Ovo univerzalno svojstvo, ako doista postoji kao što oni sugeriraju, upravljalo bi svim transformacijama između isprepletenih sustava i dalo bi fizičarima način da mjere i uspoređuju isprepletenost izvan brojanja kubita – i da znaju svoje granice manipuliranja isprepletenim parovima.
Kvantna isprepletenost , tendencija da se kvantna nejasnost različitih objekata matematički spoji, temeljni je dio kvantnog računalstva zajedno sa superpozicijom. Kada su čestice, atomi ili molekule isprepletene, saznanje o jednom govori nam nešto o drugome.
U svojoj potrazi za ostvarenjem tih računalnih snova, fizičari su prvenstveno bili zabrinuti kako dovesti dvije čestice u isprepleteno stanje i ne ometati ih, tako da se ne raspadnu i mogu pouzdano prenositi informacije na velike udaljenosti .
Međutim, manje se razmišljalo o tome mogu li se zapetljane čestice transformirati iz jednog kvantnog stanja u drugo, koliko bi to bilo teško, koliko mogućih aranžmana postoji i je li, u konačnici, proces isprepletenosti reverzibilan.
U termodinamici , reverzibilnost opisuje idealne procese koji se mogu poništiti na način koji ostavlja sustav – i Svemir – efektivno nepromijenjenima. Na primjer, pretvaranje vode u paru toplinom može pokrenuti klip, dok klip koji gura paru može je vratiti u zagrijano tekuće stanje.
Ako se zapletena stanja također mogu poništiti, čak i u teoriji, to bi moglo značiti da druge sličnosti s termodinamikom mogu ukazivati na dublju istinu u kvantnoj mehanici.
"Naš rad služi kao prvi dokaz da je reverzibilnost ostvariv fenomen u teoriji isprepletenosti", kaže kvantni fizičar Bartosz Regula iz RIKEN centra za kvantno računalstvo u Japanu, koji se udružio s Ludovicom Lamijem sa Sveučilišta u Amsterdamu na studiji. .
Uloga isprepletenosti u pretvorbi energije
"Ovo ne samo da ima neposredne i izravne primjene u temeljima kvantne teorije, već će također pomoći u razumijevanju krajnjih ograničenja naše sposobnosti da učinkovito manipuliramo isprepletenošću u praksi", dodaje Regula .
Reverzibilni procesi se ne mogu dogoditi u stvarnosti, zahvaljujući drugom zakonu termodinamike . Sažeto u konceptu poznatom kao entropija , ono diktira da svako novo stanje u zatvorenom sustavu vjerojatno neće imati energiju potrebnu za potpuni preokret nakon promjene.
Želite preokrenuti taj klip? Morat ćete povući energiju s nekog drugog mjesta. Budući da je svemir zatvoreni sustav i ne može dobiti energiju drugdje, njegova entropija će zauvijek rasti.
S obzirom na jak odnos između entropije i reverzibilnosti u termodinamici, identificiranje paralele u isprepletenosti moglo bi imati duboke implikacije za razumijevanje kvantnih transformacija.
Kako bi ustanovili 'entropiju' isprepletenosti, Regula i Lami morali su pokazati da se pretvorbe isprepletenosti doista mogu učiniti reverzibilnima, baš kao što se rad i toplina mogu pretvoriti u termodinamici.
Sugestija da postoji neka vrsta 'entropije' isprepletenosti iznenadan je zaokret od strane Regule i Lamija, koji su prošle godine objavili studiju u Nature Physicsu koja tvrdi da 'ipak ne postoji drugi zakon manipulacije ispetljanošću'.
Par je zaključio da bi bilo nemoguće transformirati jedno kvantno stanje, ili resurs, u drugo i natrag, budući da bi isprepletene čestice uvijek rezultirale nekim gubitkom ove isprepletenosti, koji se nikada ne bi mogao u potpunosti oporaviti.
"Možemo zaključiti da nam niti jedna veličina, kao što je entropija isprepletenosti, ne može reći sve što treba znati o dopuštenim transformacijama isprepletenih fizičkih sustava", rekao je Lami u to vrijeme .
Ali ta otkrića ih nisu spriječila. Umjesto toga, mislili su da sugerira da je jedinstvena teorija isprepletenosti, ako postoji, daleko složenija od klasičnih zakona termodinamike. Pa su nastavili zbrajati brojeve.
Njihova najnovija ponuda, korištenjem probabilističkih transformacija isprepletenosti, koje rade samo neko vrijeme, ali daju više snage, pokazuje da bi reverzibilni okvir za isprepletenost mogao biti moguć.
No Regula priznaje da demonstriranje kako bi transformacije isprepletenih čestica mogle funkcionirati u praksi, a ne samo pokazivanje da je to statistički moguće, uključuje rješavanje matematičkih problema "koji su dosad izbjegavali sve pokušaje rješavanja".
Štoviše, rad ovog para odstupa od prijašnjih pokušaja da se okarakteriziraju određene kvantne transformacije, jer razmatra samo transformacije koje bi se mogle postići s određenom vjerojatnošću – koliko god ti izgledi bili nevjerojatno mali. Kao rezultat toga, ove vjerojatnosti možda neće biti dovoljne da pokažu postojanje ponovljivih, reverzibilnih transformacija isprepletenih stanja u praksi.
"Razumijevanje preciznih zahtjeva za održavanje reverzibilnosti stoga ostaje fascinantan otvoren problem", kaže Regula .
Studija je objavljena u časopisu Nature Communications .
