nach einem Jahr Das schließt die Möglichkeit so gut wie ausZwei theoretische Physiker aus Japan und den Niederlanden haben herausgefunden, dass die Quantenverschränkung etwas grundsätzlich mit der Physik gemeinsam hat, die Dampfmaschinen antreibt, Socken trocknet und vielleicht den Pfeil der Zeit in eine Richtung zeigt.
Diese universelle Eigenschaft würde, wenn sie wirklich existierte, wie sie vermuten, alle Übergänge zwischen verschränkten Systemen regeln und Physikern eine Möglichkeit geben, die Verschränkung über das Zählen von Qubits hinaus zu messen und zu vergleichen – und ihre Grenzen im Umgang mit verschränkten Paaren zu kennen.
Quantenverschränkung, die Tendenz der Quantenmysterien verschiedener Objekte, sich mathematisch zu verbinden, ist ein grundlegender Bestandteil von… Quantitative Statistik Zusammen mit Overlay. Wenn Teilchen, Atome oder Moleküle miteinander verflochten sind, sagt uns das Wissen über das eine etwas über das andere.
Bei der Verwirklichung dieser Computerträume waren die Physiker vor allem daran interessiert, zwei Moleküle in einem verschränkten Zustand zu binden und sie nicht zu stören, damit sie nicht auseinanderfallen und Informationen zuverlässig über große Entfernungen übertragen können.
Allerdings wurde weniger darüber nachgedacht, ob es möglich ist, verschränkte Teilchen von einem Quantenzustand in einen anderen zu überführen, wie schwierig dies ist, wie viele mögliche Anordnungen es gibt und ob der Verschränkungsprozess letztendlich reversibel ist.
In der Thermodynamik beschreibt Reversibilität ideale Prozesse, die auf eine Weise rückgängig gemacht werden können, die das System – und das Universum – praktisch unverändert lässt. Beispielsweise kann die Umwandlung von Wasser in Dampf durch Hitze einen Kolben antreiben, während ein Kolben, der Dampf drückt, ihn in einen heißen flüssigen Zustand zurückversetzen kann.
Wenn verschränkte Zustände auch theoretisch rückgängig gemacht werden könnten, würde dies andere Parallelen zu ihnen implizieren Thermodynamik Es könnte auf eine tiefere Wahrheit in der Quantenmechanik hinweisen.
„Unsere Arbeit ist der erste Beweis dafür, dass Reversibilität ein realisierbares Phänomen in der Verschränkungstheorie ist.“ sagen Der Quantenphysiker Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing in Japan, der bei der Studie mit Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam zusammengearbeitet hat.
„Dies hat nicht nur unmittelbare und direkte Anwendung in den Grundlagen der Quantentheorie, sondern wird auch dazu beitragen, die letztendlichen Einschränkungen unserer Fähigkeit zu verstehen, effizient mit Verschränkungen in der Praxis umzugehen.“ Hinzufügen.
Umgekehrte Prozesse können in der Realität nicht passieren, danke Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Es läuft auf ein Konzept hinaus, das als bekannt ist EntropieEs besagt, dass jeder neue Zustand in einem geschlossenen System nach der Änderung wahrscheinlich nicht über die erforderliche Energie verfügt, um seine Richtung vollständig umzukehren.
Möchten Sie diesen Kolben umkehren? Sie müssen Energie woanders beziehen. Da das Universum ein geschlossenes System ist und nirgendwo anders Energie beziehen kann, wird die Entropie des Universums für immer zunehmen.
Angesichts der starken Beziehung zwischen Entropie und Reversibilität in der Thermodynamik könnte die Identifizierung der Parallelität in der Verschränkung tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis von Quantentransformationen haben.
Um die „Entropie“ der Verschränkung zu erzeugen, mussten Regula und Lamy beweisen, dass Verschränkungsumwandlungen tatsächlich reversibel gemacht werden können, so wie in der Thermodynamik Arbeit und Wärme umgewandelt werden können.
Die Annahme, dass es eine Art „Entropie“ der Verschränkung gibt, ist eine überraschende Abweichung von Regula und Lammy, die letztes Jahr einen Artikel veröffentlicht haben Die Studie in Naturphysik der behauptete, dass „es ohnehin kein zweites Gesetz der Verschränkungsmanipulation gibt“.
der Ehemann Enden Da verschränkte Teilchen immer zu einem gewissen Verlust dieser Verschränkung führen würden, der nie vollständig wiederhergestellt werden könnte, wäre es unmöglich, einen Quantenzustand oder eine Ressource in einen anderen und wieder zurück umzuwandeln.
„Wir können daraus schließen, dass keine einzelne Größe wie die Verschränkungsentropie uns alles über die zulässigen Transformationen verschränkter physikalischer Systeme sagen kann.“ sagte Al-Lami damals.
Aber diese Ergebnisse haben sie nicht abgeschreckt. Vielmehr sind sie es Ich dachte, er hätte es vorgeschlagen Eine einheitliche Verschränkungstheorie wäre, wenn es sie gegeben hätte, viel komplexer gewesen als die klassischen Gesetze der Thermodynamik. Also rechnen sie weiter mit den Zahlen.
Ihre neueste Demonstration unter Verwendung probabilistischer Verschränkungstransformationen, die nur zeitweise funktioniert, aber mehr Leistung bietet, zeigt, dass ein inverses Verschränkungsgerüst möglich sein könnte.
Aber Regula gibt zu Um zu erklären, wie Transformationen verschränkter Teilchen in der Praxis funktionieren, und nicht nur zu zeigen, dass sie statistisch möglich sind, müssen mathematische Probleme angegangen werden, „die bisher alle Versuche zu ihrer Lösung vermieden haben“.
Darüber hinaus stellt die Arbeit des Duos eine Abkehr von früheren Versuchen zur Charakterisierung einiger Quantentransformationen dar, da sie nur Transformationen berücksichtigt, die mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten erreicht werden können – wie klein diese Wahrscheinlichkeiten auch sein mögen. Daher reichen diese Wahrscheinlichkeiten möglicherweise nicht aus, um die Existenz wiederholbarer und reversibler Transformationen verschränkter Zustände in der Praxis zu beweisen.
„Das Verständnis der genauen Anforderungen für die Reversibilität bleibt ein faszinierendes offenes Problem.“ Sagt Regula.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation.
