量子糾纏可能與蒸汽機有著深刻的聯(lián)系

一年后幾乎排除了這種可能性，一對來自日本和荷蘭的理論物理學家發(fā)現(xiàn)了量子糾纏與驅(qū)動蒸汽機、烘干襪子甚至可能使時間箭頭指向一個方向的物理學有著根本的共同之處。

這種普遍性質(zhì)，如果它確實像他們所建議的那樣存在，它將控制糾纏系統(tǒng)之間的所有轉(zhuǎn)換，并為物理學家提供一種測量和比較糾纏的方法，而不僅僅是計算量子比特 - 并知道他們操縱糾纏對的極限。

量子糾纏，不同物體的量子模糊性在數(shù)學上合并的趨勢，是量子計算以及疊加。當粒子、原子或分子糾纏在一起時，了解一個會告訴我們另一個。

在實現(xiàn)這些計算夢想的過程中，物理學家主要關(guān)注的是如何將兩個粒子纏繞成糾纏狀態(tài)并且不打擾它們，因此它們不會崩潰并且可以可靠地遠距離傳輸信息.

然而，很少有人考慮糾纏粒子是否可以從一個量子態(tài)轉(zhuǎn)化為另一個量子態(tài)，這將有多困難，存在多少可能的排列，以及最終糾纏過程是否是可逆的。

在熱力學，可逆性描述了理想的過程，這些過程可以以一種使系統(tǒng)和宇宙有效保持不變的方式被撤消。例如，用熱量將水變成蒸汽可以驅(qū)動活塞，而推動蒸汽的活塞可以將其恢復(fù)到加熱的液態(tài)。

如果糾纏態(tài)也可以被撤消，即使在理論上，這可能意味著與熱力學可以指出量子力學中更深層次的真理。

“我們的工作是第一個證據(jù)，證明可逆性是糾纏理論中可實現(xiàn)的現(xiàn)象，”說量子物理學家Bartosz Regula，來自RIKEN中心。量子計算在日本，他與阿姆斯特丹大學的Ludovico Lami合作進行了這項研究。

“這不僅在量子理論的基礎(chǔ)中具有直接和直接的應(yīng)用，而且還將有助于理解我們在實踐中有效操縱糾纏的能力的最終限制，”Regula說增加.

可逆過程在現(xiàn)實中不可能發(fā)生，這要歸功于熱力學第二定律.總結(jié)為一個稱為熵，它決定了封閉系統(tǒng)中的任何新狀態(tài)在變化后都可能不具備完全逆轉(zhuǎn)所需的能量。

想反轉(zhuǎn)活塞嗎？你需要從其他地方汲取能量。由于宇宙是一個封閉的系統(tǒng)，無法從其他地方獲取能量，因此它的熵將永遠增加。

鑒于熱力學中熵和可逆性之間的密切關(guān)系，確定糾纏中的平行關(guān)系可能對理解量子變換具有深遠的意義。

為了建立糾纏的“熵”，Regula和Lami必須證明糾纏變換確實可以被逆轉(zhuǎn)，就像功和熱可以在熱力學中轉(zhuǎn)換一樣。

關(guān)于糾纏存在某種“熵”的說法是 Regula 和 Lami 的突然轉(zhuǎn)變，他們?nèi)ツ臧l(fā)表了一篇留學自然物理這聲稱“畢竟沒有糾纏操縱的第二定律”。

這對結(jié)束因為糾纏粒子總是會導(dǎo)致這種糾纏的某種損失，而這種糾纏永遠無法完全恢復(fù)，所以不可能將一個量子態(tài)或資源轉(zhuǎn)化為另一個量子態(tài)或資源，然后再轉(zhuǎn)換回來。

“我們可以得出結(jié)論，沒有一個單一的量，如糾纏熵，可以告訴我們關(guān)于糾纏物理系統(tǒng)允許變換的一切。拉米當時說.

但這些發(fā)現(xiàn)并沒有阻止他們。相反，他們以為它建議一個統(tǒng)一的糾纏理論，如果存在的話，比經(jīng)典的熱力學定律要復(fù)雜得多。所以他們一直在計算數(shù)字。

他們的最新產(chǎn)品使用概率糾纏變換，這種變換只在某些時候起作用，但提供了更多的功能，這表明糾纏的可逆框架可能是可能的。

但雷古拉承認證明糾纏粒子的變換在實踐中是如何工作的，而不僅僅是證明它在統(tǒng)計上是可能的，涉及解決數(shù)學問題，“到目前為止，所有解決它們的嘗試都逃避了”。

更重要的是，這對搭檔的工作與之前描述某些量子變換的嘗試不同，因為它只考慮了可以以某種概率實現(xiàn)的變換——無論這些概率有多小。因此，這些概率可能不足以證明在實踐中存在可重復(fù)的、可逆的糾纏態(tài)變換。

“因此，了解可逆性的確切要求仍然是一個引人入勝的開放性問題，”雷古拉 說.

該研究已發(fā)表在自然通訊.

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