借助量子技巧，在理论上达到绝对零度

绝对零度是宇宙中不可能实现的状态，它是完全的静止。无论我们如何努力，物理定律总会阻止我们达到热力学的底线。

一支国际研究团队现在提出了一种新的理论方法，可以达到神话般的零开尔文或-273.15摄氏度的领域。不，这不太可能打破任何现有物理定律并消除所有的热量，但这个框架可能激发出探索低温物质的新方法。

根据热力学第三定律，从一组粒子中移除增量的热能，使它们冷却到绝对零度，总是需要无限多的步骤。因此，它需要无限多的能量来实现。这是一个相当大的挑战。

这一点在经典物理学中相对明显。但从量子物理学的角度来看，问题就开始有些不同了。

量子物理学根据一系列可能性来描述粒子。只有当测量某个特征时，它才有一个确定的状态，即使如此，粒子的其他特性也会变得有些不确定。在绝对零度的理论点上，粒子没有运动，这意味着它的位置是确定的。关于它之前位置的量子细节将被有效地擦除，也就是删除了信息。

兰道尔原理(Landauer's principle)指出，删除一条信息需要一个最小且有限的能量。

这是否意味着有一个量子技巧可以跳跃到绝对零呢？

这个悖论有两种解决方案。仍然需要无限多的时间或能量来实现这一跳跃。或者——正如新研究所揭示的那样——它需要剔除无限多的复杂度。

正是这种复杂性在达到绝对零度方面所起到的新作用，为寻找通往绝对零度之路提供了一个新角度，即使它在实践上和科学家已经在努力解决的方案一样不可能。

“我们发现了一些可以定义的量子系统，它们允许在有限能量和有限时间内达到绝对基态——我们都没有预料到这一点。”奥地利维也纳技术大学(Vienna University of Technology)的粒子物理学家马库斯·胡伯(Marcus Huber)说。

“但是这些特殊的量子系统还有另一个重要特性：它们无限复杂。”

我们现在拥有了一个“量子版本”的热力学第三定律，它超越了经典物理学教给我们的东西：达到绝对零度需要无限多的能量、时间或复杂性。

该团队进行的计算和建模还表明，完美擦除数据和最低可能温度密切相关，并且都是我们凡人无法实现的。

那么，在系统中增加复杂性是否是另一种接近绝对零度或者至少更快进行的方法呢？

“如果你想在量子计算机中完美地擦除量子信息，并在此过程中将一个量子比特转换为一个完美纯净的基态，那么理论上你需要一个无限复杂的量子计算机，它可以完美地控制无限多个粒子，”胡伯说。

在实际应用中，没有任何计算机系统是完美的——所以一个量子计算机中的粒子永远不能完全擦除其数据(或先前状态)这一事实不应该成为发展这些技术的障碍。

量子力学和温度密切相关——当我们接近绝对零度时，奇怪的量子现象开始发生——研究人员说，这也是他们未来可以利用这项研究成果的另一个领域。

“为什么更好地理解量子理论和热力学之间的联系如此重要，这就是原因。”胡伯说。“目前，在这一领域有很多有趣的进展。我们慢慢地可以看到这两个重要部分如何交织在一起。”

该研究发表在PRX Quantum杂志上。

https://www.sciencealert.com/physicists-discovered-a-quantum-trick-for-reaching-absolute-zero

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