多其他版本的妖在理論和實驗上進行了研究。最近，物理學家已經開始調查麥克斯韋量子態勢的妖，而這可能在未來某一天會影響量子信息技術。

該版本妖與以往版本最大的不同在於它不是熱驅動的，而是測量驅動的，而且這種測量有多種用途：它們不僅提取有關係統狀態的信息，而且也是從系統中提取工作的「燃料」。這是因為當妖對所提出的系統進行量子比特測量時，測量將量子比特從一個狀態投射到疊加狀態中，這樣就可以通過測量過程為量子位提供能量。在Auffèves 團隊的文章中，物理學家提出了一個實驗，其中投射量子非拆遷測量可以用每70納秒重複的光脈衝進行。

由於最近的實驗已經證明了在這樣高的頻率下進行測量的可能性，所以物理學家期望使用現有技術很容易地實現新麥克斯韋妖。未來，他們還計劃研究其在量子計算的潛在應用。

「目前的研究是一個良好的開端，證明量子測量有一些能量印記，」Auffèves說到，「現在我想將這個過程反轉，並使用這個效果來預估量子任務的能量成本，看它們是否可以在一些測量實體的存在下執行。而在量子計算機中也是這種狀況，量子被周圍的環境不斷測量，這種效應被稱為去相干，是量子計算的最大敵人，而我們的工作提供了工具來預估抵消去相干所需的能量。」

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！