對“麥克斯韋妖”的能力加以限制，有助於調和某些關於量子熱機的爭論。
150多年前，為了證實違反熱力學第二定律的可能性，蘇格蘭著名科學家James Clerk Maxwell首次提出了“麥克斯韋妖”（Maxwell's demon）的概念，至今它一直困擾著物理學家和信息科學家。簡單地說，這個物理學中的假想妖，能夠探測並控制單個分子的運動。在相關思想實驗中，快粒子和慢粒子可被分門別類地放入“容器”中。
儘管物理學家通過利用“妖”的記憶使其符合經典系統的統計力學定律，但是當量子熱機的概念出爐時，再次讓研究人員在其可行性解釋上產生了爭論。
據美國“物理學組織3月3日消息稱，《物理評論快報》日前刊發的一篇研究論文闡釋了相關物理建模實驗的最新結果，這有可能將讓不同的論點融合在一起。
德國馬克斯·普朗克光科學研究所（MPISL）研究員、新加坡國立大學（NUS）博士生Stella Seah介紹道：“我們希望展示信息科學和熱力學之間的聯繫。”通過用一個系統訪問權限有限的“小麥克斯韋妖”對一個物理系統進行建模，Seah與同事們成功地展示出熵增的來源，以及熵是否會導致量子熱或真正的功。
雖然關於這個問題的爭論經常產生於信息論和熱力學的抽象領域中，但是Seah的研究小組熱衷的是開發一種更具實用性的方法。他們認為，一個與熱儲相接觸的量子位系統可以被提升到激發態。量子位與一個指針耦合，而該指針能夠基於量子位的內部狀態在宏觀上改變位置。Seah建議把該指針想象成一個彈簧，或者是一個在量子阱中振盪的分子——在量子阱中，最小能量的位置可以根據量子位狀態改變位置。
對於已經進行了幾十年的爭論，這個模型似乎取得了重大進展，但是Seah表示，她對這樣的結果並不驚訝。她解釋道：“讓我驚訝的是，如果使用的是宏觀指針，你就會觀察到與微觀指針不同的行為特徵。”據她闡釋，如果在該模型中採用第二個量子位來作為指針，那麼就會導致類似於奧托循環（Otto cycle，可以描述部分經典蒸汽機的工作原理）的熱力學行為。只有當指針的位置變化比熱波動的幅度大得多時，測量行為才會以做功的方式增加熵。
期刊編號： 0031-9007
原文鏈接： https://phys.org/news/2020-03-maxwell-demon-quantum.html
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