最新消息:欢迎来到 艺宵网,有任何问题或建议请联系!在线留言

删除量子信息时会产生奇特的量子热力学效应

佚名 艺宵网

Trinity的研究人员在擦除量子的信息中发现了独特的量子效应,这可能对量子计算芯片的设计产生重大影响。

1961年,当时在IBM的Rolf Landauer发现了热耗散与逻辑上不可逆的运算之间的关系,计算热力学由此诞生。Landauer喊出了著名的“信息即物理”的口号,提醒我们信息不是抽象的概念,而是基于物理实在的性质。

“比特位”是信息的单位(可以为0或1),Landauer发现,擦除单位信息时释放的热量有一个下界。这被称为Landauer极限,是信息论与热力学之间的最重要的联系。

Trinity教授John Goold的QuSys小组正在研究量子计算中删除量子信息的后果,其中量子位(一个qubit,可以同时为0和1)。

在刚刚出版的《Physical Review Letters》上,他们发现要擦除信息的量子性质可能导致散热方面出现大偏差,而这在常规位擦除中是不存在的。

Goold教授解释说:“实际上,计算机不是完善的系统,它的效应远远超出了Landauer的散热区间。但是,对该范围的考察仍很重要,因为随着计算组件的小型化,它就会越来越接近Landauer下界,并且与量子计算机的关系变得越来越重要,令人惊讶的是,如今借助技术,我们可以实现接近这一极限的删除操作。我们问,''这种明显的量子特征对擦除协议有何不同影响?” 结果发现,即使在理想的擦除协议中(由于量子叠加),也会遇到非常罕见的事件,这些事件耗散的热量远远超过Landauer极限。在论文中,我们用数学方法证明了这些事件的存在,并且是独特的量子特征。这是一个非常不寻常的发现,对于将来的量子芯片上的热量管理来说可能非常重要。”

没理解错的话,他们实际的发现是,在量子系统中删除量子信息产生的热量会畸高,这是异常的,但还不至于令人震惊。

原文说复活了麦克斯韦妖,未免是夸大其词。

如果是畸低,低于Landauer下界,那就相当于推翻了信息和热力学的基本关系,那无疑是惊人的。倒是可以说复活了麦克斯韦妖。

https://phys.org/news/2020-10-team-uniquely-quantum-effect-erasing.html

关于麦克斯韦妖与兰道尔(Rolf Landauer)极限

热力学定律指出,把两杯温度一样的水倒在一起,不会出现上面沸腾,下面结冰的情况。哪怕这种情况可以满足能量守恒。现在,不妨假设有个渗透膜在装满水的容器中间,水分子可以在渗透膜的孔洞处通过——这对前面的热力学结论并无影响。

再制造出一台分子机器人,让为渗透膜守门:

  • 如果上方的热分子——热,因而速度较快——想要通过渗透膜进入下方,机器人就把它踢回去;反之,下方的热分子,想要通过渗透膜,机器人则不管它。
  • 如果上方的冷分子想要通过渗透膜进入下方,机器人不作为;反之,下方的的冷分子想要通过渗透膜,机器人就把它踢回去。

    最终结果就是,渗透膜上方的水温越来越高,下方的变冷。

    这种机器人的存在本身也不能违背热力学定律!

    它必须要消耗能量,才能平了“水温分层导致熵减”的账。它的能量消耗在哪里呢?如果这种机器人可以在物理层面制造出来,则它的内存必然是有限的。有限的内存写满了之后,则必须要擦除部分信息,才能继续活动,否则没有内存,指导机器人活动的程序就崩溃了。而这个擦除信息的操作,必须要消耗能量。同时这部分能量是无法通过精确设计来消弭的——机器人踢飞分子的操作理论上存在不消耗能量的可能!

    正是兰道尔发现了擦除信息必然会产生热量,导致熵增——实际上,他证明,擦除单位比特的信息时,制造的热量有一个下限——即再怎么小心,擦除信息所耗费的能量也不能少于那个值

    兰道尔奠基性的发现推开了计算热力学的大门。可惜他本人在1999年就去世了,要不然按现在的趋势,很有可能拿到一个诺贝尔。

大家都在看

产地大葱上车价最高3.9元/斤,今年大葱为啥这么贵?原因是这样
朋友圈

产地大葱上车价最高3.9元/斤,今年大葱为啥这么贵?原因是这样

植保小贴士 2021-01-10 567浏览 0评论

今年大家讨论最火的话题之一,就是近期大葱的价格,讲真的,确实太贵了!目前在产地,大葱上车的价格,一直处于居高不下的状态! 1月9日,铁杆大葱产地均价在3.39元每斤;日本钢葱产地均价3.09元每斤;长白大葱产地均价3.28元每斤。事实上,近一个月来,大葱的价格一直在3元/斤左右浮动,这样的产地价格,如果再经过层层加价...

一个被传销毁了的国家--阿尔巴尼亚
朋友圈

一个被传销毁了的国家--阿尔巴尼亚

2020-12-04 929浏览 0评论

阿尔巴尼亚,对大多数人来说恐怕是个“总觉得在哪里听过”但仔细想想却又并不了解的国名。它是上世纪七十年代“抬中国进联合国”的主力国家之一,也曾经在短暂的外交蜜月期内被称作“欧洲的社会主义明灯”。...

为什么西方国家对中国普遍不友好?
朋友圈

为什么西方国家对中国普遍不友好?

雪里梅花 2020-11-28 583浏览 0评论

国人大概都会有一种疑惑,那就是为什么西方国家普遍对我们都不太友好呢?无论我们如何释放善意,仿佛西方人总是对我们有着各种各样奇奇怪怪的刻板印象和偏见,觉得中国或者中国人有着这样那样的恶习,对我们也总有着一些若有若无的恶意,这是为什么呢?...

捕蝇草怎么知道有东西在它的捕虫夹里?
朋友圈

捕蝇草怎么知道有东西在它的捕虫夹里?

佚名 2020-10-18 957浏览 0评论

动物吃植物。有些植物也能吃动物。第一种情况没有人感到费解,但第二种情况却有许多疑点,即使对科学家而言也是如此。 比如说,食肉性植物究竟如何把握时机,捕捉到猎物的? 捕蝇草(Dionaea muscipula)是世界上最著名和令人着迷的食肉植物之一。无论是苍蝇,蜘蛛,甲虫还是蚂蚱,如果不慎落入它那两片贝壳状叶子中,都有可能...

美国旧金山的房屋租金大幅下降
朋友圈

美国旧金山的房屋租金大幅下降

佚名 2020-10-18 996浏览 0评论

两年前,RentCafe.com调查了全球房租最贵的30个城市。名列前5的分别是,曼哈顿、伦敦、旧金山、苏黎世和香港。北京排到27位。 根据去年的趋势报告,全美国10年里有一亿人口租房生活。房租整体涨幅为36%。 但是现在,旧金山的天价公寓租金正在迅速下降。 根据Realtor.com周二发布的数据,9月份该市独立单间的月租金中位数较上...

偶然发现了一种未知的构建结构色的方法
朋友圈

偶然发现了一种未知的构建结构色的方法

佚名 2020-10-18 429浏览 0评论

澳大利亚的科学家偶然发现了一种不寻常、前所未见的颜色观测方法。 为了产生这种效果,研究人员将一种非常薄的膜附着到另一片更大的样品上。在两种材料连接的地方,电场非常强。 当与“光学干涉”(不同的光波的相互作用)结合使用时,材料表面会发生散射过程,在不同的照明条件下观察时会产生明亮的色彩。 这项发现发表在《高...

地球轨道上的大量太空垃圾已接近「凯斯勒事件」的标准了
朋友圈

地球轨道上的大量太空垃圾已接近「凯斯勒事件」的标准了

佚名 2020-10-18 923浏览 0评论

本周四,一颗前苏联废弃卫星和中国的火箭残体(分级助推器的一节?)在太空中擦肩而过,幸好没有相撞——否则会制造出大量更加危险、难以监控的高速轨道垃圾。 使用雷达跟踪太空中卫星碎片的企业LeoLabs周二表示,它正在监视“非常高风险”的交汇点——两个物体绕地球轨道的交点。 数据表明,周四美东时间下午8:56,两个大体量...

删除量子信息时会产生奇特的量子热力学效应
朋友圈

删除量子信息时会产生奇特的量子热力学效应

佚名 2020-10-18 382浏览 0评论

Trinity的研究人员在擦除量子的信息中发现了独特的量子效应,这可能对量子计算芯片的设计产生重大影响。 1961年,当时在IBM的Rolf Landauer发现了热耗散与逻辑上不可逆的运算之间的关系,计算热力学由此诞生。Landauer喊出了著名的“信息即物理”的口号,提醒我们信息不是抽象的概念,而是基于物理实在的性质。...

狼也会与驯养者建立依恋关系
朋友圈

狼也会与驯养者建立依恋关系

佚名 2020-10-18 832浏览 0评论

毫无疑问,和其它动物相比,狗狗对人类的意义完全不同。他们甚至影响了我们的进化历程——人类与人类最好朋友的纽带已经写进了我们的基因中。 但是他们的某些优良特征可能早已存在于他们野性祖先的血脉里,如对我们形成深刻,持久和情感依赖的能力。 匈牙利E?tv?sLoránd大学的研究人员比较了人工饲养的灰狼和狗的行为。伦理...

O型血的人感染COVID-19,以及转重症的风险都较低
朋友圈

O型血的人感染COVID-19,以及转重症的风险都较低

佚名 2020-10-18 968浏览 0评论

本周发布了两项关于血型和新冠病毒感染风险的研究,发现O型血的人感染冠状病毒的风险较低,而且一旦感染,转重病的可能性也会降低。 一项新的研究特别发现,O或B型血液的COVID-19患者需要在重症监护病房中的时间少于A型或AB型患者。他们也不太可能需要呼吸机,也不太可能出现肾衰竭。 最新的报告周三刊发在《血液进展》杂志...

发表我的评论
取消评论
昵称 (必填) 手机号 (必填)

网友最新评论【查看所有评论

阅读原文 阅读 100000+