_ Oamenii de știință arată că există într-adevăr o „entropie” a întanglementării cuantice

Bartosz Regula de la Centrul RIKEN de calcul cuantic și Ludovico Lami de la Universitatea din Amsterdam au arătat, prin calcule probabilistice, că există într-adevăr, așa cum se ipotezase, o regulă a entropiei pentru fenomenul întanglementării cuantice.

Această descoperire ar putea ajuta la o mai bună înțelegere a întanglementării cuantice, care este o resursă cheie care stă la baza unei mari puteri a viitoarelor calculatoare cuantice. În prezent, se înțeleg puțin despre modalitățile optime de utilizare eficientă a acestuia, în ciuda faptului că a fost centrul cercetării în știința informației cuantice de zeci de ani.

A doua lege a termodinamicii, care spune că un sistem nu se poate mișca niciodată. la o stare cu entropie mai scăzută, sau ordine, este una dintre cele mai fundamentale legi ale naturii și se află în centrul fizicii. Este ceea ce creează „săgeata timpului” și ne spune faptul remarcabil că dinamica sistemelor fizice generale, chiar și a celor extrem de complexe precum gazele sau găurile negre, sunt încapsulate de o singură funcție, entropia sa.

Există însă o complicație. Se știe că principiul entropiei se aplică tuturor sistemelor clasice, dar astăzi explorăm din ce în ce mai mult lumea cuantică.

Acum trecem printr-o revoluție cuantică și devine extrem de important să înțelegem cum putem extrage și transformă resursele cuantice scumpe și fragile. În special, încâlcirea cuantică, care permite avantaje semnificative în comunicare, calcul și criptografie, este crucială, dar datorită structurii sale extrem de complexe, manipularea eficientă a acesteia și chiar înțelegerea proprietăților sale de bază este de obicei mult mai dificilă decât în ​​cazul termodinamicii. .

Dificultatea constă în faptul că o astfel de „a doua lege” pentru încâlcirea cuantică ne-ar cere să arătăm că transformările de încurcătură pot fi făcute reversibile, la fel cum munca și căldura pot fi interconvertite în termodinamică.

p>

Se știe că reversibilitatea încâlcirii este mult mai dificil de asigurat decât reversibilitatea transformărilor termodinamice și toate încercările anterioare de a stabili orice formă a unei teorii reversibile a întangării au eșuat. S-a bănuit chiar că încurcarea ar putea fi de fapt ireversibilă, făcând căutarea una imposibilă.

În noua lor lucrare, publicată în Nature Communications, autorii rezolvă această presupunere de lungă durată utilizând transformări probabilistice de încurcare, care au succes garantat doar o parte din timp, dar care, în schimb, oferă o putere sporită în conversia sistemelor cuantice.

În astfel de procese, autorii arată că este într-adevăr posibil să se stabilească un cadru reversibil. pentru manipularea întanglementului, identificând astfel un cadru în care apare o entropie unică a întanglementării și toate transformările întanglementului sunt guvernate de o singură cantitate. Metodele pe care le-au folosit ar putea fi aplicate mai larg, arătând proprietăți de reversibilitate similare și pentru resurse cuantice mai generale.

Potrivit Regula, „Descoperirile noastre marchează progrese semnificative în înțelegerea proprietăților de bază ale încurcăturii, dezvăluind conexiuni fundamentale între încrucișarea și termodinamica și, în mod esențial, oferind o simplificare majoră în înțelegerea proceselor de conversie a încurcăturii.

„Acest lucru nu numai că are aplicații imediate și directe în bazele teoriei cuantice, dar va ajuta și la înțelegerea limitări finale ale capacității noastre de a manipula eficient încurcarea în practică.”

Privind către viitor, el continuă: „Lucrările noastre servesc drept prima dovadă că reversibilitatea este un fenomen realizabil în teoria încurcăturii. Cu toate acestea, s-au presupus forme și mai puternice de reversibilitate și există speranță că încurcarea poate fi reversibilă chiar și în cazul unor ipoteze mai slabe decât am făcut-o în munca noastră – în special, fără a fi nevoie să ne bazăm pe transformări probabilistice.

„Problema este că răspunsul la aceste întrebări pare mult mai dificil, necesitând soluția. a problemelor matematice și teoretice informaționale care s-au susținut până acum tuturor încercărilor de a le rezolva. Înțelegerea cerințelor precise pentru ca reversibilitatea să fie menținută rămâne astfel o problemă deschisă fascinantă.”

(Fluierul)