诺丁汉大学 基于混合两种量子气体的理论图解
学分:贝丝·莫里斯，诺丁汉大学数学博士 研究人员开发了一种新的量子版本，这是一种已有150年历史的热力学思想实验，可以为量子热机的发展铺平道路
诺丁汉大学的数学家们将新的量子理论应用于吉布斯佯谬，并证明了经典热力学和量子热力学在信息和控制方面的根本区别
他们的研究发表在今天的《自然通讯》上
经典的吉布斯佯谬为早期热力学的发展带来了至关重要的见解，并强调需要考虑实验者对系统的控制程度
研究小组开发了一种基于混合两种量子气体的理论——例如，一种红色和一种蓝色，否则是相同的——它们开始是分离的，然后在一个盒子里混合
总的来说，系统变得更加统一，这是通过熵的增加来量化的
如果观察者戴上紫色眼镜，重复这个过程；气体看起来是一样的，所以看起来好像没有什么变化
在这种情况下，熵变化为零
这篇论文的主要作者本杰明·亚丁和本杰明·莫里斯解释说:“我们的发现看起来很奇怪，因为我们希望熵等物理量具有独立于计算者的意义
为了解决这个矛盾，我们必须意识到热力学告诉我们，一个拥有特殊能力设备的实验者能做什么有用的事情
例如，加热的膨胀气体可以用来驱动发动机
为了从混合过程中提取功(有用的能量)，你需要一个能“看到”红色和蓝色气体之间区别的装置
" 经典地，一个“无知”的实验者，他认为气体是无法区分的，不能从混合过程中提取功
研究表明，在量子情况下，尽管无法区分气体，无知的实验者仍然可以通过混合它们来提取功
考虑到当系统变大时，量子行为通常会消失，研究人员发现量子无知的观察者可以提取尽可能多的工作，就像他们能够区分气体一样
用一个大的量子装置控制这些气体将会与经典的宏观热机完全不同
这种现象是由特殊叠加态的存在造成的，这种叠加态编码的信息比经典编码的要多
Gerardo Adesso教授说:“尽管进行了一个世纪的研究，但量子力学的核心有很多方面我们还不知道或不了解
然而，正如我们的工作所揭示的那样，这种基本的无知并不妨碍我们很好地利用量子特性
我们希望我们的理论研究能够激发量子热力学新兴领域的激动人心的发展，并促进正在进行的量子增强技术竞赛的进一步进展
“量子热机是我们日常加热器和冰箱的微观版本，只需一个或几个原子就可以实现(已经通过实验验证)，其性能可以通过叠加和纠缠等真正的量子效应得到提升
目前，要想在实验室里看到我们的量子吉布斯佯谬，需要对系统参数进行精确的控制，这在微调“光学晶格”系统或玻色-爱因斯坦凝聚体中是可能的——我们目前正在与实验小组合作设计这样的方案
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
