量子开关符合热力学定律增强信息容量的实验验证

我们通过实验探究了量子开关与热力学定律之间的相互作用。量子开关使两个通道处于顺序的叠加态,并可应用于热化通道。已有研究表明,对热通道进行量子开关处理会表现出对第二定律的表观违反。这些表观违反的核心在于量子开关通道如何能够增加通信信息的容量。我们通过实验展示了这种容量的增加,以及其如何与热力学定律保持一致,并论证了热力学资源是如何被消耗的。我们采用核磁共振方法,利用核自旋量子比特的相干控制相互作用。我们验证了在保持能量和热态的通道中容量增加的分析上限,并证明对于改变能量的通道,该上限可以被超越。我们表明,该开关可用于将热态转变为非热态,同时消耗与控制系统相干性相关的自由能。结果表明,该开关可以作为一种额外的资源被纳入量子热力学实验中。