L’entanglement quantistico può condividere una profonda connessione con i motori a vapore

dopo un anno Tutto tranne escludere la possibilitàDue fisici teorici provenienti dal Giappone e dai Paesi Bassi hanno scoperto che l’entanglement quantistico ha qualcosa di fondamentalmente in comune con la fisica che fa funzionare i motori a vapore, asciuga i calzini e forse mantiene la freccia del tempo puntata in una direzione.

Questa proprietà universale, se esistesse davvero come suggeriscono, governerebbe tutte le transizioni tra sistemi entangled e fornirebbe ai fisici un modo per misurare e confrontare l’entanglement oltre il conteggio dei qubit – e di conoscere i loro limiti nel gestire le coppie entangled.

L’entanglement quantistico, la tendenza dei misteri quantistici di diversi oggetti a combinarsi matematicamente, è una parte fondamentale di… Statistiche quantitative Insieme alla sovrapposizione. Quando particelle, atomi o molecole sono intrecciate, sapere qualcosa dell’una ci dice qualcosa dell’altra.

Nella ricerca di questi sogni informatici, i fisici si sono interessati principalmente a come legare due molecole in uno stato entangled senza disturbarle, in modo che non si sfaldino e possano trasmettere informazioni in modo affidabile su grandi distanze.

Tuttavia, si è riflettuto meno sulla possibilità di convertire le particelle legate da uno stato quantistico a un altro, su quanto sia difficile, su quante possibili disposizioni ci siano e se il processo di entanglement sia in definitiva reversibile.

In termodinamica, la reversibilità descrive processi ideali che possono essere annullati in modo da lasciare il sistema – e l’universo – praticamente invariato. Ad esempio, trasformare l’acqua in vapore con il calore può azionare un pistone, mentre un pistone che spinge il vapore può riportarlo allo stato liquido caldo.

Se anche gli stati entangled potessero essere disfatti, anche in teoria, ciò implicherebbe altri parallelismi con essi Termodinamica Potrebbe indicare una verità più profonda nella meccanica quantistica.

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“Il nostro lavoro rappresenta la prima prova che la riflessione è un fenomeno realizzabile nella teoria dell’entanglement”. Lui dice Il fisico quantistico Bartosz Regula, del Centro RIKEN per l’informatica quantistica in Giappone, che ha collaborato allo studio con Ludovico Lamy dell’Università di Amsterdam.

“Ciò non solo ha applicazioni immediate e dirette nei fondamenti della teoria quantistica, ma aiuterà anche a comprendere i limiti ultimi sulla nostra capacità di affrontare in modo efficiente l’entanglement nella pratica”. Aggiungere.

I processi inversi non possono verificarsi nella realtà, grazie Seconda legge della termodinamica. Si riduce a un concetto noto come EntropiaCiò implica che qualsiasi nuovo stato in un sistema chiuso probabilmente non avrà l’energia necessaria per invertire completamente la sua direzione dopo il cambiamento.

Vuoi invertire questo pistone? Dovrai attingere energia da qualche altra parte. Poiché l’universo è un sistema chiuso e non può ottenere energia da nessun’altra parte, l’entropia dell’universo aumenterà per sempre.

Data la forte relazione tra entropia e reversibilità in termodinamica, identificare il parallelismo nell’entanglement potrebbe avere profonde implicazioni per la comprensione delle trasformazioni quantistiche.

Per creare l'”entropia” dell’entanglement, Regula e Lamy dovettero dimostrare che le trasformazioni dell’entanglement potevano effettivamente essere rese reversibili, proprio come il lavoro e il calore possono essere trasformati in termodinamica.

L’ipotesi che esista una sorta di “entropia” dell’entanglement è una svolta sorprendente da parte di Regula e Lammy, che l’anno scorso hanno pubblicato un articolo Lo studio dentro Fisica della natura il quale sosteneva che “non esiste affatto una seconda legge sulla manipolazione dell’entanglement”.

il marito finisco Dal momento che le particelle impigliate comporterebbero sempre una perdita di quell’entanglement, che non potrebbe mai essere completamente ripristinata, sarebbe impossibile convertire uno stato quantico, o risorsa, in un altro e viceversa.

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“Possiamo concludere che nessuna singola quantità, come l’entropia dell’entanglement, può dirci tutto quello che c’è da sapere sulle trasformazioni ammissibili dei sistemi fisici intrecciati”. disse allora Al-Lami.

Ma questi risultati non li hanno scoraggiati. Piuttosto, lo sono Pensavo lo avesse suggerito Una teoria unificata dell’entanglement, se fosse esistita, sarebbe stata molto più complessa delle leggi classiche della termodinamica. Quindi continuano a sgretolare i numeri.

La loro ultima dimostrazione, utilizzando trasformazioni probabilistiche di entanglement, che funzionano solo in alcuni casi ma forniscono più potenza, mostra che una struttura di entanglement inversa potrebbe essere possibile.

Ma Regula ammette Spiegare come funzionano nella pratica le trasformazioni delle particelle entangled, e non solo mostrare che sono statisticamente possibili, implica affrontare problemi matematici “che finora hanno evitato ogni tentativo di risolverli”.

Inoltre, il lavoro del duo si discosta dai precedenti tentativi di caratterizzare alcune trasformazioni quantistiche, perché prende in considerazione solo le trasformazioni che possono essere ottenute con alcune probabilità, per quanto molto piccole possano essere. Di conseguenza, queste probabilità potrebbero non essere sufficienti per dimostrare nella pratica l’esistenza di trasformazioni ripetibili e reversibili di stati entangled.

“Comprendere i requisiti esatti per la reversibilità rimane un affascinante problema aperto”. dice Regola.

Lo studio è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura.

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