El entrelazamiento cuántico puede compartir un vínculo profundo con las máquinas de vapor: ScienceAlert

Un año después cualquier cosa menos excluir la posibilidadUn par de físicos teóricos de Japón y los Países Bajos han descubierto que el entrelazamiento cuántico tiene algo fundamentalmente en común con la física que hace funcionar las máquinas de vapor, secar los calcetines e incluso podría mantener la flecha del tiempo apuntando en una dirección.

Esta propiedad universal, si realmente existe como sugieren, gobernaría todas las transformaciones entre sistemas entrelazados y proporcionaría a los físicos una manera de medir y comparar el entrelazamiento más allá de contar qubits, y conocer sus límites en la manipulación de pares entrelazados.

El entrelazamiento cuántico, la tendencia del desenfoque cuántico de diferentes objetos a fusionarse matemáticamente, es una parte fundamental de computación cuántica junto con la superposición. Cuando partículas, átomos o moléculas están entrelazados, saber algo sobre uno nos dice algo sobre el otro.

En su búsqueda por hacer realidad estos sueños informáticos, los físicos se han preocupado principalmente por cómo entrelazar dos partículas y no perturbarlas, de modo que no se desmoronen y puedan transmitir información de manera confiable a grandes distancias.

Sin embargo, se ha pensado menos en si las partículas correlacionadas podrían transformarse de un estado cuántico a otro, qué tan difícil sería, cuántas disposiciones posibles hay y si, en última instancia, el proceso de correlación es reversible.

En termodinámica, la reversibilidad describe procesos ideales que pueden revertirse para dejar el sistema (y el Universo) efectivamente sin cambios. Por ejemplo, convertir agua en vapor con calor puede impulsar un pistón, mientras que un pistón que empuja el vapor puede devolverlo a su estado líquido calentado.

Si los estados entrelazados también pueden anularse, incluso en teoría, esto podría significar otras similitudes con termodinámica podría apuntar a una verdad más profunda en la mecánica cuántica.

«Nuestro trabajo constituye la primera evidencia de que la reversibilidad es un fenómeno factible en la teoría del entrelazamiento». Él dice el físico cuántico Bartosz Regula, del Centro RIKEN de Computación Cuántica de Japón, que colaboró ​​en el estudio con Ludovico Lami de la Universidad de Amsterdam.

«Esto no sólo tiene aplicaciones inmediatas y directas en los fundamentos de la teoría cuántica, sino que también ayudará a comprender las limitaciones fundamentales de nuestra capacidad para manipular eficientemente el entrelazamiento en la práctica», Regula él añade.

Los procesos reversibles no pueden ocurrir en la realidad, gracias a la segunda ley de la termodinámica. Resumido en un concepto conocido como entropíaesto implica que cualquier estado nuevo en un sistema cerrado probablemente no tendrá la energía necesaria para revertirse por completo después de un cambio.

¿Quieres invertir ese pistón? Necesitará extraer energía de otro lugar. Dado que el Universo es un sistema cerrado y no puede obtener energía de ningún otro lugar, su entropía aumentará para siempre.

Dada la fuerte relación entre entropía y reversibilidad en termodinámica, identificar un paralelo en el entrelazamiento podría tener profundas implicaciones para comprender las transformaciones cuánticas.

Para establecer una “entropía” del entrelazamiento, Regula y Lami tuvieron que demostrar que las transformaciones de entrelazamiento pueden en realidad ser reversibles, del mismo modo que el trabajo y el calor pueden convertirse en termodinámica.

La hipótesis de que existe una especie de “entropía” del entrelazamiento es un avance repentino de Regula y Lami, quienes publicaron un estudio el año pasado. estudiar Física de la naturaleza que afirmaba que «después de todo, no existía una segunda ley de manipulación del entrelazamiento».

El par concluyó que, dado que el entrelazamiento de partículas siempre implicaría una pérdida de este entrelazamiento, que nunca podría recuperarse por completo, sería imposible transformar un estado cuántico, o recurso, en otro y viceversa.

«Podemos concluir que ninguna cantidad, como la entropía de entrelazamiento, puede decirnos todo lo que necesitamos saber sobre las transformaciones permisibles de los sistemas físicos entrelazados». Lami dijo en ese momento.

Pero estos resultados no los desanimaron. Más bien, ellos Pensé que sugirió que una teoría unificada del entrelazamiento, si existiera, era mucho más compleja que las leyes clásicas de la termodinámica. Así que continuaron haciendo cálculos.

Su última oferta, que utiliza transformaciones probabilísticas de entrelazamiento, que sólo funcionan en algunos casos pero proporcionan más potencia, muestra que una estructura reversible para el entrelazamiento podría ser posible.

Pero Regula admite que demostrar cómo podrían funcionar en la práctica las transformaciones de partículas entrelazadas, no sólo mostrar que son estadísticamente posibles, implica abordar problemas matemáticos «que hasta ahora han eludido todos los intentos de resolverlos».

Además, el trabajo de la pareja se aparta de intentos anteriores de caracterizar ciertas transformaciones cuánticas, porque sólo considera transformaciones que podrían lograrse con cierta probabilidad, por pequeñas que sean esas probabilidades. En consecuencia, estas probabilidades pueden no ser suficientes para demostrar la existencia de transformaciones repetibles y reversibles de estados entrelazados en la práctica.

«Por lo tanto, comprender los requisitos precisos para mantener la reversibilidad sigue siendo un problema abierto fascinante». dice regola.

El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.