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http://www.cnbeta.com/articles/tech/676643.htm

英國量子物理學家正在利用人造鑽石做實驗，試圖證明一種幾年前剛被理論化的效應：量子推動可使鑽石的功率輸出高于經典熱力學限定的水平。

在英國牛津大學的一間實驗室里，量子物理學家正試圖利用一小塊人造鑽石做到這一點。起初，這顆淹沒在亂七八糟的光學纖維和鏡子中的鑽石幾乎不可見。不過，當研究人員打開綠色激光器時，鑽石中的缺陷被照亮，晶體開始發出紅色的光。在這束光線中，科學家發現了一種幾年前剛被理論化的效應存在的初步證據：量子推動可使鑽石的功率輸出高于經典熱力學限定的水平。如果結論成立它們將給量子熱力學研究帶來實實在在的好處。量子熱力學是一個相對較新的領域旨在原子尺度上揭示控制熱量和能量流動的定律。

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約十年前，隨著關于技術微型化限制的問題變得日益緊迫以及實驗技術取得突破，這一切發生了巨大改變。研究人員開展了一系列嘗試，以推斷熱力學和量子理論如何被結合起來。然而，Kosloff表示，由此產生的提議帶來了更多困惑，而非讓問題變得更加清晰。一些人宣稱，量子元件能在不受損傷的情況下打破經典熱力學限制，因此可作為無須任何能量輸入便能開展工作的永動機。其他人則提出，熱力學定律應當在極小尺度下保持不被改變。不過，他們同樣感到困惑。“在某些情形下，你可以利用相同的等式推斷出單個原子發動機和汽車引擎的性能。”Kosloff介紹說，“但這同樣看起來令人震驚——可以肯定的是，當物體變得越來越小時，應當會達到某個量子極限。”在經典熱力學中，單個粒子并沒有溫度。因此，德國弗萊堡大學量子物理學家Tobias Schaetz認為，隨著做功的系統及其環境趨近這一極限，想象它們會遵守標準熱力學規則越來越成為一件荒謬的事情。



永動機似乎是不可能的。不過，早期的希望是量子熱力學給定的限制和在經典領域相比可能沒有那么嚴格。“這是我們從量子計算中學習到的一連串思路，即量子效應有助于打破經典界限。”以色列理工學院量子物理學家Raam Uzdin介紹說。

他同時表示，令人失望的是，事實并非如此。最新分析表明，第二定律（支配效能）和第三定律（禁止系統達到絕對零度）的量子版本和傳統“化身”保持類似的限制，甚至在某些情形下保持更加嚴格的限制。

理論也揭示了一些潛在的余地。在一項探究信息流在充滿粒子的熱室和冷室之間移動的理論分析中，一個包括西班牙巴塞羅那光子科學研究所量子物理學家Arnau Riera和Manabendra Nath Bera在內的團隊發現了一種奇怪的場景：熱室似乎自發地變得更熱，而冷室變得更冷。“起初，這看上去很瘋狂，好像我們打破了熱力學定律。”Bera介紹說。但研究人員很快意識到，他們忽略了量子扭曲，即腔室中的粒子會變得相互糾纏。理論上，產生并打破這些關聯為儲存和釋放能量提供了方法。一旦這種量子資源被列入進來，熱力學定律便逐漸顯現出來。

一些獨立團隊提議利用此類糾纏在“量子電池”中儲存能量。同時，一個來自意大利技術研究所的團隊正嘗試利用由超導量子比特構建的電池，確認上述巴塞羅那團隊的預測。原則上，和傳統電池相比，此類量子電池的充電速度會快很多。“你無法在傳統限制允許的范圍之外提取和儲存能量——這是由第二定律決定的。” Riera介紹說，“但你或許能令提取和儲存能量的速度加快。”一些研究人員正在尋找更加簡單的方法操控量子計算應用的比特。加拿大滑鐵盧大學量子物理學家Nayeli Azucena Rodríguez Briones和同事通過操控量子比特對的能級，設計了一種可能增強量子計算操作所需冷卻能力的方法。目前，他們正計劃利用超導量子比特在實驗室中測試這一想法。