Запутанность, которая исчезает… но остаётся. Квантовая реальность окончательно сошла с ума
NewsMakerЧто такое эмбиззлмент и как физики научились жульничать с законами Вселенной?
Физики из Лейбниц-Университета в Ганновере сделали неожиданное открытие в области квантовой теории, которое может изменить представления о природе запутанности частиц. Речь идёт о феномене, известном как квантовый эмбиззлмент — загадочном процессе, до недавнего времени считавшемся чисто гипотетическим.
Классическая квантовая запутанность давно стала символом странностей микромира. Она позволяет двум частицам оставаться взаимосвязанными, независимо от расстояния между ними: изменение одной тут же отражается на другой. Однако эмбиззлмент идёт дальше — в этом процессе одна система незаметно «делится» своей запутанностью с другой, помогая ей изменить квантовое состояние. При этом донор не утрачивает собственных свойств и остаётся неизменным.
Для наглядности учёные сравнивают эмбиззлмент с тихим заимствованием песка с бескрайнего пляжа. Представьте, что вы строите замок, взяв несколько зёрен, но сама береговая линия остаётся нетронутой — как будто никто ничего не трогал.
До последнего времени считалось, что для такого «волшебного» эффекта необходима настолько совершенная запутанность, что её существование в реальном мире выглядело сомнительным. Всё это воспринималось как изящный теоретический приём, не имеющий отношения к наблюдаемой физике.
Однако недавнее исследование команды из Германии впервые показало: эмбиззлмент вполне может возникать в конкретных физических системах, а не только на страницах учебников. В центре внимания учёных оказались критические фермионные цепочки — одномерные структуры из фермионов, фундаментальных частиц вроде электронов.
Эти цепочки находятся на тонкой грани фазового перехода — состоянии, когда материал балансирует между двумя различными фазами. Именно в таких условиях система становится особенно чувствительной и демонстрирует эффект дальнодействующей квантовой корреляции.
На этой пограничной стадии цепочки обладают уникальными свойствами. В их структуре возникает запутанность, которая охватывает значительно большие расстояния, чем обычно наблюдается в подобных системах. Именно благодаря этой особенности критические фермионные цепочки стали идеальным кандидатом для проверки теории эмбиззлмента.
Учёные не ограничились изучением малых моделей, которые проще всего исследовать. Вместо этого они сразу обратились к системам, приближённым к бесконечным по числу частиц — так называемому термодинамическому пределу. В таком подходе количество элементов в структуре стремится к бесконечности, что позволяет выявить фундаментальные закономерности, не зависящие от размеров.
В рамках эксперимента исследователи разделили фермионную цепочку на левую и правую части и внимательно проанализировали степень запутанности между ними. Оказалось, что эти половины демонстрируют настолько высокую степень взаимосвязи, что удовлетворяют строгим критериям универсального эмбиззлмента, сформулированным группой ранее.
Суть этого явления в том, что система может помогать формировать любые запутанные состояния в других объектах, а не только конкретные заранее заданные конфигурации. Причём донорская система остаётся практически нетронутой, словно процесс расходует её ресурсы, не оставляя следов.
Особенно примечательно, что исследователям удалось продемонстрировать: эмбиззлмент — это не уникальное свойство бесконечных систем. Когда учёные перешли к анализу крупных, но конечных по размеру фермионных цепочек, признаки эффекта сохранились. Такие структуры вполне могут быть созданы в лабораторных условиях.
Иными словами, квантовый эмбиззлмент — это не абстрактный математический курьёз, а явление, которое может проявляться в реальных физических материалах при определённых условиях. Этот вывод меняет устоявшиеся представления о том, насколько гибкой и многогранной может быть природа запутанности.
По мнению авторов работы, результаты исследования позволяют надеяться на появление новых способов передачи информации в квантовых вычислительных системах . Кроме того, подобные эффекты могут стать ключом к улучшению методов моделирования сложных квантовых материалов или даже к открытию ранее неизвестных состояний вещества.
Тем не менее, пока всё это остаётся на уровне теоретических моделей. Как подчеркивает один из авторов работы, физик Лауриц ван Люйк, исследование лишь демонстрирует, что критические фермионные цепочки способны к эмбиззлменту, но не предлагает готового способа использовать этот эффект на практике.
В настоящее время команда сосредоточена на разработке специальных протоколов с применением гауссовых операций — типа квантовых манипуляций, которые считаются наиболее реализуемыми на базе современных технологий. Учёные надеются, что именно эти методы помогут перенести эмбиззлмент из мира теории в область реальных лабораторных экспериментов.
Если им это удастся, эффект, который долгое время считался недостижимым идеалом, может стать частью практических приложений — от квантовой связи до вычислительных систем нового поколения.
Физики из Лейбниц-Университета в Ганновере сделали неожиданное открытие в области квантовой теории, которое может изменить представления о природе запутанности частиц. Речь идёт о феномене, известном как квантовый эмбиззлмент — загадочном процессе, до недавнего времени считавшемся чисто гипотетическим.
Классическая квантовая запутанность давно стала символом странностей микромира. Она позволяет двум частицам оставаться взаимосвязанными, независимо от расстояния между ними: изменение одной тут же отражается на другой. Однако эмбиззлмент идёт дальше — в этом процессе одна система незаметно «делится» своей запутанностью с другой, помогая ей изменить квантовое состояние. При этом донор не утрачивает собственных свойств и остаётся неизменным.
Для наглядности учёные сравнивают эмбиззлмент с тихим заимствованием песка с бескрайнего пляжа. Представьте, что вы строите замок, взяв несколько зёрен, но сама береговая линия остаётся нетронутой — как будто никто ничего не трогал.
До последнего времени считалось, что для такого «волшебного» эффекта необходима настолько совершенная запутанность, что её существование в реальном мире выглядело сомнительным. Всё это воспринималось как изящный теоретический приём, не имеющий отношения к наблюдаемой физике.
Однако недавнее исследование команды из Германии впервые показало: эмбиззлмент вполне может возникать в конкретных физических системах, а не только на страницах учебников. В центре внимания учёных оказались критические фермионные цепочки — одномерные структуры из фермионов, фундаментальных частиц вроде электронов.
Эти цепочки находятся на тонкой грани фазового перехода — состоянии, когда материал балансирует между двумя различными фазами. Именно в таких условиях система становится особенно чувствительной и демонстрирует эффект дальнодействующей квантовой корреляции.
На этой пограничной стадии цепочки обладают уникальными свойствами. В их структуре возникает запутанность, которая охватывает значительно большие расстояния, чем обычно наблюдается в подобных системах. Именно благодаря этой особенности критические фермионные цепочки стали идеальным кандидатом для проверки теории эмбиззлмента.
Учёные не ограничились изучением малых моделей, которые проще всего исследовать. Вместо этого они сразу обратились к системам, приближённым к бесконечным по числу частиц — так называемому термодинамическому пределу. В таком подходе количество элементов в структуре стремится к бесконечности, что позволяет выявить фундаментальные закономерности, не зависящие от размеров.
В рамках эксперимента исследователи разделили фермионную цепочку на левую и правую части и внимательно проанализировали степень запутанности между ними. Оказалось, что эти половины демонстрируют настолько высокую степень взаимосвязи, что удовлетворяют строгим критериям универсального эмбиззлмента, сформулированным группой ранее.
Суть этого явления в том, что система может помогать формировать любые запутанные состояния в других объектах, а не только конкретные заранее заданные конфигурации. Причём донорская система остаётся практически нетронутой, словно процесс расходует её ресурсы, не оставляя следов.
Особенно примечательно, что исследователям удалось продемонстрировать: эмбиззлмент — это не уникальное свойство бесконечных систем. Когда учёные перешли к анализу крупных, но конечных по размеру фермионных цепочек, признаки эффекта сохранились. Такие структуры вполне могут быть созданы в лабораторных условиях.
Иными словами, квантовый эмбиззлмент — это не абстрактный математический курьёз, а явление, которое может проявляться в реальных физических материалах при определённых условиях. Этот вывод меняет устоявшиеся представления о том, насколько гибкой и многогранной может быть природа запутанности.
По мнению авторов работы, результаты исследования позволяют надеяться на появление новых способов передачи информации в квантовых вычислительных системах . Кроме того, подобные эффекты могут стать ключом к улучшению методов моделирования сложных квантовых материалов или даже к открытию ранее неизвестных состояний вещества.
Тем не менее, пока всё это остаётся на уровне теоретических моделей. Как подчеркивает один из авторов работы, физик Лауриц ван Люйк, исследование лишь демонстрирует, что критические фермионные цепочки способны к эмбиззлменту, но не предлагает готового способа использовать этот эффект на практике.
В настоящее время команда сосредоточена на разработке специальных протоколов с применением гауссовых операций — типа квантовых манипуляций, которые считаются наиболее реализуемыми на базе современных технологий. Учёные надеются, что именно эти методы помогут перенести эмбиззлмент из мира теории в область реальных лабораторных экспериментов.
Если им это удастся, эффект, который долгое время считался недостижимым идеалом, может стать частью практических приложений — от квантовой связи до вычислительных систем нового поколения.