烧脑的量子纠缠，鬼魅般的超距作用，竟与咖啡的冷热联系起来了！

都柏林圣三一学院的理论物理学家发现，量子力学最显著的特征之一量子纠缠，与热化之间存在着很深的联系，热化是物体与周围环境达到热平衡的过程，其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。相信很多人都熟悉热敏化：只要想一想咖啡是如何随着时间的推移而达到室温的；另一方面，量子纠缠则是另一回事。然而，博士生Marlon Brenes和来自圣三一大学的John Goold教授：

与意大利SISSA的Silvia Pappalardi和Alessandro Silva教授合作完成的研究表明：这两者是如何密不可分地联系在一起的。在解释这一发现的重要性时，QuSys团队负责人John Goold教授解释说：量子纠缠是量子力学一个违反直觉的特征，它能在某个时间点相互作用的粒子，以一种传统上不可能实现的方式相互关联。对一个粒子的测量，会影响另一个粒子的测量结果，即使它们相距数光年，爱因斯坦称这种效应为“鬼魅般的超距作用”。

事实证明，量子纠缠不仅令人毛骨悚然，而且实际上无处不在，事实上，更令人惊讶的是，我们生活在一个技术开始利用这一特征来实现在几年后，被认为是不可能实现壮举的时代。这些量子技术正在私营部门迅速发展，谷歌和IBM等公司在竞争中处于领先地位。但是这一切和冷咖啡有什么关系呢？John Goold教授详细解释说：当你准备一杯咖啡，放一段时间，它会冷却下来，直到它达到周围的温度，这是热敏化。

在物理学中，我们说这个过程是不可逆转的，正如我们所知，曾经热过的咖啡不会冷却，然后神奇地热起来。不可逆性和热行为是如何在物理系统中出现的，这是一件让我作为一名科学家着迷的事情，因为它适用于小到原子的规模，适用于咖啡，甚至适用于宇宙本身的演化。在物理学中，统计力学是旨在从微观角度理解这一过程的理论。对于量子系统来说，热敏化是出了名的棘手，也是目前这项研究的中心焦点。

那么这一切和纠缠有什么关系呢？

其结果是什么呢？在统计力学中，有各种不同的方法，称为系综，在这种方法中，你可以描述一个系统是如何热化的，当有一个大的系统（大约在10^23个原子的尺度上）时，所有这些方法都被认为是等价的。然而研究表明的是：在这个过程中不仅存在纠缠，而且它的结构也有很大的不同，这取决于选择哪种方式来描述系统。所以，研究给出了一种测试统计力学基本问题的方法，这个想法是通用的，可以应用于一系列。

第一作者、圣三一大学的博士生马龙·布伦尼斯(Marlon Brenes)使用超级计算机模拟量子系统来验证这一想法。数值专布伦尼斯说：我为这个项目进行的数值模拟，达到了目前高性能计算水平所能完成的极限，为了运行代码，我使用了国家设施ICHEC和那里的新Kay机器。因此，这项研究不仅是一个很好的基本结果，而且帮助真正突破了这种计算方法的界限，确立了我们的代码和国家架构正在以尖端的水平运行。

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博科园｜研究/来自：都柏林圣三一学院

参考期刊《物理评论快报》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.040605

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