Ученые доказывают существование «энтропии» квантовой запутанности

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Квантовый мир, этот странный и загадочный уголок Вселенной, полон удивительных явлений, таких как квантовая запутанность. Запутанность — это таинственная связь между частицами, позволяющая им мгновенно «чувствовать» друг друга, даже находясь на огромных расстояниях. Но как измерить эту связь? Как сравнить разные виды запутанности, как определить, сколько «квантовой магии» скрыто в том или ином состоянии?

Энтропия квантовой запутанности
Автор: Designer

Ученые давно задаются этими вопросами, и ответ кажется неочевидным. С одной стороны, можно просто присвоить каждому квантовому состоянию числовое значение, характеризующее его «запутанность». С другой стороны, хочется сравнивать квантовые ресурсы не абстрактно, а с точки зрения их практического применения. Можно ли, например, превратить один вид запутанности в другой? И если да, то насколько это сложно?

Поиск ответов на эти вопросы напоминает исследование термодинамики, где ключевую роль играет понятие энтропии — меры беспорядка в системе. Энтропия определяет, насколько эффективно можно преобразовать тепловую энергию в работу. В термодинамике существует принцип обратимости: два состояния с одинаковой энтропией можно всегда перевести одно в другое с помощью обратимого адиабатического процесса.

А как насчет квантовой запутанности? Может ли она быть обратимой? Исследователи заметили, что в некоторых случаях, при работе с большим количеством копий запутанных состояний, такая обратимость действительно наблюдается. Это привело к гипотезе о существовании единой меры запутанности, аналогичной энтропии в термодинамике.

Идея обратимости подразумевает, что если из множества копий состояния A можно получить N копий состояния B, то из N копий B можно обратно получить исходное количество копий A. Казалось бы, это логично и красиво, но квантовый мир полон сюрпризов. Оказалось, что в некоторых случаях обратимость нарушается.

Однако ученые не теряют надежды найти подход, который позволит восстановить принцип обратимости для квантовых ресурсов. Новое исследование, проведенное Бартошем Регулой и Людовико Лами, предлагает именно такое решение. Их подход основан на использовании вероятностных протоколов преобразования квантовых состояний.

Квантовая запутанность
Автор: Designer

Что это значит? Представьте, что у вас есть машина, которая может превращать один вид запутанности в другой. Но машина не всегда работает идеально: иногда она выдает не тот результат, который ожидался. Однако, если машина достаточно надежна, то мы можем использовать ее для преобразования состояний с высокой вероятностью успеха.

Регула и Лами показали, что в таком вероятностном подходе квантовые ресурсы действительно становятся обратимыми. Ключевую роль здесь играет мера, называемая регуляризованной относительной энтропией. Эта величина определяет, насколько «далеко» находится данное состояние от множества «свободных», то есть не запутанных состояний.

Авторы исследования также доказали, что вероятностный подход является оптимальным: более строгие ограничения на преобразования состояний неизбежно приводят к нарушению обратимости.

Это открытие имеет далеко идущие последствия для квантовой теории информации. Оно не только укрепляет связь между термодинамикой и квантовыми ресурсами, но и открывает новые возможности для разработки квантовых технологий. Например, вероятностные протоколы могут быть использованы для создания более эффективных квантовых компьютеров и квантовых сетей.

Так что же, квантовая запутанность — это всего лишь еще один вид энтропии? Возможно. Но одно ясно наверняка: квантовый мир полон сюрпризов, и нам еще предстоит разгадать многие его тайны.

Почему вероятностные протоколы могут быть полезны для манипуляции квантовыми ресурсами?

Вероятностные протоколы позволяют обойти ограничения, налагаемые детерминистическими преобразованиями. Например, некоторые преобразования могут быть невозможны с гарантией успеха, но допускаются с определенной вероятностью. Это открывает новые возможности для манипуляции квантовыми ресурсами, которые были бы недоступны в рамках детерминистического подхода.

Как связано понятие обратимости квантовых ресурсов с термодинамикой?

Обратимость квантовых ресурсов напоминает принцип обратимости в термодинамике. В термодинамике два состояния с одинаковой энтропией можно всегда перевести одно в другое с помощью обратимого процесса. Аналогично, в квантовой теории информации, при наличии обратимости, два ресурса с одинаковой «энтропией» (например, регуляризованной относительной энтропией) можно взаимно преобразовывать с помощью подходящих протоколов.

Какие существуют ограничения на обратимость квантовых ресурсов?

Исследование Регулы и Лами показало, что обратимость квантовых ресурсов возможна при использовании асимптотически ресурсо-негенерирующих операций. Однако более строгие ограничения на преобразования состояний, например, запрет на генерацию любых ресурсов, приводят к нарушению обратимости.

Каковы перспективы использования вероятностных протоколов в квантовых технологиях?

Вероятностные протоколы могут быть использованы для создания более эффективных квантовых компьютеров и квантовых сетей. Например, они могут помочь в решении задачи квантовой коррекции ошибок, которая является одним из главных препятствий на пути к созданию практических квантовых компьютеров.

2 комментария

A
Нет никакой мгновенной «чувствительности» друг друга. Никто ещё ни одного бита информации, мгновенно не передал и не передаст. А все эти басни для выбивания финансирования.
114776015532226571355@google
Уже передали и давно

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Планшет, за который не страшно: обзор защищенного планшета Cubot TAB KingKong S

Для путешествий, занятий активными видами спорта, работы в гараже и на стройке зачастую требуется устройство, которое не страшно буквально бросить как придется, не боясь за его состояние, а оно...

Самодельная домашняя приточная вентиляция V4.0

Сделал очередную систему домашней приточной вентиляции, применив новый способ изготовления корпуса — простой и дешёвый. Приточная вентиляция нужна для того, чтобы можно было жить, дыша...

Обзор Technо Spark 40C – что умеет бюджетный смартфон за 8000 рублей

Иногда ловишь себя на мысли, что нужен самый обычный смартфон, без лишних функций, но чтобы тянул повседневные задачи и не просил розетку каждые пару часов. Вот под это описание как раз и подходит...

Обзор Cudy P2 – Wi-Fi роутера / Mesh-модуля с поддержкой 4G/5G

Cчитается, что корни компании Cudy тянутся из недр незабвенного TP-Link. Однако, подход к роутерам и мэш-системам у Cudy в корне отличается, в лучшую сторону. Дело в том, что, практически, каждый...

4 000 000 000 000 000 000 проверок впустую: почему современные процессоры бессильны против гипотезы Гольдбаха

Эту задачу поймет первоклассник, но её не могут решить уже 300 лет. Простая арифметика сломала зубы величайшим гениям, а метод «грубой силы» и 4 квинтиллиона проверок оказались бесполезны.

Обзор аварийного маячка – как ведет себя универсальная мигалка после 60 часов работы

Когда остаешься на трассе с моргающей аварийкой или ставишь лагерь уже в сумерках, начинаешь думать, чем вообще можно выделиться, чтобы тебя заметили. Телефон светит слабо, фонарь не всегда под...