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研究快讯 | 麦克斯韦妖和爱因斯坦-泼多尔斯基-罗森导引
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Maxwell Demon and Einstein–Podolsky–Rosen Steering
Meng-Jun Hu (胡孟军), Xiao-Min Hu (胡晓敏), and Yong-Sheng Zhang (张永生)
Chin. Phys. Lett. 2024, 41 (5): 050302
DOI: 10.1088/0256-307X/41/5/050302
文章亮点
首次提出麦克斯韦妖辅助的爱因斯坦-泼多尔斯基-罗森导引方案，证明可以通过做功来模拟量子导引中的非局域性，表明在实际的量子导引任务中存在此前未被发现的热力学漏洞。
左图：麦克斯韦妖辅助的EPR导引方案示意图。右图：用于演示和研究麦克斯韦妖辅助的EPR导引的量子线路模型
麦克斯韦妖和爱因斯坦-泼多尔斯基-罗森导引
研究背景
量子关联中的非局域性是量子理论的核心特征，也是量子信息科学的基础。从现代信息论的角度看，量子关联系统的熵低于其测量后的系统，因而包含更多的信息可用于提取做功。由于麦克斯韦妖是连结热力学和信息论的重要概念，因此探索量子关联与麦克斯韦妖之间的关系具有十分重要的学术和应用价值。目前的研究主要集中于如何利用量子关联系统来提取做功。从学术的角度看，一个有趣且重要的问题则是我们能否反过来利用做功来模拟量子关联或者非局域性。从应用的角度看，如果答案是肯定的，则说明在实际的非局域性测试中存在一种新的热力学漏洞，这将极大地挑战目前部分基于非局域性测试的量子信息方案的实际可行性。
内容简介
最近，北京量子信息科学研究院量子计算部的胡孟军博士与中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室的张永生教授课题组合作，首次提出了麦克斯韦妖辅助的EPR导引方案，在该方案中Alice可以通过与小妖合作一起欺骗Bob来通过非局域性测试。他们构建了一个量子线路模型来说明该方案的可行性(超导量子线路实验演示工作可参考arXiv:2311.10955)，并基于此模型给出了麦克斯韦妖做功与EPR导引中局域性违背的定量关系。基于麦克斯韦妖做功的热力学效应，他们同时给出了实验关闭此热力学漏洞的具体措施。
研究意义和重要性
麦克斯韦妖辅助的EPR导引方案及相应量子线路模型的提出，表明在目前的EPR导引非局域性测试中存在一种此前未被发现的热力学漏洞。该项研究极大的加深了我们对于量子关联，热力学和信息论三者之间关系的理解， 并为进一步探索提供了新的研究方向。
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