三一学院的研究人员在擦除信息时发现了一种独特的量子效应，这可能会对量子计算芯片的设计产生重大影响。他们的惊人发现让悖论麦克斯韦邪恶三位一体的研究人员发现了一种独特的擦除信息的量子效应，这可能会对量子计算芯片的设计产生重大影响。他们的惊人发现复活了自相矛盾的“麦克斯韦魔鬼”，并折磨了物理学家150多年。
1961年IBM的Rolf Landauer发现热耗散与逻辑不可逆操作的关系时，计算的热力学受到关注。兰道尔以“信息即物理”的口号而闻名，它提醒我们信息不是抽象的，而是编码在物理硬件上的。
“比特”是信息的货币(可以是零，也可以是一)。兰道尔发现，擦除比特时释放的热量最少。这叫做朗道边界，是信息论和热力学的权威联系。
Trinity的John Goold教授的QuSys小组在研究时正在考虑量子计算，其中删除了一个量子位(一个量子位，可以同时为0和1)。
在刚刚发表在《物理评论快报》期刊(Physical Review Letters)上的工作组中，该小组发现，被擦除信息的量子性质可能会导致散热出现较大偏差，而这在常规的比特擦除中是不存在的。
热力学和麦克斯韦恶魔
在朗道发现前一百年，维也纳科学家路德维希博尔茨曼和苏格兰物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦等人提出了气体动力学理论，通过对原子组成的物质的思考和对宏观观的推导，再现了古希腊人的古老思想。微观动力学热力学。
戈尔德教授说：“统计力学告诉我们，像压力和温度这样的东西，甚至热力学本身的定律，都可以通过物质的原子成分的平均行为来理解。热力学第二定律涉及到熵。在熵中，第二定律告诉我们，在没有外界干预的情况下，宇宙中所有的过程都趋向于增加自己的熵，平均达到一种叫做热平衡的状态。
“它告诉我们，当两种气体混合在一起时，两种不同温度的气体会在两者的平均温度下达到新的平衡状态。这是终极法则。从某种意义上说，每一个动态系统都必须遵守这个规律。一切，甚至你，都会平衡。”
然而，统计力学的创始人们从动力学理论开始就试图寻找第二定律的漏洞。再次考虑平衡态气体的例子：麦克斯韦设想了一个想象中的“纯手指”，它可以根据气体的速度来跟踪和分类气体中的粒子。
众所周知，麦克斯韦妖可以在充满气体的盒子里快速打开和关闭陷阱门，让热粒子从盒子的一边穿过，同时将冷粒子限制在另一边。这种情况似乎与热力学第二定律相矛盾，因为整体熵似乎在减少，或许物理学中最著名的悖论就此诞生。
但是兰道尔关于擦除信息的散热成本的发现呢？好吧，又过了20年才完全认识到这个矛盾。矛盾解决了，麦克斯韦的妖终于被赶走了。
兰道尔的工作启发了查理班尼特，他也为IBM工作，研究可逆计算的想法。贝内特在一篇论文中指出，魔鬼必须有记忆，而不仅仅是测量，消除魔鬼记忆中的信息就是恢复悖论第二定律的行为。于是，计算热力学诞生了。
启示
现在，有着40年历史的这里是由古尔德教授的团队领导的新研究的发源地，专注于量子计算热力学。
在最近与曼彻斯特大学的合作伙伴哈里米勒(Harry Miller)和三一库西斯集团(Trinity QuSys Group)的两位博士后研究人员马克米奇森(Mark Mitchison)和贾科莫瓜尼里(Michael Guarnieri)联合发表的论文中，研究团队非常仔细地研究了一个实验上逼真的擦除过程，该过程允许量子叠加(量子比特可以同时处于零和一状态)。
古尔德教授解释说：“实际上，计算机并不是一个完美的系统，它的功能远远超出了兰道尔的散热范围。但是考虑这个范围还是很重要的，因为随着计算部件小型化的不断发展，这个范围越来越近，它与量子计算机的关系也越来越重要。令人惊讶的是，如今在技术的帮助下，你真的可以研究接近这个极限的擦除。
“我们问，‘这个明显的量子特征与擦除协议有什么不同？“我们发现，即使在一个理想的擦除协议中(由于量子叠加)，你也会遇到非常罕见的事件，这些事件的热耗散远远超过了朗道尔极限。
“在论文中，我们用数学方法证明了这些事件的存在，它们是独特的量子特征。这是一个非常不同寻常的发现，对于未来量子芯片上的热量管理可能非常重要，尽管还有很多工作要做，特别是分析更快操作和其他门实现的热力学。
“即使在2020年，麦克斯韦的恶魔们仍在追问关于自然法则的基本问题。”
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