熱力學過程在量子尺度不可逆被首次證實
- 發佈時間：2015-12-03 03:31:33 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京12月2日電 （記者劉霞）巴西和英國科學家攜手首次證實，熱力學過程在量子系統中不可逆。最新研究結論對於理解量子系統中的熱力學、設計量子電腦以及更深入地洞悉其他量子資訊技術都大有裨益。
對於物理系學家們來説，包括薛定諤方程在內的微觀法則都是可逆的。從理論上説，正向和反向微觀過程毫無二致。但現在，巴西ABC聯邦大學的物理學家蒂亞戈·巴塔爾豪和同事發表在《物理評論快報》雜誌上的最新研究表明，在量子尺度上，熱力學過程是不可逆的。
在量子系統中觀察到熱力學過程非常困難，迄今還無人做到。在最新實驗中，研究人員對液體三氯甲烷中的碳-13原子施加了一個振蕩的磁場，然後測量了熵的變化，證實了這一研究結論。
研究人員首先施加一個磁場脈衝使原子核的自旋不斷翻轉，接著逆向施加脈衝使自旋遭受逆向的熱動力。如果這一過程是可逆的，那麼，自旋會回到最初的起點。但情況並非如此。從根本上來説，正向和逆向磁脈衝的施加速度非常快，自旋的翻轉不可能始終保持一致，自旋因此失去了平衡狀態。對於自旋的測量表明，這個隔離系統的熵在增加，從而證明量子尺度上熱力學過程是不可逆的。
該研究的合作者、英國女王大學的莫羅·帕泰爾諾斯特羅説：“我們的過程證明了量子動力學的不可逆屬性，但我們的實驗並沒有指出，是什麼在微觀尺度下導致了這種情況，是什麼確定了時間之箭的發軔。解決這一問題將有助於闡釋這種情況發生的終極緣由。”
研究人員希望，他們對於熱力學在量子尺度上的最新發現未來能應用到高性能量子技術上，並最終研製出遠超傳統電腦性能的量子電腦。
總編輯圈點
熱力學定律是經典物理學的傳統和基礎性理論，但人們對它在更大的宏觀尺度或量子領域等微觀尺度能否適用，一直沒有明確答案。現在，熱力學過程在量子尺度不可逆被首次證實，這讓我們對微觀和量子世界的了解更加深入，也産生了更多困惑。在知道“是什麼”之後，必然還要解決“為什麼”，要研究清楚到底是特定的條件導致了這一現象，還是能夠上升為一項定律。在這些問題沒有明確前，我們應該抱著嚴謹的態度，小心求證。
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