我國科研人員首次在量子層面上驗證朗道爾原理

新華社武漢５月２３日電（記者 李偉）中國科學院武漢物理與數學研究所２３日宣布，科研人員利用超冷離子實驗平臺，設計和完成了基于單量子比特的信息擦除實驗，首次高精度地檢驗了量子信息與量子熱力學中的一個重要關系式——量子朗道爾原理，相關研究成果近期發表在《物理評論快報》。

這一最新研究進展是由馮芒研究團隊與上海交通大學麻志浩教授合作的。據介紹，在經典信息處理中，最小功耗是經典計算過程中擦除單個比特的信息所需消耗的能量，這是著名的朗道爾原理為計算所需功耗確定的下限。雖然已有很多理論文章分析了量子條件下的朗道爾原理，但至今未有相關的實驗驗證。

擦除一個量子比特的信息所需的能量非常微小，需要將量子比特制備到極低的初始溫度以及達到非常精確的測量精度。馮芒研究團隊在前期工作中已實現離子內態與運動態的精確操控和測量等關鍵技術。在此基礎上該團隊精心設計了量子化的熱庫和對系統－熱庫量子關聯的有效測量方案，在離子內態探測誤差不超過３％和聲子數測量誤差不超過０．０２的情況下，首次在單原子水平上精確驗證了量子朗道爾原理，也為量子計算所需的最小功耗提供了重要的實驗證據。

美國物理學會網刊文評價稱，這項工作有助于理解邏輯操作在量子力學層面上的不可逆性，為量子計算的最小功耗和量子化環境的應用提供實驗參考。該實驗也表明量子世界與我們所處的宏觀世界一樣，不存在永動機。