“反常”热流，初看起来似乎违反了热力学第二定律，但它为物理学家提供了一种在不破坏量子纠缠的情况下探测它的方法。
如果说有一条物理定律看起来最容易掌握，那一定是热力学第二定律：热量会自发地从较热的物体流向较冷的物体。但现在，小亚历山大·德奥利维拉（Alexssandre de Oliveira Jr.）温和而近乎随意地向我展示，我其实根本没有真正理解它。
引言解读 (第一段)：
这一段是文章的引子，用一个我们每个人都觉得是常识的物理定律——热力学第二定律，来吸引你的注意力。你肯定知道，一杯热咖啡放在桌上会自己变凉，冰块会自己融化，这就是热量从高温物体传到低温物体的过程。作者开门见山地说，这个你以为自己懂了的定律，其实在更深的层次上，比我们想象的要复杂得多。这就像老师告诉你，你熟记的化学反应方程式，在特定催化剂和条件下，可能会发生逆反应一样，一下子就勾起了你的好奇心。
“拿着这杯热咖啡和这壶冷牛奶，”这位巴西物理学家在我们坐在哥本哈根一家咖啡馆时说道。将它们接触，毫无疑问，热量会从热的物体流向冷的物体，正如德国科学家鲁道夫·克劳修斯在1850年首次正式阐述的那样。然而，德奥利维拉解释说，在某些情况下，物理学家已经了解到，量子力学定律可以驱动热量反向流动：从冷到热。
引言解读 (第二段)：
这里用了一个非常生动的例子：热咖啡和冷牛奶。混合它们，咖啡变凉，牛奶变温，这是铁板钉钉的事实，也是经典物理世界的规则。但紧接着，文章抛出了一个颠覆性的观点：在微观的量子世界里，规则变了。热量竟然可以“逆流而上”，从冷的一方跑到热的一方去！这就好比你看到水往高处流一样不可思议。作者在这里卖了个关子，告诉你我们熟悉的物理定律可能只是“新手村”规则，在“高级地图”（量子世界）里，有更复杂的玩法。
“这并不真的意味着第二定律失效了，”他补充道，同时他的咖啡也如预期般地冷却下来。“只是克劳修斯的表述是一个‘经典极限’，它需要一个由量子物理学所要求的更完整的公式。”
引言解读 (第三段)：
为了不让你觉得物理学大厦要崩塌了，作者马上解释：这并不是说热力学第二定律是错的，而是说它有适用范围。这就好比牛顿力学在宏观低速世界里是完美的，但到了高速世界，我们就需要爱因斯坦的相对论来描述。克劳修斯定律就是宏观世界的“牛顿力学”，而在微观世界，我们需要一个更牛、更全面的“量子版”热力学第二定律。作者用他自己正在变凉的咖啡这个细节，巧妙地提醒我们，经典定律在我们日常生活中依然有效，但这并不妨碍我们在另一个尺度上探索更奇特的现象。
物理学家们在二十多年前就开始认识到这种情况的微妙之处，并从那时起一直在探索热力学第二定律的量子力学版本。现在，德奥利维拉，这位丹麦技术大学的博士后研究员和他的同事们已经表明，在量子尺度上可能出现的这种“反常热流”可能有一个方便而巧妙的用途。
引言解读 (第四段)：
这里点明了研究的背景和突破。科学家们早就知道量子世界的热流很“奇怪”，并且一直在研究它。而这篇文章要介绍的最新成果是，科学家们不只是满足于理解这种奇怪的现象，他们还想到了一个绝妙的应用：利用这种“反常热流”来办点事。这体现了科学发展的路径：从发现现象，到理解规律，再到应用技术。这就像人类最早发现电（闪电），然后研究电的规律（电磁学），最后发明了各种电器来利用它。
他们说，它可以作为一种简单的方法来探测“量子性”——例如，感知一个物体处于多种可能的可观察状态的量子“叠加态”，或者两个这样的物体是“纠缠”的，它们的状态相互依赖——而不会破坏那些脆弱的量子现象。这种诊断工具可以用来确保量子计算机真正在使用量子资源进行计算。它甚至可能有助于感知引力的量子方面，这是现代物理学的终极目标之一。研究人员说，所需要的只是将一个量子系统连接到第二个可以存储其信息的系统，以及一个散热器：一个能够吸收大量能量的物体。通过这个装置，你可以增强向散热器的热量传递，超过经典物理所允许的范围。仅仅通过测量散热器有多热，你就可以探测到量子系统中叠加或纠缠的存在。
引言解读 (第五段)：
这一段是全文的核心思想预告。这个“巧妙的用途”到底是什么呢？答案是：把它当成一把特殊的“温度计”，用来测量一个东西够不够“量子”。
我们知道，量子世界有两个最神奇的特性：
这些量子态非常脆弱，你一看它（测量），它可能就没了（坍缩了）。这就好比你想知道一个梦的内容，但你一醒来，梦就消失了。而这个新方法的神奇之处在于，它能“隔山打牛”——通过测量旁边一个叫“散热器”的物体的温度，就能知道量子系统里有没有发生“叠加”或“纠缠”，而完全不去碰那个脆弱的量子系统本身。如果散热器吸收的热量超过了正常值，就说明量子系统里肯定有“量子性”在“作祟”。这对于检查量子计算机是否真的在正常工作，甚至探索引力是不是量子的这种终极问题，都有巨大的意义。
除了实际的好处，这项研究还展示了关于热力学的一个深刻真理的新方面：热量和能量在物理系统中的转化和移动方式与信息——即关于这些系统的已知或可知信息——紧密相连。在这种情况下，我们通过牺牲存储的关于量子系统的信息来“支付”反常热流的代价。
引言解读 (第六段)：
这里将话题提升到了哲学高度，指出了热力学和信息论之间深刻的内在联系。你可能觉得“热”和“信息”是风马牛不相及的两件事，但在这里，它们被紧紧地绑在了一起。想要产生“从冷到热”这种反常的热流，你必须付出“代价”。这个代价不是电费，而是“信息”。具体来说，是量子系统中粒子之间那种特殊的关联信息（比如纠缠）。当你利用这种关联信息来驱动反常热流时，这些信息就会被消耗掉。这就像你用游戏里的一个“大招”，用完之后需要冷却时间一样。“天下没有免费的午餐”，即使在神奇的量子世界里，能量和信息的转换也遵循着某种更深层次的守恒定律。
“我喜欢这种热力学量可以标志量子现象的想法，”马里兰大学的物理学家妮可·云格·哈尔彭（Nicole Yunger Halpern）说。“这个主题既基础又深刻。”
引言解读 (第七段)：
引用另一位专家的好评，来强调这项研究的重要性。这句话的意思是，我们竟然可以用一个宏观的、容易测量的物理量（比如温度、热量），来作为微观世界里那些神秘莫测的量子现象（比如纠缠）存在的“信号”或“证据”，这种想法本身就非常酷，连接了两个看似遥远的物理学领域，意义非凡。
“一台自动运行的机器，在没有任何外部机构的帮助下，不可能将热量从一个物体输送到另一个温度更高的物体上，”鲁道夫·克劳修斯在1850年用德语写道。这是热力学第二定律的第一个表述。
知识就是力量 解读 (第一段)：
这里引用了热力学第二定律最经典、最原始的说法，也就是“克劳修斯表述”。这句话读起来有点拗口，但意思很明确，跟你家里冰箱的原理一样。冰箱能把内部的热量“泵”到外面温度更高的空气中，让冰箱里变冷，但它需要插电，需要压缩机工作（也就是“外部机构的帮助”）。如果没有这些，冰箱自己是绝对不可能变冷的。克劳修斯用非常严谨的语言，把这个生活常识变成了一条颠扑不破的物理定律。
热力学第二定律与信息之间的联系最早是在19世纪由苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦探索的。令麦克斯韦苦恼的是，克劳修斯的第二定律似乎意味着，热量团块将在宇宙中消散，直到所有温差消失。在此过程中，宇宙的总熵——粗略地说，是衡量其无序和无特征程度的指标——将不可阻挡地增加。麦克斯韦意识到，这一趋势最终将消除利用热流做有用功的所有可能性，宇宙将进入一种死寂的平衡状态，到处弥漫着均匀的热运动嗡嗡声：即“热寂”。这个预测对任何人来说都足够令人不安。对于虔诚的基督徒麦克斯韦来说，这简直是诅咒。但在1867年写给朋友彼得·格思里·泰特的一封信中，麦克斯韦声称找到了在第二定律上“戳一个洞”的方法。
知识就是力量 解读 (第二段)：
这一段引出了物理学史上一个非常著名的思想实验的起源。麦克斯韦，这位统一了电和磁的物理学巨匠，被热力学第二定律的一个推论给整郁闷了。这个推论就是“熵增定律”。什么是“熵”？你可以把它理解为“混乱程度”。一个整洁的房间熵很低，一个乱糟糟的房间熵很高。熵增定律说，一个孤立系统，总会自发地从有序走向无序。就像你的房间，如果不花力气收拾（没有外部帮助），只会越来越乱。把这个定律推广到整个宇宙，就会得出一个可怕的结论：“宇宙热寂”。也就是说，宇宙最终会变成一锅温度完全均匀的“温水”，没有任何温差，因此没有任何能量流动，万物俱寂，一片死气沉沉。这个想法让麦克斯韦无法接受，于是他开动脑筋，试图找到一个“漏洞”。
他想象有一个微小的生物（后来被称为妖精），能够看到单个气体分子的运动。这种气体充满一个被一堵带活板门的墙分成两半的盒子。通过有选择地打开和关闭活板门，这个妖精可以将运动较快的分子隔离在一个隔间，将运动较慢的分子隔离在另一个隔间，从而分别得到热气体和冷气体。通过对其收集到的关于分子运动的信息采取行动，妖精因此降低了气体的熵，创造了一个可以用来做机械功的温度梯度，例如推动活塞。
知识就是力量 解读 (第三段)：
这就是著名的“麦克斯韦妖”。想象一个装满空气的盒子，中间有个隔板，隔板上有个小门。空气由无数分子组成，有的跑得快（热），有的跑得慢（冷），但整体上是混乱混合的。现在来了一个神通广大的“妖精”，它守在门口，能看见每个分子的速度。当它看到一个“快分子”从右边飞过来，就赶紧开门让它去左边；当它看到一个“慢分子”从左边飞过来，就开门让它去右边。久而久之，盒子左边就全是“快分子”（变热了），右边全是“慢分子”（变冷了）。这个过程完全是自动的，却凭空制造出了温差，让系统的熵降低了！这不就打破了热力学第二定律吗？这个思想实验的核心在于，“妖精”利用了它所掌握的“信息”（每个分子的速度和位置）来对抗熵增。
科学家们确信麦克斯韦妖不可能真正违反第二定律，但花了将近100年才弄清楚为什么不行。答案是，妖精收集并存储的关于分子运动的信息最终会填满其有限的内存。为了继续工作，它的内存必须被擦除和重置。物理学家罗尔夫·兰道尔在1961年指出，这种擦除会消耗能量并产生熵——比妖精分类动作所减少的熵还要多。兰道尔的分析确立了信息和熵之间的等价性，意味着信息本身可以作为一种热力学资源：它可以被转化为功。物理学家在2010年通过实验证明了这种信息到能量的转换。
知识就是力量 解读 (第四段)：
这里揭示了“麦克斯韦妖”思想实验的最终谜底。妖精并没有真正打破规律，因为它被一个细节给“坑”了：它的记忆是有限的。妖精需要记住每个分子的信息才能做出判断，这就像在脑子里记笔记。当笔记本写满了，就必须擦掉一些内容才能继续记。而兰道尔发现，在物理上，“删除信息”这个动作本身是一个有代价的过程，它必然会产生热量，从而增加熵。计算表明，删除信息所增加的熵，比妖精辛辛苦苦分类分子所减少的熵要多。所以，总的来看，整个系统（盒子+妖精）的熵还是增加了，热力学第二定律安然无恙。这个发现意义重大，它第一次把抽象的“信息”和物理的“熵”画上了等号，告诉我们“信息”是一种实实在在的物理资源，可以像能量一样参与热力学过程。
但是量子现象允许信息以经典物理学不允许的方式被处理——这正是量子计算和量子密码学等技术的全部基础。这就是为什么量子理论会扰乱传统的热力学第二定律。
知识就是力量 解读 (第五段)：
这一段是一个转折，把话题从经典信息引向量子信息。既然信息和熵是等价的，那么当我们处理信息的方式发生革命性变化时，热力学定律也可能会被改写。量子世界处理信息的方式（比如利用叠加和纠缠）和我们经典世界是完全不同的，它更强大、更高效。这就好比你之前用算盘算数，现在换成了超级计算机。既然工具都升级了，那么我们对热力学的理解，尤其是那个由“信息”守卫的热力学第二定律，自然也需要跟着升级。这里暗示了，量子信息这种更高级的“资源”，可能会让热力学过程展现出更多经典世界里看不到的奇特现象。
纠缠的量子物体拥有相互信息：它们是相关的，所以我们可以通过观察一个来发现另一个的性质。这本身并没有那么奇怪；如果你看一副手套中的一只，发现是左手的，你就知道另一只是右手的。但是一对纠缠的量子粒子与手套在某个特定的方面有所不同：手套的左右手在你观察之前就已经确定了，而根据量子力学，粒子的情况并非如此。在我们测量它们之前，纠缠对中的每个粒子具有哪个可观察属性的值是未定的。在那个阶段，我们唯一能知道的是可能的值组合的概率，例如50%的左-右和50%的右-左。只有当我们测量其中一个粒子的状态时，这些可能性才会分解为一个确定的结果。在那个测量过程中，纠缠就被破坏了。
利用关联性 解读 (第一段)：
这一段用了一个非常经典的比喻——手套，来解释什么是“关联”，并进一步阐明了量子纠缠的奇特之处。一副手套，你知道一只，就知道了另一只，这是经典世界的关联。这种关联的特点是“预先确定”，在你打开盒子之前，哪只是左手，哪只是右手，早就定好了，只是你不知道而已。
但量子纠缠完全不同。一对纠缠的粒子，就像两个“薛定谔的手套”。在你观察之前，它们都不是左手也不是右手，而是处于一种“既左又右”的叠加状态。你唯一知道的是，只要你一观察，如果其中一个变成了“左手”，另一个在同一瞬间，无论多远，一定会变成“右手”。它们的最终状态不是预先写好的剧本，而是你在测量的那一刻才“随机”决定的，但这个“随机”的结果在两者之间却又是完美协调的。这种“心有灵犀”般的、非预定性的关联，是量子世界独有的，也是它信息处理能力的强大根源。同时，这里也点出了纠缠的脆弱性：一旦测量，这种神奇的关联就消失了。
如果气体分子以这种方式纠缠，那么麦克斯韦妖可以比所有分子独立运动时更有效地操纵它们。比如说，如果妖精知道它看到的任何一个快速运动的分子都以某种方式关联着，紧接着就会有另一个快速分子跟随而来，那么妖精就不必费心去观察第二个粒子，就可以打开活板门让它进入。这样一来，（暂时）挫败第二定律的热力学成本就降低了。
利用关联性 解读 (第二段)：
这里将“量子纠缠”和“麦克斯韦妖”这两个概念结合了起来。如果妖精面对的不是一群“散兵游勇”般的普通分子，而是一群“纪律严明”的纠缠分子，它的工作效率会大大提高。文章举了个例子：如果分子A和分子B是纠缠的，只要看到A是“快”的，妖精就知道B也一定是“快”的。那么当A通过后，妖精根本不需要再花时间和精力去测量B，直接开门放行就行了。这意味着妖精需要获取和处理的信息变少了。我们前面知道，处理信息是有“成本”（会产生熵）的。现在成本降低了，妖精对抗熵增的能力就变强了。这说明，量子纠缠本身就像一种“免费情报”，可以被用来降低热力学操作的代价。
2004年，维也纳大学的量子理论家切斯拉夫·布鲁克纳（Časlav Brukner）和当时在伦敦帝国学院的弗拉特科·韦德拉尔（Vlatko Vedral）指出，这意味着宏观的热力学测量可以作为一种“见证”，揭示粒子之间量子纠缠的存在。他们表明，在某些条件下，一个系统的热容或其对外加磁场的响应，如果存在纠缠，就应该带有纠缠的印记。
利用关联性 解读 (第三段)：
这一段介绍了文章核心思想的早期雏形。既然量子纠缠可以影响热力学过程，那么反过来想，我们是不是可以通过观察热力学性质的变化，来判断一个系统里到底存不存在量子纠缠呢？布鲁克纳和韦德拉尔的回答是肯定的。他们提出，像“热容”（物体升高1度需要吸收多少热量）这种我们能在实验室里直接测量的宏观物理量，会因为系统内部是否存在微观的量子纠缠而发生微小的变化。这就好比，虽然你看不见水里的盐分子，但通过尝一下水的咸淡（宏观测量），就能判断水里有没有盐（微观成分）。纠缠就像是给系统加了“盐”，会让它的热力学性质“变味”。
同样地，其他物理学家计算出，当系统中存在量子纠缠时，你可以从一个温暖的物体中提取比纯粹经典系统更多的功。
利用关联性 解读 (第四段)：
这是对上述思想的进一步延伸。如果纠缠能影响热力学性质，那它也能影响能量转换的效率。比如，一个热机（像蒸汽机那样利用温差做功的机器），如果它的工作介质（比如气体）是量子纠缠的，那么它对外做功的效率可能会突破经典热机的极限。这再次说明，量子纠缠可以作为一种宝贵的“燃料”或“资源”，来提升热力学机器的性能。
而在2008年，加州州立大学的物理学家侯赛因·帕托维（Hossein Partovi）发现了一个尤其引人注目的推论，即量子纠含如何颠覆源自经典热力学的观念。他意识到，纠缠的存在实际上可以逆转热量从热物体到冷物体的自发流动，似乎颠覆了第二定律本身。
利用关联性 解读 (第五段)：
这里引出了最令人震惊的结论：热量逆流。前面的发现，比如改变热容、提高效率，都还只是在原有规则上做优化，而帕托维的发现则是直接“逆天改命”。他指出，在有量子纠缠参与的情况下，热量真的可以自发地、不需要外界帮助地，从冷的物体流向热的物体！这正是文章开头提到的“反常热流”。这无疑是对我们经典物理直觉的最大挑战，也为本文后面要介绍的“量子温度计”奠定了理论基础。
“这种逆转是一种特殊类型的制冷，”云格·哈尔彭说。和通常的制冷一样，它不是免费的（因此并没有真正颠覆第二定律）。在经典情况下，为一个物体制冷需要做功：我们必须通过消耗燃料来“错误”地泵送热量，从而偿还因使冷物体更冷、热物体更热而损失的熵。但在量子情况下，云格·哈尔彭说，不是通过燃烧燃料来实现制冷，“你燃烧的是关联。”换句话说，随着反常热流的进行，纠缠被破坏了：最初具有相关属性的粒子变得独立。“我们可以利用关联作为资源，将热量推向相反的方向，”云格·哈尔彭说。
利用关联性 解读 (第六段)：
这一段再次强调了“天下没有免费的午餐”。热量逆流这种“魔法”般的制冷效应，并不是凭空产生的。它同样需要付出代价，只不过燃料比较特殊。我们家里的冰箱，燃料是“电能”，通过消耗电能做功来泵送热量。而这种量子制冷效应，它的燃料是“量子关联”，也就是纠缠。当热量从冷物体流向热物体时，系统内部的纠缠就会被消耗、被“燃烧”掉。一旦纠缠用完了，这个效应也就停止了。所以，热力学第二定律的精髓——总熵增加——并没有被违背。我们只是用一种低熵资源（有序的量子纠缠）转换成了另一种低熵状态（更大的温差），但在这个过程中，信息被消耗，整体的熵依然是守恒或增加的。
两年后，伦敦帝国学院的大卫·詹宁斯（David Jennings）和特里·鲁道夫（Terry Rudolph）阐明了其中的原理。他们展示了如何重新表述热力学第二定律以包含存在相互信息的情况，并计算了经典热流可以被量子关联的消耗改变甚至逆转的极限。
利用关联性 解读 (第七段)：
这一段是对上述思想的总结和完善。科学家们最终做的事情，就是给热力学第二定律打上了一个“量子补丁”。新的、更完整的第二定律把“信息”（特别是量子相互信息）作为一个变量正式写了进去。这个新定律不仅能解释为什么热量会逆流，还能精确地计算出，在消耗一定量的量子纠缠后，最多能让多少热量逆流。这标志着物理学从定性的思想实验，走向了定量的科学理论。
当量子效应起作用时，第二定律就不那么简单了。但是，我们能利用量子物理学放宽热力学定律界限的方式做些什么有用的事情吗？这是被称为量子热力学的学科的目标之一，其中一些研究人员试图制造比经典引擎效率更高的量子引擎，或者充电更快的量子电池。
妖精知晓 解读 (第一段)：
这一段承上启下，将理论探讨转向了实际应用。既然我们已经理解了量子效应对热力学定律的改写，下一个自然的问题就是：这有什么用？于是，“量子热力学”这个新兴领域应运而生。它的目标非常实际，就是要利用量子世界的奇特性质，来设计出性能超越传统设备的“黑科技”产品。比如，利用量子纠缠制造出效率突破卡诺极限的发动机，或者利用量子叠加态实现瞬间充满的电池。这就像人类掌握了电磁学后，就开始制造电机和无线电一样，科学理论正在催生新的技术革命。
波兰科学院理论物理中心的帕特里克·利普卡-巴托西克（Patryk Lipka-Bartosik）则从另一个方向寻求实际应用：利用热力学作为探测量子物理学的工具。去年，他和他的同事们看到了如何实现布鲁克纳和韦德拉尔2004年的想法，即利用热力学性质作为量子纠缠的见证。他们的方案涉及相互关联的热量子系统和冷量子系统，以及第三个系统来介导两者之间的热流。我们可以将这第三个系统视为一个麦克斯韦妖，但现在它有一个“量子记忆”，其本身可以与它正在操纵的系统纠缠。与妖精的记忆纠缠在一起，有效地将热系统和冷系统联系起来，这样妖精就可以从一个的属性推断出另一个的某些信息。
妖精知晓 解读 (第二段)：
这里介绍了一种新的思路。前面想的是用“量子”来改进“热力学”，而利普卡-巴托西克想的是反过来，用“热力学”来探测“量子”。他具体化了前面提到的“热容量变咸”的想法。他的方案设计了三个角色：一个热的量子系统A，一个冷的量子系统B（A和B之间有关联），以及一个中间人C。这个中间人C就像一个升级版的“量子麦克斯韦妖”，它不仅能观察，还能和A、B发生纠缠。通过和妖精C纠缠，A和B之间的联系被“激活”和“加强”了，使得妖精能更有效地在它们之间传递热量。
这样一个量子妖精可以充当一种催化剂，通过访问否则无法获得的关联来帮助热传递发生。也就是说，因为它与热物体和冷物体纠缠在一起，妖精可以系统地洞察并利用它们所有的关联。而且，再次像催化剂一样，这个第三个系统在物体之间的热交换完成后会回到其原始状态。通过这种方式，该过程可以增强反常热流，超越没有这种催化剂所能达到的水平。
妖精知晓 解读 (第三段)：
这一段用了一个非常恰当的比喻：“催化剂”。在化学反应中，催化剂能加快反应速率，但它本身在反应前后不发生变化。这个“量子妖精”C的作用就是如此。它通过与A和B纠缠，为它们之间的热量流动提供了一条“高速公路”，使得原本很微弱甚至不存在的反常热流（从冷到热）变得显著。完成任务后，妖精C功成身退，恢复原状。这个“催化”作用至关重要，因为它把一个难以观测的微弱效应给放大了，使得我们用热力学方法来探测量子性成为可能。
今年由德奥利维拉、利普卡-巴托西克和丹麦技术大学的乔纳坦·博尔·布拉斯克（Jonatan Bohr Brask）合著的论文，使用了一些相同的想法，但有一个关键的区别，将该装置变成了一种测量量子性的温度计。在早期的工作中，类妖精的量子记忆与一对相关的量子系统（一个热的，一个冷的）相互作用。但在最新的工作中，它位于一个量子系统（例如，量子计算机中一系列纠缠的量子比特，或称量子位）和一个简单的散热器之间，而量子系统与该散热器没有直接纠缠。
妖精知晓 解读 (第四段)：
这里终于点出了本文主角——“量子温度计”——的关键设计。它和前面方案最大的不同在于角色的改变。之前的方案是：热系统A、冷系统B、以及催化剂C。而新方案是：待测的量子系统A（比如量子计算机的芯片，我们想知道它有没有纠缠）、一个中间人“量子记忆”M（相当于妖精）、以及一个非常普通的“散热器”S（比如一块金属）。关键点在于，A和S之间没有任何直接的纠缠或关联，它们是“陌生人”。
因为记忆与量子系统和散热器都纠缠在一起，它再次可以催化它们之间的热流，超越经典可能。在该过程中，量子系统内部的纠缠转化为额外的热量进入散热器。因此，测量存储在散热器中的能量（类似于读取其“温度”）揭示了量子系统中纠缠的存在。但由于系统和散热器本身没有纠缠，测量不会影响量子系统的状态。这一策略规避了测量破坏量子性的臭名昭著的方式。“如果你简单地试图直接对[量子]系统进行测量，你会在过程展开之前就破坏了它的纠缠，”德奥利维拉说。
妖精知晓 解读 (第五段)：
这一段解释了新方案为什么如此巧妙。中间人M同时与待测系统A和散热器S纠缠，就像一个“信息中介”。它把A内部的“纠缠信息”作为燃料，“燃烧”掉，然后把产生的“废热”全部排到散热器S里。因此，我们只需要测量散热器S的温度升高了多少，就能反推出系统A内部“燃烧”了多少纠缠。如果S吸收的热量超过了经典物理计算的上限，就说明A里面一定存在量子纠缠。
这个方法最妙的地方在于它的“非破坏性”。我们自始至终都没有去碰那个脆弱的量子系统A，我们所有的测量都作用在那个皮实、普通的散热器S上。这就好比，你想知道一个密封的化学反应瓶里是否发生了剧烈的放热反应，你不需要打开瓶子，只需要用手摸一下瓶壁是不是很烫就知道了。这种“隔岸观火”式的测量方法，完美解决了量子测量中“一看就死”的难题。
牛津大学的韦德拉尔说，新方案的优点是简单和通用。“这些验证协议非常重要，”他说：每当量子计算机公司发布关于其最新设备性能的新公告时，总会出现一个问题，即他们如何（或是否）真正知道量子比特之间的纠缠在帮助计算。一个散热器可以纯粹通过其能量变化来作为这种量子现象的探测器。为了实现这个想法，你可以指定一个量子比特作为记忆，其状态揭示其他量子比特的状态，然后将这个记忆量子比特耦合到一组将作为散热器的粒子上，你可以测量其能量。（韦德拉尔补充说，一个附带条件是，你需要对你的系统有非常好的控制，以确保没有其他热流来源污染测量。另一个是该方法不会检测到所有纠缠态。）
妖精知晓 解读 (第六段)：
这里再次引用专家观点，强调了这项工作的现实意义，特别是在量子计算领域。现在很多公司都宣称造出了强大的量子计算机，但一个核心问题是：你怎么证明你的机器真的是靠“量子纠缠”在算，而不是别的什么效应？这个新方法提供了一个简单、通用的“验钞机”。你可以把量子计算机芯片旁边放一个“散热器”，跑一下程序，然后测一下散热器的温度。如果温度异常升高，就说明机器确实利用了量子纠缠。当然，专家也指出了实现的挑战：实验必须非常精确，排除所有其他的热干扰，就像做化学实验要保证试管干净一样。而且，这种方法也不是万能的，它可能对某些特定类型的纠缠“视而不见”。
德奥利维拉认为，已经有一个系统可以用来实验性地测试他们的想法。他和他的同事正在与巴西圣保罗ABC联邦大学的罗伯托·塞拉（Roberto Serra）的研究小组讨论这个目标。2016年，塞拉和同事们利用氯仿分子中碳和氢原子的磁取向或自旋作为量子比特，在它们之间传递热量。
妖精知晓 解读 (第七段)：
科学研究不仅要有理论，还要有实验验证。这一段就说明，这个看似高深的想法，并非空中楼阁，它是有可能在现有实验条件下实现的。科学家们已经找到了一个潜在的实验平台——氯仿分子（就是化学式为 $CHCl_3$ 的东西）。在这个分子里，碳原子和氢原子的原子核自旋可以被当作量子比特来操控，并且科学家已经能够精确地控制它们之间的热量流动。这为搭建一个真实的“量子温度计”提供了具体可行的方案。
利用这个装置，德奥利维拉说，应该可以利用一种量子行为——在这种情况下是相干性，意味着两个或多个自旋的属性以同相的方式演化——来改变原子之间的热流。量子比特的相干性对于量子计算至关重要，因此能够通过检测反常热交换来验证它可能会很有帮助。
妖精知晓 解读 (第八段)：
这里提到了另一个重要的量子性质：“相干性”。你可以把它理解为量子比特们“步调一致”的能力。量子计算就像一个大型团体操表演，所有队员（量子比特）必须在很长一段时间内保持动作的协调同步（相干性），表演才能成功。一旦步调乱了（退相干），计算就失败了。因此，能够检测和验证相干性同样非常重要。这个“量子温度计”不仅能测纠缠，也能测相干性，因为它同样是一种能产生反常热流的量子资源。
赌注可能更高。几个研究小组正在尝试设计实验来确定引力是否像其他三种基本力一样是量子力。其中一些努力涉及寻找由两个物体纯粹由它们相互的引力吸引产生的量子纠缠。也许研究人员可以通过对它们进行简单的热力学测量来探测这种引力诱导的纠缠——从而验证（或不验证）引力是否真的是量子化的。
妖精知晓 解读 (第九段)：
文章在结尾把这项技术的潜在应用推向了物理学的终极前沿：检验引力的量子性。我们知道自然界有四种基本力：强力、弱力、电磁力都已经被纳入了量子理论的框架，唯独引力还是个“硬骨头”，爱因斯坦的广义相对论是一个经典的、非量子的理论。物理学家们最大的梦想之一就是将引力量子化，实现“大一统”。一个可能的验证方法是，看看纯粹的引力作用能否让两个不接触的物体产生量子纠缠。如果能，就说明引力本身是量子的。但这种纠缠会极其微弱，难以直接测量。而这把“量子温度计”提供了一个全新的思路：我们不需要去直接测量那微弱的纠缠，只需要把这两个物体放在一个极度灵敏的“散热器”旁边，看看散热器的温度是否有反常的变化。如果真的测到了，那将是物理学史上里程碑式的发现。
“要研究物理学中最深刻的问题之一，”韦德拉尔说，“如果你能做一些像这样简单而宏观的事情，那岂不是太美妙了吗？”
妖精知晓 解读 (第十段)：
文章以一个充满希望和赞叹的引言结尾。这句话完美地总结了这项研究的魅力所在：它用一种“四两拨千斤”的巧妙方式，试图通过测量一个我们非常熟悉、非常宏观的量（温度），来回答一个物理学中最基本、最微观、最深刻的问题。这种化繁为简、连接宏观与微观的智慧，正是物理学研究最动人的地方。