斯科尔科沃科学技术研究所
哈密顿量描述的晶格费米子系统(14)
哈密顿量的时间相关部分δHt只作用于晶格的两个中间位置
信用:DOI: 10
1103/PhysRevA
104
L030202 绝对零度——量子实验和量子计算最合适的温度——使得依靠一组基本命题来描述一个系统变得更加容易
其中一个，量子绝热定理，确保了如果外部参数变化足够平稳，量子系统的动力学更简单
由于绝对零度在物理上是不可达到的，因此扩大有限温度的理论研究工具的范围是一个非常热门的话题
一组俄罗斯物理学家已经朝着这个方向迈出了重要的一步，他们证明了有限温度下的绝热定理，并确定了绝热动力学的定量条件
他们的发现将引起下一代量子设备开发者的极大兴趣，这些设备需要对涉及数百或数千个元素的量子超空间的属性进行微调
这项研究发表在《物理评论》上
量子效应有助于设计超快速计算机、超精密测量仪器和完全安全的通信，这些通常需要非常特殊的环境才能正常工作
量子实验最舒适的温度是绝对零度，或-273
15摄氏度
与此同时，量子叠加原理允许一些不可思议的事情，比如著名的薛定谔的猫可以同时死和活，可以充分发挥它的力量
此外，绝对零度使量子过程的理论描述变得更加容易，为物理学家和工程师提供了有助于预测量子实验结果和设计量子器件的严格命题
“热力学第三定律指出，绝对零度是无法达到的，只是一个有用的抽象概念
在现实生活中，温度总是有限的，能够破坏底层脆弱的量子叠加态，所以在有限的温度下控制精细的过程是量子技术的关键目标，”博士奥列格·莱什科夫斯基说
D
斯科尔科沃科学技术研究所、MIPT物理技术研究所和拉斯斯特克洛夫数学研究所的高级研究科学家
量子系统的状态由一个复杂的数学对象定义，即所谓的密度算符
如果系统的外部控制参数(如电场或磁场)随时间变化，操作员也会进化
这种进化的复杂性是量子计算机巨大潜力的核心，远远超出了现代超级计算机的能力，即使对于只包含数百个量子比特的系统也是如此
然而，我们应该学会“驯服”这种复杂性，以便能够创造新一代量子计算机和其他量子设备
依靠绝热演化的一个相当简单的想法是，量子态可以通过平滑地改变外部参数而变得更加可预测，绝热演化是物理学中的基本概念之一
绝热定理——量子力学的一项基本成就——是在量子力学诞生之初，由梅克斯·玻恩和弗拉迪米尔·福克首次提出的
该定理确保了如果外部参数变化足够慢，演化的量子态总是保持接近所谓的瞬时本征态
从某种意义上来说，绝热演化有点像带一班一年级学生参观博物馆:你应该小心而不匆忙地带领你的班级，以确保在参观结束时没有人失踪，所有的展品都完好无损
尽管自玻恩和福克时代以来，绝热定理已经得到了改进和完善，但它的主要局限性是它只适用于所谓的纯态，而不是所有的量子态
这意味着它只能应用于绝对零度的系统，而不能应用于有限温度的系统
在我们博物馆的例子中，只有当班级由表现良好的优等生组成时，旅行才能顺利进行，这在现实生活中几乎是不可能的
就像没有调皮的孩子就没有课一样，没有严格意义上的零温度
来自Skoltech、RAS的Steklov数学研究所和MIPT的研究人员将绝热定理推广到有限温度系统，并获得了保证给定精度下演化绝热性的定量条件
为了举例说明，研究小组将这些条件应用于几个模拟系统，发现在某些系统中，绝热动力学在有限温度下甚至比在绝对零度下更稳定
该团队的发现有助于收集量子科学家和工程师使用的理论研究工具
有相当广泛的绝热协议来制备具有特定性质的量子态
“完全基于绝热定理的绝热量子计算机也许是最受欢迎的例子
海浪系统公司
加拿大目前正在研究这种设备
此外，量子态的绝热制备是其他量子设计以及模拟和测量的初始或辅助步骤
我们的发现将有助于选择绝热协议的最佳工作模式，同时考虑到量子器件在有限温度下工作，”Lychkovskiy总结道
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