中科院武汉物数所等首次在单自旋层面检验信息热力学等式

最近，中国科学院武汉物理与数学研究所的逢蒙团队与上海交通大学的马志浩和英国牛津大学的韦德拉尔合作，首次使用超冷离子实验平台在单自旋水平上高精度地测试了非平衡动力学过程中的信息热力学方程。相关结果发表在《物理评论快报》上。

非平衡动态过程是热力学中一个普遍的动态时间演化过程。非平衡动力学过程极其复杂，其函数关系只能用不等式来表示。然而，1997年，雅辛斯基提出了第一个简单而普遍的方程关系，将非平衡过程中的物理量与系统的*能变化联系起来。随后，维德拉尔将相关研究扩展到更一般的情况，得到了两个测量之间信息变化的一般信息论方程。该方程更适合于在量子水平上研究热力学过程，当初始状态为吉布斯态时，它自动简化为雅琴斯基方程关系。

在分析了在单量子比特实验中实现信息论方程的可能性后，逢蒙等人设计了一套实验验证测量方案。在单自旋操作误差不超过0.7%的基础上，他们考虑了量子噪声和经典噪声对自旋的影响，最终首次在单自旋水平上准确验证了非平衡动力学过程中的量子信息热力学方程和Jarzynski方程。该研究有助于理解热力学在量子力学中的适用性。(卢伟言雷磊)

《中国科学报》(2018-01-24，第4版)