Международная команда ученых совершила прорыв в понимании квантовой запутанности, открыв новый закон физики, который позволяет обратимо изменять запутанные состояния частиц. Это достижение открывает новые возможности для квантовых технологий и глубже раскрывает природу информации в квантовых системах.
Об этом сообщает ProIT
Новая концепция: батарея квантовой запутанности
Ученые предложили концептуальное устройство — батарею запутанности, способную хранить и передавать информацию о квантовом состоянии системы без потерь. Принцип ее работы напоминает действие обычных батарей, но вместо энергии аккумулируется уровень запутанности между частицами. Это позволяет осуществлять обратимые преобразования квантовых состояний, что ранее считалось невозможным.
Описанный механизм основан на аналогии со вторым законом термодинамики, предложенным французским физиком Сади Карно еще два столетия назад. Ученые сформулировали так называемый второй закон манипулирования квантовой запутанностью, который подтверждает возможность обратимого контроля над запутанностью, подобно термодинамическому контролю над энергией.
Открытие и его значение для квантовых вычислений
Квантовая запутанность является явлением, при котором изменение или измерение состояния одной частицы мгновенно влияет на другую, даже если они находятся на большом расстоянии. Это критически важно для квантовой криптографии, быстрой передачи данных и создания мощных квантовых компьютеров.
Проведенный анализ показал, что между квантовой запутанностью и классической термодинамикой существует глубокая связь. В частности, исследователи выделили понятие «энтропии запутанности», которая отражает поведение энтропии в классических системах.
Особенность нового открытия заключается в том, что обратимость в квантовых системах определяется не симметрией времени, а возможностью внешнего влияния: перевести систему в другой состояние и вернуть к начальному без потерь. Значительная часть работы была посвящена моделированию ситуаций, когда две удаленные личности (условно Алиса и Боб) могут обмениваться квантовой информацией, но ограничены только классическими каналами, такими как телефон или интернет. В таком случае влияние на запутанность изолированных частиц невозможно.
«Известно, что при работе средств классической коммуникации в этом сценарии запутанность необратима. Так что вопрос в том, можем ли мы каким-либо образом выйти за пределы классической коммуникации осмысленным образом и восстановить обратимость?», — отмечает ведущий автор исследования Александр Стрельцов.
Ответ на этот вопрос, как подчеркивают исследователи, — положительный: обратимость возможна, если Алиса и Боб совместно используют батарею квантовой запутанности. Она может хранить информацию о уровне запутанности и не снижать его во время операций. Преобразование состояния с использованием батареи позволяет вращать смешанные квантовые состояния без потерь.
Эти же закономерности действуют и для систем с более чем двумя запутанными частицами, что открывает путь к моделированию сложных квантовых сетей и развитию новых высокоэффективных квантовых технологий.
Результаты этой работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.