量子力学和热力学的冲突，如何在光子芯片上解决

一篇最近发表在《自然通讯》杂志上的论文，它展示了如何在一个可编程的量子光子芯片上实现热力学量子模拟。这是一个非常有趣和重要的实验，因为它解决了一个长期困扰物理学家的悖论：量子力学和热力学之间的关系。

我们都知道，量子力学描述了微观世界中粒子的行为，而热力学描述了宏观世界中系统的状态和变化。量子力学告诉我们，一个封闭的量子系统（例如一个原子或一个光子）的状态是由一个波函数来描述的，它遵循薛定谔方程进行幺正演化，也就是说，它是信息保持和时间可逆的。热力学告诉我们，一个开放的热力学系统（例如一个气体或一个液体）的状态是由一个温度、压强、体积等宏观参数来描述的，它遵循熵增原理进行不可逆演化，也就是说，它是信息损失和时间不对称的。

那么，这两种描述之间有什么联系呢？如果我们把一个大量粒子组成的系统看作是一个封闭的量子系统，那么它应该遵循幺正演化，而不是不可逆演化。但是，我们在实际观察中却发现，这样的系统会趋向于平衡态，也就是最大化熵的态。这就好像有一个隐形的热浴在影响系统的演化，使得系统失去了纯度和相干性。这就是所谓的量子-热力学悖论。