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纠缠和局部测量驱动的双量子位引擎

62 人参与  2021年04月27日 06:23  分类 : 物理  评论

作者:英格丽德·法德利

(同organic)有机 信用:布雷斯克等

内尔-CNRS研究所、圣路易斯大学和罗彻斯特大学的研究人员最近实现了一个由纠缠和局部测量推动的双量子位引擎

发表在《物理评论快报》上的一篇论文概述了这种引擎的独特设计,它可以为热力学研究开辟令人兴奋的可能性,并为新量子技术的发展提供信息

“我们的论文是基于一个非常简单而深刻的量子力学效应:测量一个量子系统会扰乱系统,我

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进行这项研究的研究人员之一亚历克西娅·奥菲维斯告诉《物理》杂志

(同organic)有机

“直接的结果是,测量装置为量子系统提供了能量和熵,起到了类似于为热力发动机提供燃料的热源的作用

值得注意的区别是,这里的燃料不是热能,而是量子

" 几年前,奥菲斯和她在内尔-CNRS研究所的一些同事介绍了基于单个量子位的测量燃料发动机的概念证明

这是一系列揭示测量设备能量对应物的建议中的第一个

迄今为止,测量过程通常使用经典理论方法建模

在他们的新论文中,研究人员迈出了大胆的一步,打开了测量设备的“黑匣子”,并从量子物理学的角度来看待它

“我们特别考虑了要测量的系统和‘量子计’之间的量子关联的产生,”奥夫维斯说

“我们跟踪了这个过程中的能量和熵流,揭示了测量燃料的微观来源

这是我们工作的最重要目标

" 因此,在他们的研究中,奥夫维斯和她的同事们专注于所谓的“复合系统”

“他们的分析最终导致了基于纠缠量子位的测量引擎的设计

除了局部测量,这个引擎还受到一种被称为量子纠缠的物理现象的推动

当一组粒子相互作用或保持连接,使得一个粒子执行的动作影响另一个粒子时,即使它们之间有很大的距离,也会发生纠缠

研究人员提出的新引擎有两个量子位

量子位是一个具有两种能态的量子系统:基态|0 >和激发态|1 >, “当一个量子位用|1 >来测量时,人们可以确定地从中提取一个量子能量,称为光子,”奥菲夫斯说

“当光子被释放时,量子位通过能量守恒回到|0 >

当量子位处于|0 >状态时,可以提供一个光子来激发它处于|1 >状态

" 奥菲斯和她的同事们玩了两个不同颜色的量子位:一个红色的和一个蓝色的

红色量子位交换红色光子,而蓝色量子位交换蓝色光子

值得注意的是,红色量子比特携带的能量比蓝色量子比特少

研究人员使用的协议最初向红色量子位提供一个红色光子,准备|1a >而蓝色量子位是|0b >

随后,量子位通过相互交换光子而相互作用,纠缠在一起

“然后我们测量了蓝色量子位,”奥夫维斯说

“如果在|0b >中测量,我们回到初始状态,过程重新开始

如果在|1b >中测量,可以提取蓝色光子

因为蓝色光子比红色光子更有能量,所以人们平均从这个过程中获得能量

正如我们所展示和分析的,这种能量来自测量设备

" 奥菲斯和她的同事提出的测量动力发动机依赖于一种复合工作物质,缠结在它的燃料供给机制中起着至关重要的作用

研究人员能够对量子测量带来的两种物理资源进行定量评估,即信息和燃料

此外,他们还研究了这些资源对发动机性能的影响

“我们的发现提供了新的见解,当量子系统被测量时,或者等效地,当量子系统和量子器之间产生量子关联时,基本的能量资源在起作用,”奥菲斯说

“最初,这些结果在没有明确温度的情况下是有效的,因为唯一考虑的噪声源是测量本身

" auffves和她的同事是第一批将测量动力发动机扩展到复合工作物质并对燃料供给机制提供微观解释的人之一

他们的发现可能有助于将热力学相关概念扩展到噪声的量子来源,比如那些可能出现在低温恒温器中的噪声

在未来,研究人员的工作可以激励其他团队实现类似的引擎

此外,他们的研究可以开辟一个全新的研究领域,他们认为这个领域可以被称为“量子能量学”

" “我们的结果为量子力学中的测量假设提供了新的线索,”奥菲斯说

“由于这一机制仍在引发根本性的争论,人们可以希望量子能量学提供新的可测量的量来区分量子力学的各种解释

在一个更实用的方面,量子测量和纠缠的能量足迹将对量子技术的能量成本及其可扩展性的潜力产生影响

"

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