源之原味

量子计算机真的很讨厌成为永恒的运动机器

 

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国际物理学家小组最近 发表 研究表明, 量子计算机不是为那些希望打破热力学第二定律的人的方式, 说有 无免费午餐 在宇宙中。

长久以来的运动一直是那些不想做任何工作的人的梦想, 但仍然希望得到一个出色完成的工作的回报。如果你能想象一台机器, 不需要燃料运行, 或电机能够产生电磁电流, 而不消耗任何资源, 你可以看到为什么科学家们一直追求的永恒运动千百年来。

在我们深入到量子计算机和永久运动之前, 有一点背景是有序的。

麦克斯韦的恶魔

不幸的是, 像第二定律的永恒运动说, 没有这样的东西, 免费午餐。你根本找不到东西, 即使你作弊。一位聪明的科学家名叫詹姆斯办事员麦克斯韦想出了一个古怪的理论, 关于一个恶魔, 它的世界的科学困惑和迷惑了大约100年前, 任何人都想通了谜语。

在麦克斯韦的理论中, 有一个盒子充满了分子在两种不同的速度下跳动: 快速和缓慢。快速分子比冷分子更温暖, 因为这是热力学工作的一部分。不幸的是, 当分子都混在一起的时候--充满了熵--它们没有什么用处。

然而, 如果你把一个恶魔放在盒子上面 (不要问我为什么它必须是一个恶魔, 可能是因为人们无法在1867年了解 AI) 谁可以打开和关闭框中的门, 让一个分子一次从一侧移动到其他, 你可以调节盒子的温度。

所以, 想象一下我们的恶魔 (或者 AI, 如果你喜欢) 做好它的工作, 直到所有的快速分子都在一边, 和所有的慢分子在另一个。一旦发生这种情况, 你就可以从盒子里得到 "工作"。这样的温度波动可以用来产生功率, 例如驱动齿轮或活塞。如果你能在不使用任何能量的情况下, 把分子前后混合并进行分类, 你就一无所有了。

这在很长一段时间内窃听了科学家们的大脑, 直到有人发现恶魔脑袋里的 "信息" 对分子产生的 "工作" 负责。因为恶魔必须进行计算, 主机和回忆, 并作出预测, 这是增加熵在宇宙中。这个可恶的恶魔正在花费宇宙更多的能量, 而不是盒子产生的--这正是热力学第二定律所说的: 熵总是在增加。

量子解

但是, 如果我们在过去的几年里学到了量子计算机的知识, 那就是他们不给一个关于规则、定律或物理的东西。量子物理学是不守规矩和朋克摇滚, 但有时这是一件好事。研究人员推测, 由于在两个地方同时破坏物理规则而臭名昭著的量子粒子可能是永久运动的秘诀。

因此, 这是它的工作方式: 量子粒子可以兴奋或接地, 他们就像十几岁的方式。当他们兴奋时, 我们可以利用他们的工作, 通过接地他们-再次, 就像十几岁。科学家所要做的就是测量粒子在哪个状态, 然后决定是否将其接地, 或者如果它已经被接地, 就离开它。

这从来没有与经典粒子的工作, 因为它需要能量地面或激发粒子。但是, 由于量子粒子可以同时被接地和激发--一种叫做叠加的现象--研究人员有一个有趣的想法。仅仅观察量子粒子的行为就会改变它。如果你看一个兴奋的粒子, 它会接地, 所以科学家们想知道这是否可以用来获得什么东西。

量子失败

但是, 就像其他的朋克摇滚者一样, 与法律斗争和失去, 量子粒子并不符合宇宙的意志。看着粒子使它们改变, 这意味着科学家永远无法提前知道特定粒子是否需要接地。再看着他们就像看着一个完全不同的粒子。

当科学家们试图用一种隐身技术来观察粒子时, 它们并没有干扰它们, 从而使它们发生变化, 他们能够辨别出粒子是处于兴奋状态还是被接地, 但他们无法对此信息采取行动。因为那是事情变得怪异的时候。

这种隐身技术使得科学家们能够确定量子粒子的状态, 其中包括将光的光子传送到系统中, 并测量回来的光子。不幸的是, 只有大约一半的光子返回, 其他的则丢失。丢失的部分无法测量, 但仍会影响系统。在本质上, 它是一个谜, 改变, 如果你看它, 如果你偷偷一眼, 它会改变所有你看不到的部分, 所以你收集的任何测量都是无用的。

根据 Kater 默奇, 圣路易斯华盛顿大学艺术与科学物理副教授, 以及该队研究论文的作者:

当我们谈论量子叠加时, 对于一个宏观的, 古典的世界, 热力学规则还适用吗?我们发现, 是的, 他们持有, 除了有一个奇怪的事情。信息可以是负数。

没有容易解释的原因, 也许量子系统是任意的意思。也许麦克斯韦是在一些东西, 当他选择了一个恶魔代表他的自由午餐理论, 而不是天使。

一个量子系统可以带走你的信息 已经有 通过改变自己只是因为你观察到它是超乎寻常的。我们对宇宙的了解越多, 它所揭示出来的就越复杂和奇怪。

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