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量子計算熱力學新發現：麥克斯韋妖要復活？
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愛爾蘭都柏林聖三一大學（Trinity College Dublin）的科學家稱，發現了擦除量子比特信息的獨特的量子特性，對量子芯片的設計將有重要影響。
研究者表示，看似被「蘭道爾擦除」理論（Landauer’s erasure principle）解決的「麥克斯韋妖」（Maxwell’s demon）悖論，恐怕又要回到科學家的視野。
1961年當時在IBM工作的蘭道爾（Rolf Landauer）發現，在經典計算機——即由0和1數位構成的計算機上，擦除一個數位的信息所釋放的熱量具有一個最低下限值。
這個極限後來就被稱為「蘭道爾限值」，是信息技術與熱力學之間重要的聯繫。
都柏林聖三一大學教授高爾德（John Goold）在這份研究中考慮了在量子計算世界，即當基本數位是0、1和既是0又是1的量子疊加態的情況下，擦除信息所帶來的熱力學效果。
這份近期發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的研究認為，擦除量子數位信息過程中的散熱偏差很大，這與經典數位擦除的熱力學規律不一致。
高爾德說：「實際上，計算機不是完美的系統，即使超過散熱的理論下限也運作得很好。但是，了解這樣的限值很重要，因為隨著計算機各部分元件的小型化趨勢，它們將越發接近下限值，這個問題對量子計算機來說也越發顯得重要。令人驚歎的是，現代技術有條件研究越來越接近這個限值的擦除操作。」
「我們考慮的問題是，量子計算機的特性會給擦除操作帶來哪些不同？我們的研究得到了意料之外的答案：我們發現即使在理想化的擦除操作下，鑒於量子具有疊加態，會遇到散熱值遠高於蘭道爾限值這樣非常罕見的事件。」
「這份研究中我們通過數學計算證明，這些事件的確存在，是獨特的量子特性。這很不尋常，對未來量子芯片的熱量管理很重要。當然，還有很多工作要做。」
從「麥克斯韋妖」到「蘭道爾擦除」
近25年前，蘭道爾提出了「信息即是物理」的理論，把信息描述成是存儲在物理介質上的物體，比如書籍、存儲器，它們的變化也要通過物理的手段，包括電子、光學信號，並由物理設備進行處理。
因此，他認為，信息也要遵循物理世界的定律，特別是熱力學定律。
熱力學第二定律是熱力學四大基本定律之一，描述為封閉系統總是自發地向熱力學平衡方向演化。
通俗地說，就好比兩種溫度不同的氣體注入一個密閉的環境，這個密閉室內混合氣體的溫度最終將達到均勻混合的狀態。
可是1871年物理學家（James Clerk Maxwell）麥克斯韋提出一種思想實驗，假想可以有一種怪物——麥克斯韋妖，把這樣的密閉室分隔成相同的兩部分，中間有一扇由它控制的「門」。
容器中的空氣分子做無規則熱運動時會向門上撞擊，而怪物控制門選擇性地將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格的空氣溫度就會比另外一格高。
這個假想讓很多物理學家困惑，這意味著熱力學第二定律將被打破。
一些研究者認為，麥克斯韋妖守門做功也要損耗能量，也不能違背熱力學定律。
既然信息也要遵循熱定律，物理學家把信息系統的不同狀態，比如最簡單的0和1的狀態，類比為熱力學系統內兩種不同能量狀態進行了大量的研究。
其中蘭道爾提出的信息擦除需要一個最小的能量是里程碑式的發展，他的理論解決了這一悖論——消除了麥克斯韋妖。這一理論是現在計算熱力學的基礎。
可是現在，這份新研究似乎把已經被驅除的麥克斯韋妖又「招」回來了。
高爾德說：「即使在2020年，麥克斯韋妖仍然對自然界的定律提出根本的質疑。」
新聞來源： https://www.epochtimes.com/b5/20/11/14/n12548647.htm
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招魂儀式，大家覺得我們有可能在未來10年克服這個假設悖論嗎？
物理真的好有趣喔
（如果不要考試的話啦）
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