Батарея для запутанности? Да, теперь даже квантовые состояния можно «заряжать» и «разряжать»
NewsMakerФизики переписали законы реальности: запутанность впервые стала обратимой.
Впервые в истории учёным удалось показать, что квантовая запутанность — одно из самых загадочных явлений квантовой физики — может быть обращена вспять так же, как энергия в идеальном термодинамическом цикле. Это открытие может стать основой для новых подходов в квантовой информатике, телепортации , защищённой связи и проектировании квантовых сетей.
Запутанность соединяет частицы таким образом, что изменение состояния одной мгновенно влияет на другую, независимо от расстояния между ними. Это ключевой ресурс для квантовой криптографии и вычислений. Однако до сих пор считалось, что преобразовать одно запутанное состояние в другое, а затем вернуться обратно без потерь — невозможно. Причина — в ограничениях операций LOCC (локальные действия и классическая коммуникация), при которых запутанность всегда уменьшается.
Проблему удалось решить благодаря введению новой концепции: «батареи запутанности». Это гипотетическое квантовое устройство, способное «накапливать» или «отдавать» запутанность во время преобразований, при этом общий её объём остаётся неизменным. Такой подход напоминает термодинамику, где энергия и энтропия могут перетекать из одной формы в другую без потерь — но только в идеальных условиях.
Как показали авторы, с помощью этой батареи можно обращаться даже со сложными смешанными состояниями, обеспечивая их полную обратимость. Всё это справедливо в асимптотическом режиме, когда оперируют с большим количеством идентичных запутанных состояний. В этом случае соотношение между преобразуемыми состояниями определяется просто: по количеству содержащейся в них запутанности. Как поясняют специалисты, батарея запутанности может участвовать в преобразовании состояний, меняя своё собственное состояние в процессе.
Работа теоретическая, но открывает дорогу созданию «вторых законов» для запутанности — аналогов второго закона термодинамики, но в мире квантовой информации. Она также предлагает возможность распространить подход на другие квантовые ресурсы, такие как когерентность или свободная энергия, путём создания соответствующих батарей.
Следующий шаг — проверка идеи в реальных условиях. Учёные намерены исследовать, можно ли создать упрощённую или уменьшенную версию батареи в лабораторных условиях. Это потребует преодоления технических барьеров: квантовые системы подвержены шуму, несовершенству и ограничены по масштабу. Как показывает опыт создания защищённой квантовой связи , практическая реализация теоретических концепций зачастую открывает новые возможности для обеспечения безопасности передачи данных.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Более подробное описание доступно на Science Daily .
Впервые в истории учёным удалось показать, что квантовая запутанность — одно из самых загадочных явлений квантовой физики — может быть обращена вспять так же, как энергия в идеальном термодинамическом цикле. Это открытие может стать основой для новых подходов в квантовой информатике, телепортации , защищённой связи и проектировании квантовых сетей.
Запутанность соединяет частицы таким образом, что изменение состояния одной мгновенно влияет на другую, независимо от расстояния между ними. Это ключевой ресурс для квантовой криптографии и вычислений. Однако до сих пор считалось, что преобразовать одно запутанное состояние в другое, а затем вернуться обратно без потерь — невозможно. Причина — в ограничениях операций LOCC (локальные действия и классическая коммуникация), при которых запутанность всегда уменьшается.
Проблему удалось решить благодаря введению новой концепции: «батареи запутанности». Это гипотетическое квантовое устройство, способное «накапливать» или «отдавать» запутанность во время преобразований, при этом общий её объём остаётся неизменным. Такой подход напоминает термодинамику, где энергия и энтропия могут перетекать из одной формы в другую без потерь — но только в идеальных условиях.
Как показали авторы, с помощью этой батареи можно обращаться даже со сложными смешанными состояниями, обеспечивая их полную обратимость. Всё это справедливо в асимптотическом режиме, когда оперируют с большим количеством идентичных запутанных состояний. В этом случае соотношение между преобразуемыми состояниями определяется просто: по количеству содержащейся в них запутанности. Как поясняют специалисты, батарея запутанности может участвовать в преобразовании состояний, меняя своё собственное состояние в процессе.
Работа теоретическая, но открывает дорогу созданию «вторых законов» для запутанности — аналогов второго закона термодинамики, но в мире квантовой информации. Она также предлагает возможность распространить подход на другие квантовые ресурсы, такие как когерентность или свободная энергия, путём создания соответствующих батарей.
Следующий шаг — проверка идеи в реальных условиях. Учёные намерены исследовать, можно ли создать упрощённую или уменьшенную версию батареи в лабораторных условиях. Это потребует преодоления технических барьеров: квантовые системы подвержены шуму, несовершенству и ограничены по масштабу. Как показывает опыт создания защищённой квантовой связи , практическая реализация теоретических концепций зачастую открывает новые возможности для обеспечения безопасности передачи данных.
Работа опубликована в журнале Physical Review Letters. Более подробное описание доступно на Science Daily .