基本量子定理现在适用于有限温度

绝对零 - 最适合量子实验和量子计算的温度 - 使依赖一组基本命题更容易描述系统。其中之一，量子绝热定理，如果外部参数变化足够平滑，则可确保量子系统的更简单动力学。由于绝对零在物理上是无法达到的，因此扩大有限温度的理论研究工具范围是一个非常热门的问题。一组俄罗斯物理学家通过证明有限温度下的绝热定理并确定绝热动力学的定量条件，朝这个方向迈出了重要的一步。他们的发现将引起下一代量子设备开发人员的极大兴趣，这些设备需要微调涉及数百或数千个元素的量子叠加特性。这项研究得到了俄罗斯科学基金会 (RSF) 的支持补助金被发表在Physical Review A.

量子效应可以帮助设计超高速计算机、超精密测量仪器和完全安全的通信，这些通信通常需要非常特殊的环境才能正常运行。量子实验最舒适的温度是绝对零，即-273.15摄氏度。同时，量子叠加原理允许一些不可思议的事情，比如著名的薛定谔猫可以同时死和活，可以发挥它的全部力量。此外，绝对零使量子过程的理论描述更容易一些，为物理学家和工程师提供了有助于预测量子实验结果和设计量子设备的严格命题。

“热力学第三定律指出绝对零是无法实现的，只是一种有用的抽象。在现实生活中，温度总是有限的，并且能够破坏底层脆弱的量子叠加，因此在有限温度下控制精细过程是量子技术的关键目标，”物理学和数学博士、高级研究人员 Oleg Lychkovskiy 说。斯科尔科沃科学技术研究所 (Skoltech)、莫斯科物理技术研究所 (MIPT) 和斯泰克洛夫 RAS 数学研究所的科学家。

量子系统的状态由复杂的数学对象定义，即所谓的密度算子。如果系统的外部控制参数(例如电场或磁场)随时间变化，则操作员也会发生变化。这种进化的复杂性是量子计算机巨大潜力的核心，远远超出了现代超级计算机的能力，即使对于仅包含数百个量子位的系统也是如此。然而，我们应该学会“驯服”这种复杂性，以便能够创建新一代量子计算机和其他量子设备。依赖绝热演化(物理学中的基本概念之一)的一个相当简单的想法是，通过以平滑的方式改变外部参数，可以使量子态在某种程度上更具可预测性。

绝热定理是量子力学的一项基本成就，由 Max Born 和 Vladimir Fock 在量子力学诞生之初首次提出。该定理确保，如果外部参数变化足够慢，演化的量子态始终保持接近所谓的瞬时本征态。从某种意义上说，绝热进化就像带一班一年级学生参观博物馆：你应该小心地带领你的班级，而不是匆忙，以确保在参观结束时没有人失踪，所有展品都在完整。

尽管自玻恩和福克时代以来，绝热定理得到了改进和改进，但其主要局限性在于它仅适用于所谓的纯态，而不适用于所有量子态。这意味着它只能应用于绝对为零的系统，而不能应用于有限温度的系统。在我们的博物馆示例中，只有当班级由表现良好的全 A 学生组成时，参观才能顺利进行，而这在现实生活中几乎是不可能的。正如没有顽皮的孩子就没有课堂一样，也不可能有严格的零温度。

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