我国科研人员首次在量子层面上验证朗道尔原理

新华社武汉５月２３日电（记者 李伟）中国科学院武汉物理与数学研究所２３日宣布，科研人员利用超冷离子实验平台，设计和完成了基于单量子比特的信息擦除实验，首次高精度地检验了量子信息与量子热力学中的一个重要关系式——量子朗道尔原理，相关研究成果近期发表在《物理评论快报》。

这一最新研究进展是由冯芒研究团队与上海交通大学麻志浩教授合作的。据介绍，在经典信息处理中，最小功耗是经典计算过程中擦除单个比特的信息所需消耗的能量，这是著名的朗道尔原理为计算所需功耗确定的下限。虽然已有很多理论文章分析了量子条件下的朗道尔原理，但至今未有相关的实验验证。

擦除一个量子比特的信息所需的能量非常微小，需要将量子比特制备到极低的初始温度以及达到非常精确的测量精度。冯芒研究团队在前期工作中已实现离子内态与运动态的精确操控和测量等关键技术。在此基础上该团队精心设计了量子化的热库和对系统－热库量子关联的有效测量方案，在离子内态探测误差不超过３％和声子数测量误差不超过０．０２的情况下，首次在单原子水平上精确验证了量子朗道尔原理，也为量子计算所需的最小功耗提供了重要的实验证据。

美国物理学会网刊文评价称，这项工作有助于理解逻辑操作在量子力学层面上的不可逆性，为量子计算的最小功耗和量子化环境的应用提供实验参考。该实验也表明量子世界与我们所处的宏观世界一样，不存在永动机。