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科學(xué)家建立并驗(yàn)證 絕熱開放系統(tǒng)的量子熱力學(xué)一般公式

來源:科技日報(bào) 時(shí)間:2020-09-16 16:34:30

記者從中國科大獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒等人與作者合作,建立了絕熱開放系統(tǒng)量子熱力學(xué)一般公式,在量子絕熱過程和熱力學(xué)絕熱過程之間建立了聯(lián)系,并基于囚禁離子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《npj 量子信息》上。

近年來,量子技術(shù)的發(fā)展使得精確制備和控制量子系統(tǒng)成為可能。那么,在量子尺度下熱力學(xué)定律是否依然適用?量子熱力學(xué)由此逐步發(fā)展起來,它旨在從量子力學(xué)微觀角度研究熱力學(xué)定律的產(chǎn)生及其極限,解決麥克斯韋妖等長期以來困擾人們的問題。同時(shí),人們也期望量子熱力學(xué)能揭示出超越經(jīng)典熱力學(xué)范疇的新機(jī)制。

量子絕熱過程和熱力學(xué)絕熱過程分別是量子理論和熱力學(xué)理論的重要組成部分。探討量子絕熱過程和熱力學(xué)絕熱過程之間的聯(lián)系,是量子熱力學(xué)中一個非常有趣而復(fù)雜的問題。科研人員通過討論開放量子系統(tǒng)中的熱力學(xué)絕熱過程,給出了熱、功、內(nèi)能和熵等的一般公式,明確了量子力學(xué)中的絕熱動力學(xué)與量子熱力學(xué)中的絕熱過程一般是不相關(guān)的,熱絕熱性的充分條件可以由在穩(wěn)態(tài)軌跡下絕熱演化的量子系統(tǒng)滿足。

為驗(yàn)證以上結(jié)論,研究組采用了囚禁離子系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)。研究組開創(chuàng)性的提出了一種有效的解決方案,通過使用噪聲對載波進(jìn)行頻率調(diào)制,很好的模擬了量子系統(tǒng)退相干信道,保真度優(yōu)于99.5%,由此可以在完全可控的動力學(xué)過程中分析熱量和內(nèi)能。而高保真的量子態(tài)調(diào)控和信道,則保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的高度可信性。

該成果獲審稿人的高度評價(jià),認(rèn)為“是目前為數(shù)不多的,而且可能是最有說服力的理論和實(shí)驗(yàn)討論之一”。該成果也提供了一個精確研究量子熱力學(xué)問題的囚禁離子實(shí)驗(yàn)平臺。(記者 吳長鋒)

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標(biāo)簽: 量子熱力學(xué)

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