“清华成功验证了量子Jarzynski恒等式”

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清华大学交叉新闻研究院量子新闻中心金奇奎副教授率领的离子阱实验小组在实验中验证了量子jarzynski恒等式， 这一成果的研究论文“experimentaltestofthequantumjarzynskiequalitywithatrapped-ion system”(离子阱系统中的量子jarzynski恒等式的实验验证)近日发表了《奈茨YNSKI恒等式的实验验证》

jarzynski恒等式是量子热力学行业的重要等式。 热力学非平衡状态下的大部分原理都是以不等式的形式描述的，但jarzynski恒等式是罕见的特例。 自1997年首次在理论上被发现以来，人们一直在试图通过经典和量子行业的实验验证这个等式。 最初经典行业的实验验证于2002年发表，但量子行业的直接验证由于诸多实验挑战而坚持延迟。

本研究通过离子阱系统实验验证了jarzynski恒等式。 离子阱系统已经成为开发“实用”量子计算机和量子模拟器最有前途的系统之一，在一些复杂的问题上可以超出经典设备的计算能力。 年，大卫·宾兰博士作为离子阱技术的先驱，在测量和操作单一量子系统的研究方面取得了划时代的实验方法，获得了诺贝尔物理学奖。 相关的划时代的量子技术，给从量子器件的开发到基础科学的各个行业带来了不可估量的改革创新。

这个实验利用离子阱系统验证了量子热力学中的jarzynski恒等式。 jarzynski恒等式结合了非平衡热力学过程的自由能差和所做的工作。 验证这个理论的第一个实验挑战是测量量子范畴内的工作。 在经典情况下，可以通过测量位移和力来计算功。 但是海森堡由于原理不明确，在量子的情况下无法测量位移和动量。 这是因为，也无法通过对位移进行积分来获得工作。 但是，在封闭的量子系统中，可以通过瞬时能量固有状态的测量来取得成功。 为了验证量子jarzynski方程，该实验首次实现了离子阱系统中声子态的投影测量。

该实验预计可以应用于利用量子热力学原理实现量子热机，量子热机具有高于任何经典热机的效率。 然后，也可以应用于实现麦克斯韦妖魔这个理想的实验。 另外，实验中实现的声子投影测量也可以用于离子阱系统中的波色采样，但波色采样装置有可能是未来实现的首次计算效率超过经典计算机的装置。

这项实验工作由交叉新闻研究院量子新闻中心的博士生安硕明、严马可、吕定顺、路尧、张君华进行。 这项工作由科技部973、国家自然科学基金和青年千人计划支持。 沈健健