热力学过程在量子尺度不可逆被首次证实

2015年12月03日03:36  来源:科技日报
 
原标题:热力学过程在量子尺度不可逆被首次证实

  科技日报北京12月2日电 (记者刘霞)巴西和英国科学家携手首次证实,热力学过程在量子系统中不可逆。最新研究结论对于理解量子系统中的热力学、设计量子计算机以及更深入地洞悉其他量子信息技术都大有裨益。

  对于物理系学家们来说,包括薛定谔方程在内的微观法则都是可逆的。从理论上说,正向和反向微观过程毫无二致。但现在,巴西ABC联邦大学的物理学家蒂亚戈·巴塔尔豪和同事发表在《物理评论快报》杂志上的最新研究表明,在量子尺度上,热力学过程是不可逆的。

  在量子系统中观察到热力学过程非常困难,迄今还无人做到。在最新实验中,研究人员对液体三氯甲烷中的碳-13原子施加了一个振荡的磁场,然后测量了熵的变化,证实了这一研究结论。

  研究人员首先施加一个磁场脉冲使原子核的自旋不断翻转,接着逆向施加脉冲使自旋遭受逆向的热动力。如果这一过程是可逆的,那么,自旋会回到最初的起点。但情况并非如此。从根本上来说,正向和逆向磁脉冲的施加速度非常快,自旋的翻转不可能始终保持一致,自旋因此失去了平衡状态。对于自旋的测量表明,这个隔离系统的熵在增加,从而证明量子尺度上热力学过程是不可逆的。

  该研究的合作者、英国女王大学的莫罗·帕泰尔诺斯特罗说:“我们的过程证明了量子动力学的不可逆属性,但我们的实验并没有指出,是什么在微观尺度下导致了这种情况,是什么确定了时间之箭的发轫。解决这一问题将有助于阐释这种情况发生的终极缘由。”

  研究人员希望,他们对于热力学在量子尺度上的最新发现未来能应用到高性能量子技术上,并最终研制出远超传统计算机性能的量子计算机。

  总编辑圈点

  热力学定律是经典物理学的传统和基础性理论,但人们对它在更大的宏观尺度或量子领域等微观尺度能否适用,一直没有明确答案。现在,热力学过程在量子尺度不可逆被首次证实,这让我们对微观和量子世界的了解更加深入,也产生了更多困惑。在知道“是什么”之后,必然还要解决“为什么”,要研究清楚到底是特定的条件导致了这一现象,还是能够上升为一项定律。在这些问题没有明确前,我们应该抱着严谨的态度,小心求证。

(来源:科技日报)

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