Nem a „összefonódás második törvénye”, állítja a tanulmány

Végül is nem a „összefonódás második törvénye”.

Az összefonódási manipuláció visszafordíthatatlansága. Az 1. Tételben kapott fő eredményünk azt mutatja, hogy az ω3 két-qutrites állapot nem manipulálható reverzibilisen NE transzformációkkal. Csak naplót tudunk kivonni2(3/2)≈7/12 összefonódási bit ω3 másolatonként aszimptotikusan, de másolatonként egy teljes összefonódási bit szükséges a létrehozásához. Az 1. tétel többféleképpen erősíthető és bővíthető. Hitel: természetfizika (2023). DOI: 10.1038/s41567-022-01873-9

A termodinamika második főtételét gyakran úgy tekintik, mint azon kevés fizikatörvények egyikét, amelyek abszolút és tagadhatatlanul igazak. A törvény kimondja, hogy egy zárt rendszer „entrópiájának” – fizikai tulajdonságának – mennyisége soha nem csökkenhet. „Az idő nyilát” ad a mindennapi eseményekhez, és meghatározza, hogy mely folyamatok visszafordíthatók és melyek nem. Megmagyarázza, hogy a forró tűzhelyre helyezett jégkocka miért fog mindig megolvadni, és miért repül mindig ki a sűrített gáz a tartályból (és soha vissza), amikor kinyitják a légkörbe vezető szelepet.

Csak azonos entrópiájú és energiájú állapotok alakíthatók át reverzibilisen egyikből a másikba. Ez a reverzibilitási feltétel olyan termodinamikai folyamatok felfedezéséhez vezetett, mint az (idealizált) Carnot-ciklus, amely felső határt szab arra vonatkozóan, hogy mennyire hatékonyan lehet hőt munkává alakítani, vagy fordítva, ha egy zárt rendszert különböző hőmérsékleteken és nyomásokon vezetünk át. . Ennek a folyamatnak a megértése alapozta meg a nyugati ipari forradalom alatti gyors gazdasági fejlődést.

Kvantum entrópia

A termodinamika második főtételének szépsége abban rejlik, hogy bármilyen makroszkopikus rendszerben alkalmazható, függetlenül a mikroszkopikus részletektől. A kvantumrendszerekben ezen részletek egyike lehet az összefonódás: egy kvantumkapcsolat, amely a rendszer különálló összetevőinek megosztását okozza. Érdekes módon a kvantumösszefonódás sok mélységes hasonlóságot mutat a termodinamikával, még akkor is, ha a kvantumrendszereket többnyire mikroszkópos rendszerben tanulmányozzák.

A tudósok felfedezték az “összefonódási entrópia” fogalmát, amely pontosan utánozza a termodinamikai entrópia szerepét, legalábbis a környezetüktől tökéletesen elszigetelt idealizált kvantumrendszerek esetében.

“A kvantumösszefonódás kulcsfontosságú erőforrás, amely a jövőbeni kvantumszámítógépek erejének nagy részét megalapozza. Ahhoz, hogy hatékonyan használhassuk, meg kell tanulnunk manipulálni” – mondta Ludovico Lami, kvantuminformáció-kutató. Alapvető kérdéssé vált, hogy az összefonódás mindig visszafordíthatóan manipulálható-e, közvetlenül a Carnot-ciklushoz hasonlóan. Létfontosságú, hogy ennek a visszafordíthatóságnak – legalábbis elméletben – érvényesnek kell lennie még a zajos („vegyes”) kvantumrendszereknél is, amelyeket nem tartottak tökéletesen elszigetelve a környezetüktől.

Úgy gondolták, hogy létrejöhet egy „összefonódás második törvénye”, amely egyetlen funkcióban testesül meg, amely általánosítja az összefonódás entrópiáját, és szabályozza az összes összefonódás-manipulációs protokollt. Ez a sejtés megjelent a kvantuminformációelmélet kiemelkedő problémáinak híres listáján.

Nincs második összefonódási törvény

Ennek a régóta fennálló nyitott kérdésnek a megoldására Lami (korábban az Ulmi Egyetemen, jelenleg a QuSoft-on és az Amszterdami Egyetemen) és Bartosz Regula (Tokiói Egyetem) által végzett kutatások azt mutatják, hogy az összefonódás manipulálása alapvetően visszafordíthatatlan, ami reményeket kelt. hogy megállapítsunk egy második összefonódási törvényt.

Ez az új eredmény egy bizonyos kvantumállapot felépítésén alapul, amelyet nagyon „drága” tiszta összefonódással létrehozni. Ennek az állapotnak a létrehozása mindig az összefonódás egy részének elvesztésével jár, mivel a befektetett összefonódást nem lehet teljesen helyreállítani. Ennek eredményeként természetéből adódóan lehetetlen ezt az állapotot egy másikba, majd visszafordítani. Az ilyen államok létezése korábban ismeretlen volt.

Mivel az itt használt megközelítés nem feltételezi, hogy pontosan mely transzformációs protokollokat használjuk, kizárja az összefonódás visszafordíthatóságát minden lehetséges környezetben. Ez minden protokollra vonatkozik, feltételezve, hogy maguk nem generálnak új összefonódásokat. Lami elmagyarázza: “Az összefonódási műveletek használata olyan lenne, mint egy szeszfőzde, amelyben titokban máshonnan alkoholt adnak az italhoz.”

Lami azt mondja: “Arra a következtetésre juthatunk, hogy egyetlen mennyiség sem, mint például az összefonódás entrópiája, nem tud mindent elmondani az összefonódott fizikai rendszerek megengedett átalakulásairól. Az összefonódás elméletét és a termodinamikát tehát alapvetően eltérő és összeegyeztethetetlenek szabályozzák. törvénygyűjtemények.”

Ez azt jelentheti, hogy a kvantumösszefonódás leírása nem olyan egyszerű, mint azt a tudósok remélték. Azonban ahelyett, hogy hátrány lenne, az összefonódás elméletének a termodinamika klasszikus törvényeihez képest sokkal összetettebbsége lehetővé teszi számunkra, hogy az összefonódást olyan bravúrok eléréséhez használjuk, amelyek egyébként teljesen elképzelhetetlenek lennének. “Most már biztosan tudjuk, hogy az összefonódás még gazdagabb és bonyolultabb struktúrát rejt, amelyre feltételeztük” – összegzi Lami.

A cikk a folyóiratban fog megjelenni természetfizika.

Több információ:
Ludovico Lami és mtsai. Mégsem az összefonódás manipulációjának második törvénye, természetfizika (2023). DOI: 10.1038/s41567-022-01873-9

Az Amszterdami Egyetem kínálja

Idézet: Elvégre nem az „összefonódás második törvénye”, állítások tanulmánya (2023, január 24.) Letöltve 2023. január 25-én a https://phys.org/news/2023-01-law-entanglement.html webhelyről

Ez a dokumentum szerzői jogvédelem alatt áll. A magántanulmányi vagy kutatási célú tisztességes üzletmenet kivételével írásos engedély nélkül semmi más nem reprodukálható. A tartalom kizárólag tájékoztató jellegű.

Leave a Comment

%d bloggers like this: