近日，中科院武漢物理與數學研究所馮芒團隊與上海交通大學麻志浩、英國牛津大學V. Vedral等合作，利用超冷離子實驗平臺，在單自旋層面上首次高精度地檢驗了非平衡動力學過程中的一個信息熱力學等式。相關成果發表于《物理評論快報》。
非平衡動力學過程是熱力學中普遍存在的動力學時間演化過程。非平衡動力學過程極其復雜，其功能關系通常只能通過不等式表達。但Jarzynski在1997年提出第一個簡單普適的等式關系，將非平衡過程中的物理量與體系的自由能變化相聯系。隨后，V. Vedral將相關研究推廣至更普適的情況，得到兩次測量之間信息變化的普適信息理論等式。這個等式更適合在量子層次上研究熱力學過程，且在初態為吉布斯態時自動約化為Jarzynski等式關系。
馮芒等經過分析信息理論等式在單量子比特實驗中實施的可能性，設計了一套實驗驗證測量方案，在單自旋操作誤差不超過0.7%的基礎上，考慮了量子噪聲和經典噪聲對自旋的影響，最終首次在單自旋水平上精確驗證了非平衡動力學過程中的量子信息熱力學等式以及Jarzynski等式。研究有助理解熱力學在量子力學層面上的適用性。