Kvantové zapletení může sdílet hluboké spojení s parními stroji

po roce Vše kromě vyloučení možnostiDva teoretičtí fyzici z Japonska a Nizozemska zjistili, že kvantová provázanost má něco zásadně společného s fyzikou, která pohání parní stroje, suší ponožky a možná udržuje šipku času namířenou jedním směrem.

Tato univerzální vlastnost, pokud by skutečně existovala, jak naznačují, by řídila všechny přechody mezi provázanými systémy a poskytla fyzikům způsob, jak měřit a porovnávat zapletení nad rámec počítání qubitů – a poznat jejich limity při zacházení se zapletenými páry.

Kvantové provázání, tendence kvantových záhad různých objektů matematicky se spojovat, je základní součástí… Kvantitativní statistika Spolu s překrytím. Když jsou částice, atomy nebo molekuly propletené, znalost jednoho o jednom nám říká něco o druhém.

Při honbě za těmito výpočetními sny se fyzikové zajímali především o to, jak spojit dvě molekuly ve spleteném stavu a nenarušit je, aby se nerozpadly a mohly spolehlivě přenášet informace na velké vzdálenosti.

Méně se však uvažovalo o tom, zda je možné převést zapletené částice z jednoho kvantového stavu do druhého, jak je to obtížné, kolik možných uspořádání existuje a zda je proces zapletení nakonec reverzibilní.

V termodynamice reverzibilita popisuje ideální procesy, které lze zrušit způsobem, který ponechá systém – a vesmír – prakticky nezměněné. Například přeměna vody na páru teplem může pohánět píst, zatímco píst tlačící páru ji může vrátit do horkého kapalného stavu.

Pokud by zapletené stavy mohly být zrušeny, dokonce i teoreticky, znamenalo by to další paralely s nimi Termodynamika Mohlo by to ukázat na hlubší pravdu v kvantové mechanice.

„Naše práce představuje první důkaz, že reflexe je realizovatelný fenomén v teorii zapletení.“ On říká Kvantový fyzik Bartosz Regula z RIKEN Center for Quantum Computing v Japonsku, který na studii spolupracoval s Ludovicem Lamym z Amsterdamské univerzity.

„To má nejen okamžité a přímé aplikace v základech kvantové teorie, ale pomůže to také pochopit konečná omezení naší schopnosti efektivně se vypořádat se zapletením v praxi.“ Přidat.

Reverzní procesy se ve skutečnosti nemohou dít, díky Druhý zákon termodynamiky. Scvrkává se na koncept známý jako EntropieTo diktuje, že jakýkoli nový stav v uzavřeném systému pravděpodobně nebude mít energii potřebnou k úplnému obrácení svého směru po změně.

Chcete tento píst obrátit? Budete muset čerpat energii odjinud. Vzhledem k tomu, že vesmír je uzavřený systém a nemůže získat energii odnikud jinam, entropie vesmíru se bude navždy zvyšovat.

Vzhledem k silnému vztahu mezi entropií a reverzibilitou v termodynamice by identifikace paralelismu v zapletení mohla mít hluboké důsledky pro pochopení kvantových transformací.

Aby vytvořili „entropii“ zapletení, museli Regula a Lamy dokázat, že transformace zapletení mohou být skutečně reverzibilní, stejně jako lze v termodynamice transformovat práci a teplo.

Návrh, že existuje nějaká „entropie“ zapletení, je překvapivým posunem od Reguly a Lammyho, kteří minulý rok publikovali článek Studie v Fyzika přírody který tvrdil, že „neexistuje vůbec žádný druhý zákon manipulace se zapletením“.

manžel končím Protože by zapletené částice vždy vedly k určité ztrátě tohoto zapletení, které by nemohlo být nikdy plně obnoveno, bylo by nemožné převést jeden kvantový stav nebo zdroj na jiný a zpět.

„Můžeme dojít k závěru, že žádná jednotlivá veličina, jako je zapletená entropie, nám nemůže říci vše, co je třeba vědět o přípustných transformacích zapletených fyzických systémů.“ řekl tehdy Al-Lami.

Ale tyto výsledky je neodradily. Spíše jsou Myslel jsem, že navrhl Jednotná teorie zapletení, pokud by existovala, by byla mnohem složitější než klasické zákony termodynamiky. Takže čísla stále drtí.

Jejich nejnovější demonstrace využívající pravděpodobnostní propletené transformace, která funguje jen po určitou dobu, ale poskytuje větší výkon, ukazuje, že inverzní propletený rámec může být možný.

ale Regula přiznává Vysvětlení toho, jak transformace provázaných částic v praxi fungují, a nejen ukázání, že jsou statisticky možné, zahrnuje řešení matematických problémů, „které se dosud vyhýbaly všem pokusům o jejich vyřešení“.

Práce dvojice je navíc odklonem od předchozích pokusů charakterizovat některé kvantové transformace, protože bere v úvahu pouze transformace, kterých lze dosáhnout s určitou pravděpodobností – jakkoli jsou tyto pravděpodobnosti velmi malé. V důsledku toho tyto pravděpodobnosti nemusí stačit k prokázání existence opakovatelných a reverzibilních transformací provázaných stavů v praxi.

„Pochopení přesných požadavků na reverzibilitu zůstává fascinujícím otevřeným problémem.“ Říká Regula.

Studie byla zveřejněna v Příroda komunikace.