第二届彭桓武理论物理论坛

《第二届彭桓武理论物理论坛》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第二届彭桓武理论物理论坛量子信息研究中的基础物理问题孙昌璞中国科学院理论物理研究所http://power.itp.ac.cn/~suncp/quantum.htm中国科学院理论物理研究所彭桓武先生与交叉科学“彭桓武先生一向关注交叉科学的发展。他提出理论物理研究所不仅要做理论物理，还要开展理论生物和理论化学研究。他亲自推动全国的统计物理和凝聚态理论研究，促成了每两年一次的全国统计物理和凝聚态理论的系列会议”．“彭先生的大意是，总的说来，我们的理论工作还很薄弱，要鼓励一切风格的理论工作，从具体实验数据的拟合到抽象的数学形式理论，只要有人得心

2、应手、有所创新，就应当鼓励；要兼收并蓄而不排它，无论是理论物理中的固体还是固体物理中的理论，都要积极支持”。郝柏林，《物理：彭桓武先生90华诞专辑》，中国科学院理论物理研究所演讲内容1.从麦克斯韦妖到量子计算Quan,Wang,Liu,Sun,andNori,Maxwell‘sdemonassistedthermodynamiccycleinsuperconductingquantumcircuits，Phys.Rev.Lett.96,inpress(2006)2.固态量子计算与关联系统演化的动力学敏感性Quan,Song,Liu,Zan

3、ardi,andSun,DecayofLoschmidtEchoEnhancedbyQuantumCriticality,Phys.Rev.Lett.96,140604(2006)3.量子信息启发的未来量子器件Zhang,Wang,Sun,CoolingMechanismforaNanomechanicalResonatorbyPeriodicCouplingtoaCooperPairBox,Phys.Rev.Lett.95,097204(2005)4.量子纠缠、温度起源与时空结构中国科学院理论物理研究所量子物理:现代科学的基石原子、分子

4、激光、光纤信量子力学凝聚态晶体管、集成电路息超导原子核核能、放射性光、电磁场能量子场论源大相对论超(对称)弦??统一现代科学的两大支柱中国科学院理论物理研究所信息量子化时代的开始RolfLandauer(1927–99)PeterShorCharlesH.BennettLandauer原理,1964大数因子化量子算法1993量子密码学1984擦出一个比特信息要消耗能量kTln2计算步数=Pn()量子离物传态1993中国科学院理论物理研究所麦克斯韦妖“PK”热力学第二定律JamesClerkMaxwell,TheoryofHeat,1871

5、低温高温Maxwell’sdemon热力学第二定律开尔文表述：通过一个热力学循环不可能从一个单一热源提取能量做功，而不对外界产生影响。中国科学院理论物理研究所希拉德表述:单分子热机LeoSzilard,1932循环原理在宏观层面上破坏热力学第二定律是不可能的，因为要区分大量分子的个体速度是非常困难的。这个佯谬的提出只是表明热力学第二定律的原则上只能描述大量粒子组成的宏观物体，是一个统计性的原理，不能简单地应用到有限粒子系统。过去错误的观念认为,确定系统在哪一V2/V2/个态上是物理上的一个测量过程，这种KTW=∫PdV=∫dV=−KTln

6、2V测量是一种不可逆过程，因此需要消耗VV能量。中国科学院理论物理研究所Landauer信息擦除原理保护热力学第二定律n香农信息S=−∑PklnPk麦克斯韦妖作为热机整体的循环过程k=1(a)(b)(c)(f)(e)(d)信息擦除需要耗能的物理过程分子开始以50%的几率分别处于A和B区域，信息量S=ln2，或称为1个比特的信息;信息擦除后分子在确定的左态。妖必须是热机的一部分，参与热力于是，体系的由S=ln2变为0学循环必须要擦除自己信息，需要中国科学院理论物理研究所额外的能量(Bennett,1979)麦克斯韦妖参入的量子热力学循环模型

7、超导电路实现System’sbathTS1SSΔS01SDΔD0DDDemon’sbathTDη=−ςΔΔ1/dsQuanetalPhys.Rev.Lett.96,inpress(2006)没有违背热力学第二定律的现象中国科学院理论物理研究所CNOTandCEVoperations1,10,1ρ)1(=p1,1

8、〉〈

9、1,1+p0,1

10、〉〈

11、0,1S,DS,D1,00,0+p1,0

12、〉〈

13、1,0+p0,0

14、〉〈0,0

15、,S,DS,DMeasurementdonotCNOTleadtoentropyincrease1,10,1ρ)2(=p0

16、,1

17、〉〈

18、0,1+p1,1

19、〉〈

20、1,1S,DS,D1,00,0+p1,0

21、〉〈

22、1,0+p0,0

23、〉〈.

24、0,0S,DS,DCEVControlledEvolution1,11,03