作者:安娜·德明，物理
（同organic）有机 不确定的因果顺序使得量子制冷成为可能
信用:Haygog (pixabay
com) 有没有试过把你的晚餐放在一个又一个相同的冰箱里解冻？听起来很奇怪，最近对不确定因果顺序的研究——不同顺序的事件在量子上叠加——表明这实际上可以适用于量子系统
牛津大学的研究人员展示了如何将这种现象用于一种量子制冷
这些结果来自于关于量子计算和量子通信中不确定因果顺序的影响的报道
“人们在问——量子电路模型是对事件的每一种可能的量子排序的完整描述吗？”博士大卫·菲尔斯解释道
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牛津大学的一名学生，他描述了过去10年中对不确定因果顺序的研究是如何出现的
对这个问题的探讨导致了对通过去极化通道的状态的研究，在去极化通道中，明确定义的初始状态以完全随机的状态结束
通过去极化通道不可能进行有意义的信息传递，但是当量子态以不确定的因果顺序通过一个又一个去极化通道时，事情就会改变
那么通道的顺序是叠加的，并且与一个控制量子比特纠缠在一起，这是不同状态的叠加
研究人员发现，当一个状态以不确定的因果顺序通过两个去极化通道时，如果控制量子位也可以测量，就会传输一定量的信息
“热化与去极化非常相似，”菲尔斯解释道，他解释说，热化不是给你一个完全随机的状态，而是给你一个大部分随机的状态，根据温度，处于更高或更低能量状态的几率更高或更低
“我想，如果你在一个不确定的因果顺序中两次加热一个东西，那么你就不会得到你所期望的温度状态
“热化带来的意想不到的温度结果在热力学上可能是有用的，”他补充道
冰箱制冷循环的三个步骤
黑点代表工作系统，轮廓的颜色表示与之相互作用的最后一个储层的温度
步骤(I)中的虚线表示在测量控制系统状态的j+ic(不希望的结果)的情况下的操作
由美国物理学会提供 量子制冷 费尔斯和牛津大学信息科学教授弗拉特科·韦德拉尔分析了用类似于去极化通道的术语描述的热化通道的表达式，并考虑了不确定因果顺序的影响
在他们发现的“奇怪”效应中，有一种可能性是将一个具有两个热储的量子态在同一温度下以不确定的因果顺序热化，并以不同温度下的状态结束
研究人员提出以此为第一步的制冷循环
接下来，有必要测量控制量子位，以确定热化量子态的温度是否已经升高
如果有，随后用热储器(步骤二)典型地热化相同的状态，那么冷储器(步骤三)可以冷却冷储器，因为从该状态传递回冷储器的热量将少于由冷储器传递到步骤一的状态的热量
乍一看，这似乎不符合热力学定律
传统的冰箱工作是因为它插在电源或其他能源上，那么是什么为无限因果序量子制冷提供能量呢？菲尔斯解释说，这可以用麦克斯韦妖符合热力学定律的方式来描述
大卫·菲尔斯描述热力学中关于不定因果序的工作
信用:大卫·菲尔斯 麦克斯韦曾假设，一个恶魔监视着一个粒子箱的隔板门，可以测量粒子的温度，并打开和关闭门，将冷粒子和热粒子分类到箱子的不同隔板中，从而降低系统的熵
根据热力学定律，熵应该总是在没有做功的情况下增加
自那以后，科学家们解释了这种明显的不一致，他们强调恶魔正在测量粒子，存储在测量温度上的信息需要一定的能量来擦除——朗道的擦除能量
费尔斯指出，就像麦克斯韦妖一样，在量子冰箱的每个周期中，有必要对控制量子位进行测量，以了解发生了什么有序的事情
“一旦你把这些基本上随机的信息存储在你的硬盘上，如果你想让你的硬盘回到初始状态，那么你就需要能量来擦除硬盘，”他说
“所以你可以考虑用空硬盘代替电来驱动冰箱
" 接下来，费尔斯计划研究实现无限因果顺序冰箱的方法
迄今为止，无限因果序的实验实现已经在偏振态的叠加中使用了控制量子位
偏振相关的分束器随后将根据偏振向不同的方向发送光子通过电路，使得偏振态的叠加导致光子通过电路元件的顺序的叠加
菲尔斯也有兴趣将研究结果推广到更多的油藏
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