都柏林三一学院 一位信息可以被编码在粒子的位置(左或右)
恶魔可以通过举起一面直到粒子明确在右边来擦除经典的一点(蓝色)
量子粒子(红色)也可以在屏障下隧穿，从而产生更多的热量
学分:都柏林三一学院 三一学院的研究人员发现了一种独特的消除信息的量子效应，这可能会对量子计算芯片的设计产生重大影响
他们惊人的发现让矛盾的“麦克斯韦妖”复活了，这个恶魔折磨了物理学家150多年
1961年，当时在国际商用机器公司工作的罗尔夫·兰道尔发现了热耗散和逻辑不可逆操作之间的关系，从而使计算热力学处于领先地位
朗道以“信息是物理的”这句口头禅而闻名，它提醒我们信息不是抽象的，而是编码在物理硬件上的
“比特”是信息的货币(它可以是零或一)，兰道发现，当一个比特被擦除时，释放的热量最小
这就是众所周知的朗道边界，是信息论和热力学之间的决定性联系
约翰·古尔德教授在三一学院的量子系统小组正在考虑量子计算来分析这个问题，其中一个量子位(一个量子位，可以同时为零和一)被擦除
在刚刚发表在《物理评论快报》杂志上的研究中，该小组发现，要擦除的信息的量子性质会导致散热方面的巨大偏差，而这在传统的位擦除中是不存在的
热力学和麦克斯韦妖 在朗道发现一百年前，像维也纳科学家路德维希·玻尔兹曼和苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦这样的人，正在阐述气体的动力学理论，通过思考物质是由原子构成的，并从微观动力学推导出宏观热力学，复兴了古希腊的一个旧思想
古尔德教授说:“统计力学告诉我们，像压力和温度，甚至热力学定律本身，都可以通过物质原子成分的平均行为来理解
热力学第二定律涉及一种叫做熵的东西，简而言之，它是对过程中无序度的一种度量
第二定律告诉我们，在没有外部干预的情况下，宇宙中的所有过程平均来说都趋向于增加熵，并达到一种被称为热平衡的状态
“它告诉我们，当混合时，两种不同温度的气体将在两者的平均温度下达到新的平衡状态
从每个动力系统都受其支配的意义上说，它是终极定律
没有逃避:一切都会达到平衡，即使是你
" 然而，统计力学的创始人试图从动力学理论开始就在第二定律中寻找漏洞
再考虑一个气体处于平衡状态的例子:麦克斯韦设想了一个假想的“灵巧”的物体，它能够根据速度来跟踪和分类气体中的粒子
众所周知，麦克斯韦的恶魔可以迅速打开和关闭一个装有气体的盒子里的活板门，让热粒子通过盒子的一边，但限制冷粒子通过另一边
这种情况似乎与热力学第二定律相矛盾，因为总熵似乎在减少，也许物理学最著名的悖论诞生了
但是兰道关于消除信息的散热成本的发现呢？又过了20年，这一点才被完全理解，悖论得以解决，麦克斯韦的恶魔终于被驱除了
兰道尔的工作启发了同样在国际商用机器公司工作的查理·班尼特去研究可逆计算的想法
在1982年，贝内特认为恶魔必须有记忆，在悖论中，恢复第二定律的行为不是测量，而是擦除恶魔记忆中的信息
于是，计算热力学诞生了
新发现 现在，40年过去了，这就是古尔德教授团队领导的新工作脱颖而出的地方，聚焦于量子计算热力学
在最近与曼彻斯特大学的合作者哈里·米勒和三一学院量子系统组的两位博士后马克·米奇森和贾科莫·瓜尼里发表的论文中，该团队非常仔细地研究了一个实验上现实的擦除过程，该过程允许量子叠加(量子比特可以同时处于状态0和1)
古尔德教授解释道:“实际上，计算机远离朗道热耗散界限运行良好，因为它们不是完美的系统
然而，考虑界限仍然很重要，因为随着计算组件的继续小型化，界限变得越来越近，它与量子计算机器越来越相关
令人惊讶的是，如今有了技术，您真的可以研究接近那个极限的擦除
“我们问，‘这种明显的量子特征对擦除协议有什么影响？’答案是我们没有预料到的
我们发现，即使在理想的擦除协议中——由于量子叠加——你也能得到非常罕见的事件，其散热远远超过朗道极限
“在论文中，我们从数学上证明了这些事件的存在，并且是一个独特的量子特征
这是一个非常不寻常的发现，可能对未来量子芯片的热管理非常重要——尽管还有很多工作要做，特别是在分析更快的操作和其他门实现的热力学方面
“即使在2020年，麦克斯韦的恶魔仍继续对自然法则提出根本性的问题
"
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