麦克斯韦妖为量子计算机内的量子电池充电

19 世纪 思想实验几十年来一直被认为违反热力学定律的量子技术，如今已在量子计算机中被运用，并用于给量子电池充电。

“在量子背景下对麦克斯韦妖的探索迫使我们深入思考量子信息、热力学以及它们的组合——量子热力学的基本定律背后的原因，” 比尔·蒙罗 在日本冲绳科学技术研究所。

他和他的同事使用 和电脑一样多 由 62 个量子比特组成，由超导电路制成，用于探索此类“恶魔效应”——比以前用来实现麦克斯韦妖的量子比特还要多。

Munro 和他的同事在量子计算机中将量子比特分成两组，每组代表一个麦克斯韦盒子。然后他们实施了一个类似恶魔的程序，利用微波脉冲迫使一组包含能量更高的量子比特，另一组包含能量低得多的量子比特。通过这种方式，研究人员有效地构建了一个 量子电池或利用量子过程填充能量的装置。

量子电池被认为是一种很有前途的 未来的快速充电能源技术，但迄今为止仅在理论和适度的概念验证实验中进行过探索。在这里，研究人员可以评估恶魔对他们实际电池的影响。他们发现恶魔在改变两个子系统的温度（这表明能量发生了变化）方面比更传统的电池充电协议要快得多。

他们还证实，他们的实验遵循了量子热力学第二定律的修改版本，该定律明确解释了量子比特的量子性质。这种量子性是该实验的关键创新之处， 毛罗·帕特诺斯特罗 在英国贝尔法斯特女王大学。该实验包含足够的量子比特来展示所谓的 量子多体效应，这被认为从根本上影响量子比特能否达到平衡温度状态。

他说，另一个令人兴奋的特点是，这个版本的麦克斯韦妖 进行量子测量 以便对量子比特进行排序，“用量子力学测量某物的行为非常剧烈、非常强大，以至于你真的会从根本上影响它的状态”。换句话说，新恶魔不只是测量量子比特来对它们进行排序，而是在这个过程中改变它们的状态，从而提高它给量子电池充电的能力。

芒罗说：“19 世纪的詹姆斯·麦克斯韦并没有预料到这一点。”