标题:量子计算机可制冷——量子纠缠中的“熵”可同时描述信息论和热力学
作者:nirco
日期:2011-07-01 09:35
内容:
计算机工作时，它们消耗的能量最终变成了热。从放置膝盖的便携电脑到屋子里的超大计算机，人们都能感到它们在散热。这些热并非全都由硬件的运作所产生，处理信息也要耗费能量而发热。但令人惊讶的是，理论物理学家最近发现，在特定情况下，计算过程不仅不会发热，甚至还会制冷。他们的研究发表在最新一期的《自然》杂志上。
删除信息或能制冷
“虽然我们能在量子水平实现这种控制，但在超大计算机上能否实现还是个巨大挑战，但也并非不可能，过去20年里量子技术已经取得了巨大进步。”维德罗表示，根据目前量子物理实验室的技术，用几个比特的数据进行理论性证明的实验还是可能的。
量子纠缠扭曲兰道尔原理
如果要删除的比特值是已知的，也就是说当存储的内容是已知的，就是以一种理论上能再生的方式来删除这些数据内容，按照兰道尔原理这是可能的。而此前有研究证明这种可逆删除不会产生热。
更进一步考虑，当要删除的数据内容和观察者处于量子纠缠的状态，那么观察者在删除这些数据时，就能从系统中吸收热量。量子纠缠将观察者的状态和计算机的状态联在了一起。在这种方式下，他们知道的存储内容比在经典物理学中更多。
两门学科“熵”相通
雷内说：“而我们同时面对着这两种情况。即在量子力学的理论框架下，熵的概念同时描述了这二者。看起来两个熵的公式是一样的，人们也假定它们之间有关联。按照我们的研究，在两种情况下，熵可以看作是一种相对的‘知识贫乏’态。在测量这种熵的时候要秉承一个宗旨，即物体本身从本质上说并没有一定数量的熵，物体的熵总是依赖于观察者。”
还以删除数据为例，如果两个人分别删除一个内存中的数据，其中一人对这些数据知道的更多，她会觉得这个内存的熵更低，删除该内存所用的能量更少。在经典物理中，一个系统的理想状态是观察者认为它的熵是零，这表示观察者记忆的内容和系统内存中的内容完全一致，这才符合经典物理学。由于量子相关比经典相关更强，在量子纠缠中给了观察者多于整体系统的更多知识，导致了熵值小于零。
不发会热反能制冷
熵在量子物理学中有着不寻常的性质。但从信息论角度来计算时，人们往往忽略了这一点。虽然理论物理学家在计算中已经使用了负熵，却并不理解它在热力学中或实验中的含义。
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